Cellular automaton modeling of transformations in bainitic steels

Resumen

Las propiedades mecánicas de los materiales dependen enormemente de su microestructura. En los aceros, el desarrollo microestructural se lleva a cabo a través de una serie de transformaciones a partir de la austenita. La mayoría de los modelos actuales utilizados para describir la evolución microestructural se basan en resultados empíricos. Esto reduce su aplicabilidad a un rango limitado de composiciones químicas y tratamientos térmicos. Estos modelos describen la evolución microestuctural en términos de parámetros promedio, sin dar información acerca de la distribución espacial. En este trabajo se presenta un modelo en 3D utilizando un automata celular que simula la transformación de la austenita en ferrita, bainita y martensita. Con el objetivo de ampliar la aplicabilidad del modelo, se utilizaron modelos basados en principios físicos para cada una de estas transformaciones. Con el modelo numérico desarrollado en esta tesis, es posible extender modelos homogéneos existentes para describir sistemas heterogéneos. El modelo da como resultado la cinética de la transformación tomando en cuenta la heterogeneidad microestructural, al mismo tiempo que simula la evolución microestructural del sistema. El modelo fue formulado en una escala mesoscópica. De esta manera, la influencia de los rasgos microestructurales en la evolución de la transformación pudieran ser caracterizados. La validación del modelo se hizo utilizando dos composiciones químicas y ciclos de calentamiento isotérmicos y de enfriamiento continuo. La transformación fue simulada partiendo de una matriz homogénea y de una matriz multifásica. Los resultados cinéticos obtenidos con el modelo muestran una buena aproximación con las curvas experimentales. El modelo es capaz de producir microestructuras verosímiles, reproduciendo en un buen grado la topología observada. Se espera que mediante el desarrollo de esta herramienta de modelización, se mejore la capacidad relacionada con el diseño y la optimización de nuevas aleaciones y tratamientos térmicos.