Modelización de las transformaciones de fase en el proceso de endurecimiento de aceros con láser de CO2

Abstract

Los procesos de endurecimiento superficial de aceros dependen de los ritmos de calentamiento y enfriamiento del material, que han de ser rápidos. En el endurecimiento por láser, el rápido calentamiento viene asegurado por la elevada densidad de potencia del haz láser incidiendo sobre un pequeño volumen de la pieza, mientras que el flujo de calor por conducción hacia el resto del material ayuda a producir un rápido ritmo de enfriamiento. En este artículo, los ciclos térmicos se determinan con la ayuda de un modelo de elementos finitos que calcula la evolución de la temperatura en los diferentes puntos del material durante el proceso de tratamiento con láser. Para la predicción del endurecimiento son necesarios los diagramas de calentamiento isotermo (IT) para su aplicación durante el calentamiento; la cuantificación de las transformaciones se realiza en una serie de pasos isotermos conectados con otros de fracción de volumen constante; el porcentaje de cada fase se calcula utilizando la ley de Johnson-Mehl y Avrami. En el enfriamiento se utilizan los diagramas TTT a la manera que se hacía con los IT en el calentamiento. Se valida el modelo utilizando una serie de datos experimentales donde se muestran, de un lado, el mapa de durezas producto del tratamiento de una pieza plana de AISI 1045 con láser de CO2 y, de otro, el mapa de concentración de martensita obtenida a partir del modelado de ese mismo proceso. La coincidencia entre ambos mapas permite una primera validación del modelo presentado.

Keywords

• endurecimiento por láser
• modelo de elementos finitos
• transmisión de calor.