Comportamiento de fisuras cortas en aceros inoxidables dúplex lean fatigados a temperatura ambiente

R. STRUBBIA ; S. HEREÑÚ; I. ALVAREZ

Rosario

Congreso; 11° Congreso Binacional de Metalurgia y Materiales; 2011

Los aceros inoxidables dúplex (DSS) están constituidos por una microestructura dual, austenita-ferrita, con aproximadamente la misma proporción de ambas fases. Estos aceros combinan las propiedades de la ferrita y de la austenita. Los DSS son una alternativa atractiva a los aceros austeníticos, teniendo mayor resistencia mecanica y a la corrosión. Los DSS convencionales tienen contenidos de Ni en que varían del 4 al 7 % en peso. En los últimos años se han realizado numerosos esfuerzos para desarrollar DSS con menores contenidos de níquel, con el fin de disminuir los costos de estos aceros. Para que el descenso de los niveles de níquel no repercuta en las propiedades propiedades mecánicas y frente a la corrosión, el descenso del contenido de Ni es compensado mediante el incremento de contenido de otros elementos de bajo costo, tales como Mn, N, etc. Esto dió origen a una nueva clase de DSS denominada Lean DSS (LDSS). Investigaciones recientes reportan la caracterización microestructural y las propiedades de corrosión de este tipo de DSS. Sin embargo, las propiedades mecánicas de estos aceros se encuentran muy poco estudiadas. En la literatura se encuentran escasos trabajos que estudian el comportamiento cíclico de los LDSS y en particular, no se encuentra información respecto a la evolución del daño superficial previo al inicio de las microfisuras. Por lo tanto, el objetivo de este trabajo es determinar la iniciación y evolución de fisuras cortas en LDSS fatigados a temperatura ambiente. Además para proponer un mecanismo de nucleación y propagacion de microfisuras se analiza la estructura de dislocaciones. Los materiales seleccionados para este trabajo son dos LDSS AL 2003 (UNS S32003) y LDX 2101 (UNS S32101) recibidos en tubos soldados longitudinalmente. A partir de los tubos se maquinaron probetas para fatiga (LCF) de longitud de trabajo de 20 mm y una sección correspondiente de 30mm2. La superficie de las probetas fue pulida mecánicamente y electrolíticamente para evitar el crecimiento prematuro de fisuras por defectos superficiales durante los ensayos mecánicos. Los ensayos cíclicos fueron realizados bajo control de deformación plástica, con un rango de deformación plástica de Δεp = 0.2%. Mediante un sistema óptico in-situ se monitoreo la nucleación y crecimiento de las microfisuras. Después de los ensayos por medio de microscopía electrónica de barrido (SEM) se observó el relieve en la superficie de los especímenes. Por otra parte, la estructura de dislocaciones se evaluó mediante microscopia electrónica de transmisión (TEM). El comportamiento cíclico general de ambos LDSS está caracterizado por un pequeño endurecimiento inicial seguido de una etapa de ablandamiento. El seguimiento in-situ realizado en el presente trabajo revela que múltiples micro-fisuras inician en los granos ferríticos después de aproximadamente 500 ciclos. Ha sido observado, también que la propagación de micro-fisuras es sensible a la morfología microstructural. Asi, una fase austenítica continua previene la propagación de las microfisuras, mientras que, pequeñas islas de ferrita en el interior de la austenita facilitan el crecimiento de las microfisuras. Consecuentemente, la coalescencia de las microfisuras en este último caso forma la fisura dominante que produce la fractura del material. Las observaciones realizadas mediante SEM indican que las microfisuras inician en extrusiones en la fase ferritica. Además, la fase ferrítica desarrolla una mayor actividad plástica, estructura de madejas y celdas, en comparación con la estructura planar con baja densidad de dislocaciones encontrada en la fase austenítica. Entonces, tanto el comportamiento cíclico como la vida en fatiga de los LDSS parecerían estar controladas por la fase ferritica.