A microstructure-based constitutive model for pearlite

Resumen

Los aceros eutectoides totalmente perlíticos presentan un excelente compromiso de resistencia mecánica y ductilidad, y se utilizan ampliamente para raíles, cables de pretensado y alambres de alta resistencia. Estas excelentes propiedades mecánicas son consecuencia de su particular estructura nanocompuesta que combina finas láminas de cementita (~12% de fracción volumétrica) con láminas ferríticas. Esta compleja subestructura conlleva una compleja evolución microestructural y de propiedades con la deformación aplicada que resulta difícil de modelizar. En este trabajo, se presenta un modelo constitutivo basado en la microestructura de la perlita que considera tanto el comportamiento elastoplástico como la evolución del daño. La formulación original, válida para escalas mesoscópicas, contempla el comportamiento de la ferrita y la cementita por separado, asumiendo que el endurecimiento se produce a través de los mecanismos que actúan en la ferrita. Para su aplicación en sistemas macroscópicos, como el trefilado de alambres, se ha aplicado una estrategia de homogeneización multi-colonia. En cuanto al daño, se ha adoptado un enfoque de la Mecánica del Daño Continuo adaptado a las características de la perlita, con el acoplamiento del daño a la respuesta mecánica. El modelo se ha implementado para su uso en simulaciones de elementos finitos y se ha sometido a un proceso de calibración utilizando datos experimentales de ensayos de tracción y torsión. Posteriormente, se ha validado el modelo, confirmando su capacidad predictiva en varios aspectos, incluyendo la respuesta mecánica bajo diferentes estados de tensión, la acumulación de tensiones internas y la evolución de la microestructura con la deformación.