Caracterización microestructural y mecánica del daño por creep en una unión disímil de una súper aleación Inconel 625 y un acero súper austenítico AL6XN

Abstract

Creep is a phenomenon of plastic deformation occurring at high temperatures; various metallurgical processes can take place during this time, meaning that alloy fracture depends on several factors, including: i) microstructural characteristics, ii) welding conditions, and iii) prior deformation or exposure to external agents. In the case of welds, evaluating creep properties is crucial, particularly when the manufactured components—such as welds in nickel-based superalloys or stainless steels—are intended for high-temperature service. Such welds are widely used in industries including aerospace, petrochemicals, and power generation. This research project analyzed the combined effect of applied stress and temperature on the creep resistance of a dissimilar joint between Inconel 625 (IN625) and AL6XN superaustenitic stainless steel. Plates of these materials were joined using the Gas Metal Arc Welding (GMAW) process with an ERNiCrMo-3 electrode as the filler material. A series of creep tests was conducted on specimens from the dissimilar joint at temperatures of 700, 750, and 800°C; at each temperature, stress levels of 150, 180, and 210 MPa were applied. The steady-state creep stage was studied using the creep power law to determine the stress exponent. To identify the failure mechanisms in the various specimens, the microstructure was analyzed via optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM); this characterization also included Vickers microhardness measurements.

El Creep o termofluencia es un fenómeno de deformación plástica que ocurre a altas temperaturas, en este proceso pueden ocurrir diversos fenómenos metalúrgicos, por lo que la fractura de la aleación depende de distintos factores de la aleación entre los que tenemos: i) características microestructurales, ii) condición de soldadura, ii) deformado previa o si fue sometido a algún agente externo. En el caso de las soldaduras, evaluar las propiedades de termofluencia es de gran importancia en especial si los componentes fabricados se utilizan a altas temperaturas. Por ejemplo, soldaduras de superaleaciones base níquel, de aceros inoxidables. Este tipo de soldaduras son ampliamente utilizadas en industrias tales como la aeronáutica, petroquímica, de generación de energía, entre otras. En este proyecto de investigación, se analizó el efecto conjunto del esfuerzo aplicado y la temperatura en la resistencia a la termofluencia en una unión disímil de Inconel 625 (IN625) y de un acero inoxidable superaustenítico AL6XN. Para ello se soldaron placas de estos materiales por medio del proceso de soldadura de arco metálico de electrodo consumible con protección gaseosa (GMAW por sus siglas en inglés) utilizando un electrodo de ERNiCrMo-3 como material de aporte. Se realizaron una serie ensayos de termofluencia en probetas de la unión disímil en un rango de temperaturas 700, 750 y 800 °C y en cada una de esas temperaturas se utilizaron tres esfuerzos de 150, 180 y 210 MPa, respectivamente. Mediante el uso de la ley de potencia del creep, se estudió la etapa de estado estable para establecer el exponente de esfuerzo. Para establecer los mecanismos de falla de los diferentes especímenes se analizó la microestructura por medio de microscopia óptica (MO) y microscopia electrónica de barrido (MEB), esta caracterización también incluyo mediciones de microdureza Vickers.