Modelado de la evolución microestructural durante forja en caliente - Luis Reyes (2013)
Las aleaciones base níquel se distinguen por su gran desempeño bajo condiciones térmicas y mecánicas demandantes, donde una de sus principales aplicaciones incluye el desarrollo de componentes de turbinas para generación de energía y transportación. La aleación base níquel Inconel 718 es un material con gran aplicación en la industria aeronáutica debido a sus excelentes propiedades de resistencia a agentes corrosivos, así como su estabilidad mecánica a elevadas temperaturas. El desarrollo de las propiedades mecánicas frecuentemente se realiza a través del procesamiento termomecánico en virtud de su relativa facilidad de deformación y economía de procesamiento, este proceso frecuentemente se desarrolla a diferentes ciclos de deformación y temperatura. El principal reforzamiento en las aleaciones níquel se realiza a través de la precipitación de partículas de segunda fase en una matriz austenítica. Sin embargo, la precipitación durante el procesamiento termomecánico incrementa la fuerza requerida para deformar el material. El control del tamaño de grano durante las estrechas ventanas de procesamiento es de gran importancia debido a su influencia en la resistencia mecánica de los componentes manufacturados. Los métodos de simulación numérica como herramienta de validación, son una vía rápida y eficaz para la predicción mecánica y microestructural de los componentes forjados. Los métodos numéricos JMAK y los algoritmos mediante el uso de autómatas celulares (CA) son los métodos más eficientes propuestos para simular el fenómeno de recristalización y crecimiento de grano durante la deformación a elevada temperatura. En este trabajo de investigación, mediante la plataforma comercial de elementos finitos DeformTM se evaluó el comportamiento mecánico y microestructural durante la deformación en caliente del Inconel 718. La recristalización y crecimiento de grano fueron modelados a través del acoplamiento de un modelo fenomenológico JMAK y un método CA bidimensional. La descripción espacial y temporal del tamaño de grano inicial del modelo CA, así como su probabilidad de nucleación y orientación de cada grano son variables influyentes en la determinación del tamaño final, orientación de grano y densidad de dislocaciones. Los modelos utilizados para la simulación microestructural del proceso de forja abierta del Inconel 718 consideran los diferentes fenómenos de recristalización xv desarrollados en los ciclos a uno y dos pasos de deformación durante y después de la forja. La simulación numérica se evaluó en el rango de temperatura de 980°C a 1050°C. Bajo este rango se distinguen dos subdominios, en el dominio a temperaturas inferiores a 1020°C el control del tamaño de grano se debe en principio al bloqueo de las partículas de precipitación, llevando al desarrollo de un tamaño de grano fino. Para temperaturas superiores a 1020°C el crecimiento de grano observa una mayor proporción tanto para las condiciones a uno y dos pasos de deformación. Los modelos implementados presentan una mejor aproximación para las condiciones de forja a dos pasos de deformación debido al refinamiento de grano generado por la repetitiva recristalización surgida durante el proceso de forja. Los modelos JMAK y CA implementados en la forja abierta del Inconel 718 muestran validez en los procesos de rolado de anillos sin costura y la compresión isotérmica de aleaciones base níquel como el Incoloy 909. De manera general, esta investigación expone la derivación de modelos confiables en la representación de la evolución microestructural, reproduciendo observaciones experimentales surgidas durante los procesos de deformación a elevadas temperaturas.