Direct sintered new water atomised high speed steel grades designed through computational thermodynamics

Resumo

Los aceros rápidos se utilizan comúnmente para herramientas de corte; Sin embargo, hoy en día las nuevas aplicaciones que requieren alta resistencia al desgaste están aumentando: Turbinas de motores aeronáuticos, asientos de válvulas, herramientas de compactación... La forma en que se crean nuevas aleaciones es muchas veces por ensayo y error. Este método es costoso y consume mucho tiempo, por lo que se desarrollaron nuevos enfoques para el diseño de polvos con propiedades mejoradas. La Termodinámica Conputacional es el sistema utilizado en esta tesis para llevar a cabo el diseño de dos HSSs diferentes: uno con alta resistencia al desgaste y otro con buenas propiedades de corte. En ambos casos la ruta de producción utilizada fue el prensado y sinterización de polvos atomizados en agua y gas. Se obtienen piezas que necesitan poco o nada de mecanizado lo que se traduce en ahorro de costes. Experiencias previas en CEIT demostraron la mejora que una atmósfera de sinterización que contiene N tenía en polvos con contenido de V > 2 % en peso. Siguiendo esta idea, y teniendo en cuenta los conocimientos adquiridos durante estos años se han desarrollado nuevos polvos que fueron sinterizados en estas atmósferas. La sinterización en fase líquida Supersolidus es el proceso de sinterización por el cual densifican los polvos de HSS en el proceso de prensado y sinterización. Este proceso se produce en el área del diagrama de fases donde el líquido, austenita y carburos son estables y la temperatura de sinterización y la Ventana de sinterización están relacionados con las características que definen esa zona. Para estudiar la capacidad de sinterización de los polvos, la herramienta elegida fue Thermo-Calc®, ya que puede predecir el efecto de los diferentes elementos de aleación en la sinterización. Las propiedades deseadas de los materiales se tradujeron en microestructuras que conducirán a ellos. Para obtener las microestructuras deseados sin fases indeseables, se hicieron diagramas de fase que comparan el efecto que los diferentes elementos de aleación tenían en la formación de la fase. Las composiciones que dieron los mejores resultados fueron atomizados. Los polvos se produjeron por atomización en agua y gas para comparar el diferente comportamiento de los polvos en función de su forma, contenido de O y método de conformacióm. Una vez que completada la sinterización en atmósferas ricas en N se buscan los tratamientos térmicos más adecuados para obtener microestructuras con propiedades a medida. Dichos tratamientos consisten en austenización a altas temperaturas (cerca de la temperatura solidus), temple y triple-revenido para asegurar la transformación de austenita retenida en martensita, la acomodación de la martensita y la precipitación secundaria de carburos. Cada material tiene sus propias temperaturas en función de los elementos de aleación y ciclo de sinterización al que se sometieron. Las muestras producidas por esta ruta se probaron y se compararon con muestras de HSS comerciales. El nuevo grado de alta resistencia al desgaste muestra una mejora dramática para las muestras de prensado y sinterización cuando se compara con el grado de sinterización + HIP debido al tamaño más grande de carburos primarios. Los valores de dureza alcanzados por el material de la herramienta de corte fueron muy superiores a las de los materiales comerciales. El nuevo grado llena un vacío entre el presente HSS y el metal duro. Sin embargo, la enorme cantidad de carburos necesarios para aumentar la dureza tiene efecto perjudicial sobre las propiedades mecánicas y está comprometiendo el rendimiento de corte. La gran fracción de volumen de carburos (primaria y secundaria) resultó en materiales frágiles con baja resistencia al impacto por lo tanto dio resultados de corte peores que la comercial, principalmente en el corte interrumpido grave. Sin embargo, cuando la interrupción no fue tan grave en el corte el rendimiento era del mismo orden.