Estudio del crecimiento de grietas por fatiga, la tenacidad a la fractura y la evaluación no destructiva de un acero inoxidable dúplex 2205 envejecido térmicamente

Abstract

In recent years, the use of duplex stainless steels (DSS) has increased in the fabrication of in various engineering components for different production processes in the oil, nuclear and petrochemical industries. The reason for this is due to its excellent mechanical properties, toughness, and corrosion resistance. From the structural integrity of components, the study of the behavior of the fracture mechanics variables is of great interest in mechanical design. In this research, the effects of an aging heat treatment at a temperature of 750 ° C in the fatigue crack growth and the fracture toughness were studied. Furthermore, this work was complemented with the study of the effects of the aging treatment on the ultrasonic velocity and thermoelectric potential. Experimental results show the effect of aging treatment on fatigue crack growth, finding that the crack threshold is similar in the base metal and in all heat-treated specimens. The crack growth rate is similar in the untreated and short time treatments (0 to 30 minutes) specimens; however, as the aging time increases 1 h, the rate of crack growth rate increases significantly. In contrast, the effect of the fracture toughness (KIC) decreases with aging time, even at very short times, showing the susceptibility of the steel to the harmful effect of the precipitation of second phases. Longitudinal wave velocity, shear wave and the thermoelectric potential showed that are sensitive to changes in the content of austenite, ferrite and sigma phase, which are related to changes mechanical properties.

En los últimos años se ha incrementado el uso de los aceros inoxidables dúplex (AID) para fabricar diversos componentes de ingeniería para diferentes procesos de producción en las industrias petrolera, nuclear y química entre otras. Esto debido a sus excelentes propiedades mecánicas, tenacidad y resistencia a la corrosión. Desde el punto de vista de la integridad estructural de componentes, el estudio del comportamiento de las variables de mecánica de la fractura es de gran interés en el diseño mecánico. En esta investigación, se estudiaron los efectos de un tratamiento térmico de envejecimiento a una temperatura de 750 ºC, en el crecimiento de grieta por fatiga y en la tenacidad a la fractura. Además de esto, este trabajo se complementó con el estudio de los efectos del tratamiento térmico en las variables de velocidad ultrasónica y potencial termoeléctrico. Los resultados experimentales muestran el efecto del tratamiento de envejecimiento en el crecimiento de grieta por fatiga, encontrando que el umbral de fisuración es similar en el metal base y en todos los especímenes tratados térmicamente. La velocidad de crecimiento de grieta es similar en las probetas envejecidas en tiempos cortos (0 a 30 minutos), sin embargo, a medida que incrementa el tiempo de envejecimiento, la velocidad de crecimiento de la grieta aumenta significativamente a partir del tiempo de 1 hora. En contraste, el efecto de la tenacidad a la fractura (KIC) disminuye con el tiempo de envejecimiento; incluso en tiempos muy cortos, mostrando la susceptibilidad de este acero al efecto dañino de la precipitación de segundas fases. La velocidad de onda longitudinal, ondas de corte y el potencial termoeléctrico mostraron que son sensibles a los cambios en el contenido de austenita, ferrita y fase Sigma, los cuales están relacionados con cambios las propiedades mecánicas.