Caracterización del tamaño de grano de un acero inoxidable AISI 316L mediante mediciones de ultrasonido

Abstract

The present research work is based on non-destructive characterization using ultrasonic technics and metallographic characterization by optical microscopy to measure the grain size of a stainless steel AISI 316L acquired in the form of a plate. The plate was sectioned and submitted to thermal treatments of solubilization at a temperature of 1050 °C and permanence times of 30 and 75 minutes, generating growth of the grain size of the material obtaining three microstructures with different grain sizes (base material and treated material thermally). The ultrasonic attenuation coefficients determined by spectral analysis of radio frequency (RF) signals. For this, the ultrasonic signals of the echoes analyzed by means of the Fast Fourier Transform (FFT). Mathematical calculations performed to determine the losses caused by the divergence of the ultrasonic beam and the mismatch of acoustic impedance of the means. In this way, only the losses caused by the dispersion of the ultrasonic waves in the grain boundaries obtained, resulting in different wave attenuation coefficients for the different grain sizes. The ultrasonic velocities obtained by calculating the time of propagation of the wave through the material in the different specimens, finding that the velocity of the longitudinal waves shows a slight decrease for the different grain sizes.

El presente trabajo de investigación se basa en la caracterización no destructiva por medio de la técnica de ultrasonido y caracterización metalográfica por medio de microscopía óptica para medir el tamaño de grano de un acero inoxidable AISI 316L adquirido en forma de placa. La placa fue seccionada y sometida a tratamientos térmicos de solubilizado a una temperatura de 1050°C y tiempos de permanencia de 30 y 75 minutos generando el crecimiento del tamaño de grano del material obteniendo tres microestructuras con diferentes tamaños de grano (material base y material tratado térmicamente). La investigación consistió en realizar los cálculos de los coeficientes de atenuación ultrasónica y las velocidades ultrasónicas longitudinales para las tres diferentes microestructuras mediante el método de ultrasonido por inmersión y las velocidades ultrasónicas de corte en las diferentes microestructuras por el método de ultrasonido por contacto. Los coeficientes de atenuación ultrasónica fueron determinados mediante análisis espectral de las señales de radio frecuencia (RF). Para ello, las señales ultrasónicas de los ecos fueron analizadas por medio de la Transformada Rápida de Fourier (FFT por sus siglas en inglés). Se realizaron cálculos matemáticos para determinar las pérdidas ocasionadas por la divergencia del haz ultrasónico y el desajuste de impedancia acústica de los medios. De esta forma, se obtienen solo las pérdidas ocasionadas por la dispersión de las ondas ultrasónicas en las fronteras de grano dando como resultado diferentes coeficientes de atenuación de onda para los diferentes tamaños de grano. Las velocidades ultrasónicas fueron obtenidas calculando el tiempo de propagación de la onda a través del material en las diferentes probetas, encontrando que la velocidad de las ondas longitudinales presenta una ligera disminución para los diferentes tamaños de grano.