ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO MECANICO Y MICROESTRUCTURAL DE UN ACERO ASTM A572 G.50 ANTE LA APLICACION DE LIMPIEZA CRIOGENICA

Abstract

En el presente trabajo se estudia el efecto de la limpieza criogénica con hielo seco a -78,3 ºC sobre un acero y su unión soldada, los que podrían experimentar un cambio drástico perjudicial al pasar de un comportamiento dúctil a frágil a bajas temperaturas. El efecto fue cuantificado mediante el endurecimiento, la profundidad de deformación plástica y los esfuerzos residuales inducidos por el sistema de limpieza, en tanto la caracterización de la capa superficial tratada se efectuó mediante análisis microestructural. Para dimensionar el efecto mecánico de la limpieza criogénica se realizó una comparación con granallado, siendo ambos métodos implementados a una presión de 80 psi, variando el tiempo de aplicación (1,5 y 2,5 minutos) sobre planchas y juntas soldadas de este material. Se demostró que la limpieza criogénica no induce condiciones para que ocurra fragilización en la superficie del acero debido al bajo impacto mecánico que genera. Esto se evidenció por la ausencia de grietas al observar por microscopía óptica, y por endurecimientos inferiores al 15% a una profundidad de 200 µm según los ensayos de microdureza Vickers. Adicionalmente, los esfuerzos residuales generados, medidos por difracción de rayos X y ultrasonido, son bajos en relación al límite elástico del acero. También resultan menores los efectos de endurecimiento y esfuerzos residuales en zonas concentradoras de esfuerzos, como la zona fundida y la zona afectada térmicamente de una junta soldada, cuando se compara con el metal base. Finalmente, se comprobó que no se favorecen mecanismos de deterioro, debido a que los esfuerzos residuales generados en la capa superficial son solo de carácter compresivo.

The effect of dry ice blasting at -78,3 ºC on a steel and its welded joint, which might change from ductile to brittle behavior at low temperatures, is studied in this work. For this purpose, the effect of dry ice blasting was quantified by measuring the hardening, the depth of plastic deformation and the residual stresses induced. The deformed surface layer was characterized by microstructural analysis. In order to measure the mechanical effects, dry ice blasting and shot blasting were compared. Both techniques were performed at a pressure of 80 psi, varying the application time (1,5 and 2,5 minutes) both on plates and welded joints of the steel. It was shown that dry ice blasting does not induce conditions for embrittlement of the surface of the steel, due to the low mechanical impact that the process generates. This was demonstrated by the absence of cracks in the optical microscopy images, and by Vickers microhardness tests that show hardening of less than 15% up to a depth of 200 μm. Additionally, X-ray diffraction and ultrasonic tests show low levels of residual stresses compared with the yield stress of the steel. The effects of hardening and residual stresses on both the melted zone and the heat affected zone of the weld, considered potential stress risers, were also lower than on the base metal plates. Finally, the residual stresses on the surface of the steel were shown to be compressive; hence, no deterioration mechanisms are favored.