Análisis microestructural y mecánico de uniones soldadas por arco eléctrico en aceros automotrices de medio manganeso

Abstract

Debido a los requerimientos de la industria automotriz, los aceros de medio Mn son atractivos para su aplicación en innumerables componentes de la estructura de un automóvil, gracias a la excelente combinación de alta resistencia y elongación. Sin embargo, durante el ensamble del vehículo es necesario establecer un método apropiado de unión, por tal motivo, en la presente investigación se consideró la variante del proceso MIG conocida como soldadura por arco con núcleo fundente (FCAW, flux cored arc welding) como una alternativa a los procesos utilizados en la industria automotriz, ya que al ser aceros de reciente desarrollo es difícil encontrar un material de aporte con la misma composición química, por lo que representa una oportunidad en el área investigación para evaluar la influencia del proceso de soldadura en la microestructura, propiedades mecánicas en tensión y microdureza. La composición nominal del acero estudiado fue la siguiente Fe-0.14C-1.5Al-1.7Si-6.5Mn-0.1Nb (% en peso) y para la caracterización de las fases en cada etapa se utilizó un microscopio óptico (MO), un microscopio electrónico de barrido (MEB) y un difractómetro de rayos X (DRX), se encontró que las fases que componen la microestructura de partida consiste de una mezcla de martensita α’, ferrita α, austenita retenida ϒ R y carburo de niobio (NbC). Después del proceso de soldadura, se realizó la caracterización e identificación de fases en la zona de fusión (ZF), en donde se encontró una microestructura totalmente martensítica mientras que en la zona afectada térmicamente (ZAT), se encontró que la fase predominante fue la α´ de alta dureza y una pequeña fracción de ϒ R. Además, se estimó analíticamente que en la ZAT se alcanzaron temperaturas entre los 1,500 °C y 950 °C, lo que originó la disolución parcial de los carburos de niobio (NbC) preexistentes en el acero y en consecuencia, se tuvo un crecimiento de grano de austenita ϒ, por lo tanto, se identificó a la ZAT como un sitio promotor de propagación de grietas durante los ensayos de tensión con una disminución de resistencia de 1,500 MPa a 1,300 MPa. Por lo cual, para lograr incrementar la elongación se aplicó un tratamiento térmico de recocido intercrítico que promovió el aumento de la fracción de las fases α y ϒ R.

Due to requirements of automotive industry, medium-Mn Steels are attractive for their application in several components, due to their combination of high strength and excellent elongation. Nevertheless, a reliable method for joining them should be established. The influence of the Flux Cored Arc Welding (FCAW) on microstructure, tensile properties and microhardness was investigated in this work, it is important to emphasize that these recently developed steels with complex chemical composition represent an opportunity to evaluate FCAW as an alternative to the frequently welding process used in automotive industry. The following composition Fe-0.14C-1.5Al-1.7Si-6.5Mn-0.1Nb (wt.%) was analyzed and phase identification by optical microscope, scanning electron microscope and X-ray diffraction was carried out. It was found that initial microstructure consisted of α ’-martensite, α -ferrite, ϒ R retained austenite and niobium carbide (NbC). Fusion zone (FZ) exhibited a microstructure composed completely of martensite. Adjacent to FZ, microstructure of base material (BM) was modified and heat-affected zone (HAZ) was originated. Peak temperatures between 1,500 °C and 950°C led to partial dissolution of niobium carbides (NbC) and growth of austenite grains. Low elongation and brittle martensite were formed because of high cooling rate experimented in this zone, for this reason HAZ was the most common failure site during tensile tests; ultimate tensile strength decreased from 1,500 MPa to 1,300MPa. There were not changes on microstructure in BM, although, heat input promoted a tempering effect. However, to increase elongation, an intercritical annealing was applied, which involved the formation of α and ϒ R phases instead α ´.