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• Diego Zapata

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PROCESOS Y METALURGIA DE LA SOLDADURA AGRIETAMIENTO EN FRÍO (HIC) Mauricio Castaño Vergara 1017237195 Felipe Malagón Gómez 1039468099 Emanuel Valencia Henao 1035235057 Tarea 5: ​Explicar por escrito los diagramas CCT (“Continuous Cooling Transformation”): qué son, cómo se interpretan, qué relación tienen con el HIC y dónde se pueden encontrar diagramas concretos.

¿QUÉ SON? Los diagramas de transformaciones isotérmicas (TTT) y de transformaciones de enfriamiento continuo (CCT) sirven para determinar la microestructura y la dureza de un acero luego de un proceso de enfriamiento desde temperaturas austeníticas, permiten determinar qué fases fueron formadas y en qué porcentajes se encuentra ​(Zang & Farrar, 1995)​. En la realidad, difícilmente existen situaciones en las que se presenten condiciones de enfriamiento isotérmicas; por lo general, los procesos sobre aceros que implican llegar hasta la temperatura de austenización se llevan a cabo por ciclos de enfriamiento continuo y no por mantenimiento isotérmico, por lo tanto, los diagramas CCT son modelos ingenieriles que se aproximan más a lo que sucede realmente durante un proceso de enfriamiento. ¿CÓMO SE INTERPRETAN?

Figura 1. Diagrama de transformación de enfriamiento continuo CCT de un acero hipoeutectoide.

Para entender el funcionamiento de los diagramas CCT se usará como ejemplo la figura 1; en la abscisa se presenta el tiempo de enfriamiento, en la ordenada la temperatura, demarcadas de distintas manera se ven unas curvas que encierran las zonas de cada microestructura posible (a estas comúnmente se les conoce como “narices”), donde logramos distinguir la austenita, ferrita, perlita, bainita, martensita y finalmente, las líneas punteadas que decaen son las tasas o velocidades típicas en cualquier caso de enfriamiento constante donde a medida que se acercan hacia la izquierda aumentan su valor (en C°/seg). Se ve cómo desde arriba hacia abajo todas las transformaciones comienzan por la austenita y porcentajes de esta microestructura se van convirtiendo dependiendo de cada zona donde va cruzando la curva de enfriamiento constante, puntualmente en el caso de la curva de 0.023°C/seg de enfriamiento constante, a la altura de 650°C la austenita comienza a transformarse a ferrita, continúa bajando y aún queda parte de austenita por transformar y cerca a los 500°C el restante se transforma en bainita.

¿QUÉ RELACIÓN TIENEN CON EL HIC? Dado que los diagramas CCT sirven para determinar la microestructura formada por un acero y su dureza luego de un enfriamiento continuo (como se da normalmente en un proceso de soldadura), es posible trazar diferentes curvas para tasas de enfriamiento que permitan evitar, si es posible, una estructura frágil que sea susceptible al agrietamiento inducido por hidrógeno (HIC) como por ejemplo la martensita. En los aceros con alta templabilidad, la formación de ferrita se da en tiempos muy largos, por lo que alcanzar su formación (y evitar la estructura 100% martensítica) supone un proceso muy complicado y caro para alcanzar y controlar tasas de enfriamiento tan lentas ​ (Lipold, 2015)​. A continuación se tienen 3 diagramas para diferentes aceros, 1036, 4140 y 431.

Figura 2. Diagrama CCT AISI 1036 (​American Society for Metals, 1977). Se puede apreciar que la formación de ferrita empieza aproximadamente a 1050 °F y 2,5 segundos, por lo que a incluso a tasas de enfriamiento muy rápidas, no se presentará una estructura completamente martensítica, por el contrario, habrá presente un alto porcentaje de ferrita. Debido a esto, el acero AISI 1036 no presenta gran susceptibilidad al HIC.

Figura 3. Diagrama CCT AISI 4140 ​ (American Society for Metals, 1977). Para este acero se observa que el punto de formación de ferrita se encuentra aproximadamente en 7 segundos y 1100 °F, por lo cual a tasas de enfriamiento altas es posible obtener una estructura completamente martensítica, y a tasas medianas obtener ferrita, bainita y martensita, por lo cual su susceptibilidad al HIC es mayor que para el AISI 1036 y es posible llegar a tasas de enfriamiento que reduzcan dicha susceptibilidad.

Figura 4. Diagrama CCT AISI 431 ​ (SIJ Group, 2016).​ El diagrama corresponde a un acero inoxidable martensítico, el cual presentará una estructura 100% martensítica, para lograr que haya presencia de perlita es necesario una tasa de enfriamiento cercana a 0.044 °C/s, pero eso no evitaría la formación de una alta proporción de martensita, por lo cual la estructura es altamente susceptible al HIC y no puede ser evitado.

¿DÓNDE ENCONTRAR DIAGRAMAS CONCRETOS? Los diagramas CCT pueden ser encontrados en atlas y recopilaciones realizadas por institutos especializados en materiales. La ASM cuenta con un atlas publicado en el año 1977, donde se presenta un catálogo de diagramas TTT y CCT para diferentes familias de metales; también pueden ser encontrados en publicaciones de entidades como el instituto de materiales de londres, en particular, la recopilación realizada por los profesores Zhuyao Zhang y R.A. Farrar de la universidad de Southampton, titulada ​

Es posible también, encontrar diagramas CCT más actualizados para algunos aceros específicos en la página oficial de la ASM, los cuales son de consulta gratis para los usuarios con membresía.

REFERENCIAS American Society for Metals. (1977). ​Atlas of Isothermal Transformations and Cooling Transformations Diagrams.​ Estados Unidos. Facultad de Ingeniería - UNLP. ​Estructura y propiedades de las aleaciones. Capítulo 5: Diagramas de transformación isotérmica y de enfriamiento continuo. Lipold, J. C. (2015). ​Welding Metallurgy and Weldability.​ Wiley. Zang, Z., & Farrar, R. A. (1995). ​An Atlas of continuous cooling transformations (CCT) diagrams applicable to low carbon low alloy weld metals.​ London: The Institute of Materials. SIJ Group. (2016). ​SINOXX 4057 Steel.​ Obtenido de https://steelselector.sij.si/data/pdf/PK2SP.pdf