Efecto de los métodos de corte térmicos sobre la microestructura y las propiedades mecánicas de aleaciones metálicas

Abstract

La finalidad de este trabajo fue estudiar la influencia de los métodos de corte térmico por plasma, oxicorte y electroerosión por hilo, sobre la microestructura y la performance a la fatiga de cuatro aleaciones metálicas: un acero inoxidable dúplex, una aleación de aluminio, un acero al carbono y un acero aleado de carbono medio. Los diferentes cortes se realizaron variando la velocidad de corte de cada método, para poder así determinar su efecto en el espesor de la ZAC. Las técnicas de caracterización involucraron inspección visual, microscopía óptica, SEM y microdureza Vickers. Los resultados obtenidos demostraron que métodos térmicos como el corte por plasma y oxicorte, generan una ZAC mucho más severa en cuanto a espesor y cambios microestructurales que el corte por hilo. Este último. genera una fusión del material de manera más localizada, y en consecuencia, no presenta variaciones microestructurales en los materiales base. Además, se encontró que a mayor velocidad de corte, menor es el espesor de ZAC, pero mayor es el cambio microestructural. Esto se asocia a que ante un mismo aporte térmico y mayor velocidad de corte, menor es el tiempo de enfriamiento sobre el borde seccionado. Por último, se realizaron ensayos de fatiga mediante una máquina de flexión en 3 puntos, sometiendo la cara afectada térmicamente a carga cíclica. Se encontró que todos los ensayos efectuados resistieron alrededor de 2E6 ciclos sin generación de fisuras. El motivo de estos run outs puede estar relacionado con el principio de funcionamiento de la máquina rotativa disponible, más que en la resistencia a fatiga de la superficie cortada. A pesar de mantener el desplazamiento constante, el equipo genera una modificación paulatina del ciclo de carga que reduce el σ_r y modifica σ_max y σ_min . Esto se observó en todos los desplazamientos utilizados. Las mediciones realizadas y el relevamiento de la máquina constituyen un gran aporte al entendimiento de su funcionamiento, y justifican su uso en aplicaciones que presenten una etapa reducida de nucleación de fisura, como probetas con entallas.

The purpose of this work was to study the influence of thermal cutting methods, in particular, plasma cutting, oxy-fuel cutting, and wire electroerosion, on the microstructure and fatigue performance of four metallic alloys: duplex stainless steel, aluminum alloy, carbon steel, and medium carbon alloy steel. The different cuts were made by varying the cutting speed of each cutting method to determine its effect on the heat-affected zone (HAZ) thickness. Characterization techniques involved visual inspection, optical microscopy, SEM, and Vickers microhardness. The results showed that thermal methods such as plasma cutting and oxy-fuel cutting generate a much more severe HAZ in terms of thickness and microstructural changes compared to wire cutting. Wire cutting generates a more localized material fusion and consequently does not present microstructural variations in the base materials. Additionally, it was found that higher cutting speeds result in thinner HAZ thickness but greater microstructural changes. This is associated with the fact that under the same thermal input and higher cutting speed, the cooling time at the cut edge is shorter. Finally, fatigue tests were carried out using a 3-point bending machine, submitting the thermally affected face to cyclic loading. It was found that all tests conducted resisted around 2E6 cycles without crack generation. The reason for these runouts may be related to the operating principle of the available rotary machine, rather than the fatigue resistance of the cut surface. Despite maintaining constant displacement, the equipment gradually modifies the loading cycle, reducing σr and modifying σmax and σmin. This was observed in all displacements used. The measurements taken and the survey of the machine contribute significantly to understanding its operation and justify its use in applications with a reduced crack nucleation stage, such as notched specimens.