ANALISIS MULTIESCALA DE LA INFLUENCIA DE LA MICROPOROSIDAD POR CONTRACCIÓN EN EL COMPORTAMIENTO MECÁNICO Y FRACTURA BAJO ESFUERZOS DE TRACCIÓN EN FUNDICIONES NODULARES

MARCOS G. LOPEZ; AGUSTINA MASSONE ; DIEGO O. FERNANDINO; JUAN M.MASSONE

Congreso; XX Congreso Internacional de Metalurgia y Materiales, SAM 2022; 2022

INTEMA

Los defectos de contracción que aparecen durante el proceso de solidificación son uno de los principales problemas que afectan la calidad de las piezas coladas y, en consecuencia, cuando se busca producir piezas de alta resistencia se considera vital asegurar que se encuentren libres de todo tipo de defectos. Entre los defectos más comunes que se observan en las piezas coladas se encuentra la microporosidad, la cual aparece generalmente dispersa a lo largo de todo el volumen. Se sabe que la presencia de estas microcavidades puede afectar la resistencia mecánica de las piezas coladas, pero este efecto no ha sido completamente cuantificado. Por esta razón, el presente trabajo se enfoca en estudiar la influencia de las microcavidades dispersas sobre la ocurrencia y secuencia de los micromecanismos de daño que tienen lugar durante el proceso de fractura.Con este fin, se colaron piezas de fundición nodular en la planta piloto de fundición de la División Metalurgia del INTEMA (DMI) con composición química cercana al eutéctico. Las piezas coladas fueron sometidas a un ferritizado para asegurar que la misma matriz ferrítica se encuentre presente en la totalidad de las muestras a ser estudiadas. Las piezas fueron posteriormente seccionadas, pulidas e inspeccionadas en busca de microporosidad dispersa. En aquellas regiones donde se encontraron microcavidades se efectuó un mecanizado para producir probetas de tracción planas de pequeñas dimensiones. En todos los casos se procuró que los defectos queden en el centro de las probetas elaboradas. Las probetas fueron sometidas a ensayos de tracción con observaciones in-situ en los que se pudo registrar microscópicamente la evolución del daño a medida que se incrementaba la carga, mediante observaciones de microscopía electrónica de barrido (SEM). Esto se efectuó para varias muestras con diferentes niveles de microporosidad. Para cada muestra analizada fue posible obtener su curva de tensión-deformación. Posteriormente se llevó a cabo un modelado computacional multi-escala de la solicitación a la tracción uniaxial, con el fin de poder determinar cuál hubiese sido su comportamiento con niveles de microporosidad diferentes a los de los ensayos. Los resultados muestran que, en matrices ferríticas, hasta un determinado nivel de microporosidad dispersa, las microcavidades de contracción no producen un cambio significativo en la dirección de propagación predominante de las fisuras. En estos casos, la fractura final se produce por la propagación de múltiples fisuras a través de las zonas internodulares de la matriz metálica, las cuales coalescen en una fisura principal que conlleva a la fractura final del material. Por otro lado, cuando el nivel de microporosidad aumenta de forma tal que las microcavidades constituyen una red interconectada a lo largo de las últimas regiones en solidificar, se observa que la fractura final invariablemente se produce a través de las zonas porosas. Los resultados numéricos permiten cuantificar la reducción del límite elástico convencional producto de la presencia de microcavidades, así como determinar el nivel y tipo de distribución de microporosidad a partir del cual esta reducción comienza a ser notoria.