Comportamiento a fatiga de aceros inoxidables austenoferríticos

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Aceros Austenoferríticos

Los aceros inoxidables austeno-ferríticos, también llamados aceros duplex, presentan una microestructura formada por islas de ferrita en una matriz austenítica:

Figura 1: Micrografía de un acero austeno-ferrítico

En la tabla siguiente se observa la composición típica de algunos de estos aceros:

Tabla 1: Composición acero inoxidable 329

Sus propiedadesmecánicas son superiores a los aceros ferríticos y austeníticos, aunque algo menores a los de los martensíticos. La variación de propiedades físicas y mecánicas puede regularse por tratamiento térmico variando la relación ferrita/austenita, que puede oscilar entre 30/70 y 60/40.
Estos aceros presentan excelente comportamiento a la corrosión en medios fuertemente ácidos, en particular a los oxidantescomo el ácido nítrico, ambientes salinos, corrosión bajo tensión, oxidación en caliente hasta 1100ºC, etc. Debe destacarse que la combinación de propiedades mecámnicas y de resistencia a la corrosión es superior a la de las restantes familias de aceros inoxidables, aunque su conformación en caliente sea más difícil por la diferencia de deformabilidad de la ferrita y la austenita. En general, elaumento del contenido en ferrita disminuye las características mecánicas, mientras que el de austenita disminuye la resistencia a la corrosión bajo tensión.

Comportamiento a fatiga

La fatiga se define como el deterior progresivo de un material sometido a cargas repetidas, o ciclos de carga. En los ensayos de fatiga, la muestra está sujeta a una esfuerzo de variación periódica de amplitudconstante por medio de dispositivos mecánicos o magnéticos. Los esfuerzos aplicados pueden alternar entre iguales valores positivos y negativos, desde cero al máximo valores positivos o negativos. La carga más común es la tensión alterna y compresión de la igualdad de los valores numéricos, obtenidos por rotación de una muestra cilíndrica bajo una carga a flexión.
Una serie de pruebas de fatiga es unaserie de muestras del material a diferentes niveles de carga. El estrés sufrido se traza con el número de ciclos sostenido, obteniendo el diagrama de esfuerzo-ciclo o diagrama SN.

Figura 2: Diagrama S-N de varios materiales

Eligiendo cargas cada vez más reducidas se obtiene un valor en el cual no se produce fatiga, independientemente del número de ciclos. Este valor de tensión se llama ellímite de fatiga.

Tabla 2: Límite de fatiga para varios materiales

Los defectos de superficie, como rugosidades,muescas u hoquedades, reducen la resistencia a la fatiga.
A pesar de que estos aceros combinan muy buenas propiedades mecánicas y de corrosión en comparación con los monofásicos, son susceptibles a la descomposición espinodal cuando son expuestos a temperaturas entre 300 y 500°C.La descomposición de la ferrita conduce a una

mayor dureza, límite elástico y resistencia a la tracción, pero disminuye drásticamente la ductilidad y la resistencia.

Influencia del envejecimiento térmico en el comportamiento a fatiga

La resistencia a la tracción, ductilidad y la tenacidad de los aceros inoxidables austenoferríticos se ven fuertemente afectados por el envejecimiento a unatemperatura entre 250 y 550°C. Este efecto se atribuye principalmente a la descomposición espinodal de la solución sólida Fe-Cr en la ferrita.
Los efectos del envejecimiento térmico, en la iniciación de fisuras, sobre las características de la fatiga, se puede observar en la siguiente figura:

Figura 3: Curva S-N de un acero (UA) y el mismo envejecido (A200) para alto número de ciclos

Lafigura muestra un acero no envejecida (UA) y otro después tratamiento de envejecimiento a 475°C durante 200h (A200). El 0.2 POY y la resistencia a la rotura a la tracción fueron, respectivamente, 468 y 686 MPa para el UA, y 780 y 955 MPa, para el A200.
El límite de fatiga y el general de la fuerza HCF para la condición de edad son superiores a las de la recocido uno. Esto se debe en acuerdo...
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