Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales. Vol. 5. N° 2. 1985 125

Recristalización Durante la Deformación en Caliente de un Acero 8620-H

E. Meléndez, L. Lara y G. Chanes

Iniversidad Autónoma Metropolitana-Azcapotzalco, México, D. F., México

El comportamiento de restauración de un acero 8620-H comercial, fue estudiado al templar en agua desde la temperatura de trabajado,las probetas ensayadas en torsión inmediatamente después de la deformación (t , 1 seg.). Los especírnenes fueron deformados a 1150°Cavelocidades de0,11. 2y 3seg.-1, observándose por mícroscopía óptica recristalizacién dinámica a todas las velocidades de deforma-ción. El análisis de las curvas y de la microestructura, no revela una diferencia significativa en el tamaño de grano a las distintas veloci-dades de deformación (como se ve por la poca variación en el esfuerzo del estado estacionario). Se realizó un análisis de la microes-tructura a diferentes porcentajes de deformación a una velocidad de 3 seg.-1, encontrándose una refinación de la estructura después deec (deformación crítica) y una nula variación en la microestructura con la deformación una vez alcanzado el estado estacionario.

Recrystallization During Hot-Deformation of a 8620-H Steel

The softening behaviour of a commercial purity 8620-H steel was studied by means ofwaterquenchingfrom a workingtemperature ontorsion tested specimens following deformation, the cooling time was calculated at less than 1 secoThe samples were deformed at ll50°C(2100 °F) with strain rates of 0.1,0.5, 1.0,2.0 and 3.0 sec.-1 Optical microscopy revealed the occurrence of dynamic recrystallizationfor al! the strain rates. The analysís of the flow curves and the microstructure did not show a significant difference in grain sízes for thestrain rates applied, as can be ascertained by the slight.variation ofthe steady state stress. Microstuctural analyses were performed fordifferent strains at a constant straín rate of 3 sec."": these evidenced austenitic grain refinement after the critical strain (e.) and novariation with increasing oríce the steady was atteined.

TRODUCCION

La finalidad del presente trabajo es detectar el me-eanismo de restauración que se presenta en un aceroS620-H durante la deformación en caliente (T > 0,6 Tm)Y

velocidades de deformación relativamente elevadas3 seg.'").

Los dos mecanismos básicos de restauración son larecuperación y la recristalización dinámica. En la actua-. ad no existe un criterio unificado acerca de los factoresue gobiernan estos mecanismos. La idea de la recristali-

zación dinámica fue originalmente planteada por diver-sos investigadores [1, 2, 3, 4] pero el primer estudioetallado sobre el fenómeno fue realizado por Jonas et. al

en 1969 [5], en donde se reunía la evidencia hasta esafecha tanto a favor como en contra de la ocurrencia derecristalización dinámica, de esta manera los materialesfueron difivididos en base a su mecanismo de restaura-

ién en dos grupos: el primero es aquel en el cual sola-ente se presenta restauración por recuperación diná-

mica y a éste pertenecen el aluminio y algunas de susaleaciones, el hierro de pureza comercial y las aleacioneserríticas, entre otras. El segundo grupo está formado

por los materiales que en ciertas condiciones puede pre-sentar recristalización dinámica, a éste pertenecen lasaleaciones de Cu, de Ni y los aceros austeníticos. Sonabundantes los estudios acerca de los factores que go-iernan estos mecanismos [5, 6, 7, 8,9]. Durante cual-

quier tipo de deformación, el comportamiento del ma-terial a lo largo de la misma se refleja en su curva de

uencia [10] el comportamiento de esta curva, dependede las condiciones experimentales, principalmente tem-

peratura (T) y velocidad de deformación (e). De aquí quecualquier condición de deformación en caliente puedadescribirse por el parámetro modificado de velocidadde deformación, Z o parámetro de Zener-Hollomon [5,9,10]:

Z = e exp (H/RT):

en la Fig. 1 se observan las diversas curvas de fluenciaidealizadas para consolidación, recuperación y recrista-lización dinámica [10].

TENSION VERDADERA

ENDURECIDO PORTRABAJADO

~ RECUPERACIONDINAMICA

____ RECRISTALlZACIONDINAMICA

DEFORMACIONVERDADERA

Fig. 1. Curvas de fluencia.

<Il<IlUJa::1-I/l

126 LatinAmerican Journai 01 Metallurgy and Materials, Vol. 5, N° 2, 1985

Si consideramos a Z como el único factor que go-bierna el comportamiento del material durante la defor-mación, la consolidación se presenta cuando los valoresdeZ son muy grandes'; o sea a bajas temperaturas, dondeno operan los mecanismos de restauración. La recristali-zación dinámica estará favorecida por valores pequeñosde Z, lo cual está representado por altas temperaturas yrelativamente baj as velocidades de deformación, aunadoa una baja energía de error de apilamiento del material[1,11, 12, 13]. Si no se cumplen estas condiciones el meca-nismo de restauración será únicamente recuperacióndinámica.

La forma típica de las curvas de fluencia cuando sepresenta recristalización dinámica puede observarse enla Fig. 2 [14].Aquí se muestra la variación en el esfuerzode fuencia y la forma de la curva al modificar la velocidadde deformación; el cambio en la forma de las curvaspuede verse con mayor claridad en la Fig. 3.A baj as velo-cidades de deformación [9] se presenta una curva deforma cíclica causada por ondas de recristalización, aaltas velocidades de deformación, la recristalizacióncomienza a mayores porcentajes de deformación, cau-sando la caída en el esfuerzo después del pico. Unaamplia explicación de este fenómeno fue dada por Lutony Sellars en 1969 [15]. Fig. 4.

15

~ 10

ooo.----...J

Lñ~O 5Nfó::>thUJ

E = 2.5 S('g-I

E:;I.ISpg-'1

___ ~É=-=0.14 spg-I

______________ ~~E~=~0~.O.6~Segl,\-- .-~~_=__::;_----"-=::.O"".~0555eg-1

,,--_É::. 0.017 Seg-¡

É::..0.69Se -1 É=0.00'35eg-1

•........-..."'-------E::. 0·002 5eg-1

É::o. 00115eg-1

0.5 1.5 2.0 2.51.0

OEFORMACION REAL (%)

Fig. 2. Efecto de la velocidad de deformación.

Los diversos modelos de recristalización, así comola transición entre el comportamiento de recristalizaciónmúltiple y el continuo han sido ampliamente discutidospor Jonas y Sakai [16], no siendo su análisis el propósitodel presente trabajo.

Durante la recuperación dinámica todos los meca-nismos de restauración involucran dislocaciones unita-rias, las cuales son aniquiladas en eventos individuales.En contraste. durante la recristalización dinámica lasdislocaciones son aniquiladas en grandes números a tra-vés de la migración de un límite de grano de gran ángulo.

CONTINUAL RAPIO

DI NAM IC RECRIS-TALLlZATION

WAVES OF REPEATEO OYNAMICRECRISTAL L IZATION

STRAIN

Fig, 3. Recristalización continua y periódica.

",,"/'

/

<f)

IDa::>-<f)

5 'fo RECRYSr.

Es---->98% RECRY5l,

Fig. 4. Modelo de Luton y Sellars.

Esto significa que la red en la que residen es destruida yreemplazada-por una nueva y sustancialmente perfectaen una operación integral [9].

Si los granos iniciales son equiáxicos, éstos seránelongados en la dirección del flujo, hasta alcanzar ladeformación crítica (e) para el inicio de la recristaliza-ción, entre esta deformación y a la cual se alcanza elestado estacionario (E.), existe una progresiva refinaciónde la estructura, una vez alcanzado el estado estaciona-rio se habrá completado la recristalización por vez pri- .mera, y habrá un equilibrio entre deformación y recris-talización (recristalización repetida) de esta forma losgranos permanecerán equiáxicos y de tamaño uniforme.Fig. 5 [9, 17,18]. El tamaño de grano recristalizado esinversamente proporcional a Z o (T., y según Sellars[18]:

donde se supone que

CJ'o ~ O Y m~ 3/4

Es de gran importancia para observar la estructuradinámica, el templar rápidamente e inmediatamentedespués de la deformación (T < 1seg. [18]),puesto que la .subestructura dentro delos granos dinámicamente re-cristalizados da lugar a una rápida recristalización está-tica al concluir la deformación [9].

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NC,..,NMFig. 5. Evolución de la estructura austenítica.

N

McQuen y Baudelet en 1979 [13]concluyen que paraque ocurra recristalización dinámica existe un rango detemperaturas y velocidades de deformación, y sitúan ellímite superior de velocidad de deformación en 1 seg."".Esto será discutido al analizar los resultados del pre-sente trabaio.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Los ensayos fueron realizados con un acero 8620-Hde pureza comercial, cuya composición se muestra en laTabla 1. El material fue recibido en forma de redondode laminación, y fue maquinado a las dimensiones reque-ridas para fabricar probetas de torsión en caliente,Fig.6.

Las probetas fueron sometidas a un tratamiento denormalizado previo a 1000 °C durante una hora bajoatmósfera inerte de N2 para evitar decarburización yexcesiva oxidación. Las probetas tratadas fueron ensa-yadas en torsión en una máquina SETARAM -IRSID dela cual existen descripciones detalladas en la bibliogra-fía [19].

Los ensayos se realizaron a 1150°C,a velocidades dedeformación de 0,1, 0,5, 1, 2 Y 3 seg."? respectivamente,templado en agua inmediatamente después de finalizarla deformación a 22 vueltas '(e = 4), es decir una vezalcanzado el estado estacionario. Otro grupo de probetasfue deformado a una velocidad constante de 3 seg.-1 y auna temperatura de 1150°Ccon incrementos de 5%hastaalcanzar el estado estacionario y luego del 100%hasta la

1

376: 150 ~-----,-,76'-----7_~" ;1

+__ 'f1~.n:.~.~. ~\-._+~~ .... \'

Fig. 6. Probeta de torsión.

ruptura. Estas probetas también fueron templadas enagua inmediatamente después de terminada la deforma-ción, desde la temperatura de trabajo en caliente. Eltiempo de temple fue menor a 1 seg. Los datos obtenidosen torsión, proporcionaron curvas de fluencia par de tor-sión vs. número de vueltas, estos datos fueron transfor-mados a esfuerzo cortante-deformación tangencial yéstos a su vez a esfuerzo real-deformación real, pormedio de un computador HP-9825A, basándose en losmétodos comúnmente empleados [20, 21, 22].

Después del temple las probetas fueron montadaspulidas y atacadas por distintos procedimientos.

Esta parte del desarrollo experimental fue la querepresentó la mayor dificultad, debido a la estructura detransformación en estos tipos de aceros. Para poderrevelar los límites de grano se ensayaron diferentes reac-tivos [23, 24] obteniéndose los mejores resultados conuna solución acuosa de persulfato de amonio, que aúncuando la nitidez al revelar los granos no es tan buenacomo sería deseable si al menos permite identificarlos.

DISCUSION DE RESULTADOS

Los resultados obtenidos en los ensayos a diferentesvelocidades de deformación se agrupan en la Tabla 2, ylas curvas de fluencia están comparadas en laFig, 7. Sepuede observar que el esfuerzo máximo y el esfuerzo delestado continuo decrecen al disminuir' la velocidad dedeformación. Además observando la forma de las curvaspuede deducirse la ocurrencia de recristalización diná-mica a todas las velocidades de deformación, lo cual sedemuestra con la observación microscópica de las prohe-taso A 3 seg. -1 en el estado estacionario, pueden distin-

TABLA1

ANALISIS QUIMICO, ACERO 8620-H

C Mn Si P S Cr Ni Mo Cu Al

% % % % % % % % % %

,199 ,817 ,325 ,008 ,022 0,73Q 0,480 0,150 0;035 0,055

ración entre las microestructuras a las distintas veloci-dades de deformación (una vez alcanzado el estado esta-cionario) no revela una diferencia siginificativa en eltamaño de los granos, lo cual puede suponerse por lapoca variación en el esfuerzo del estado continuo a lasdistintas velocidades de deformación y aunado a la difi-cultad de obtener resultados cuantitativos debido a laestructura de transformación.

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TABLA 2

ESFUERZO DE FLUENCIA A DISTINTASVELOCIDADES DE DEFORMACION

e MTm T máx (J máx (J ssseg."? Ka=mm. l(q/mmB Kg/mm2 Kg/mm2

1. 3,0 309,19 5,468 9,470 6,4482. 2.0 274,55 4,855 8,409 5,7573. 1,0 247,38 4,375 7,577 .4,9984. 0,5 234,98 4,155 7,197 4,7735. 0,1 200,35 3,543 6,136 4,091

guirse perfectamente granos equiáxicos recristalizados,lo cual evidentemente no concuerda con lo supuesto porMcQueen y Baudelet [13], de que por encima de 1 seg"! nopuede presentarse recristalización dinámica. La compa-

50

zo<Ilo::o1-

woo1-ZUJ~o::¡:

NUMERO DE REVOLUCIONES

Fig. 7. Efecto de la velocidad de deformación.

50

Foto 1. 160 X (Material original).En la micrografía original se observan los granos grandes y destruidoscaracterísticos del material laminado en frío.

En la Fig. 8 se muestra la curva de fluencia para é3seg.-1 y T = 1150 °C. Al analizar microscópicarnente laestructura, se observa una progresiva elongación en losgranos hasta alcanzar la deformación crítica (s.), que eneste caso se encuentra entre E = 0,3 Y E, = 0,35.

La microestructura va refinándose y haciéndosemás homogénea al transcurrir la deformación hacia el

250

TABLA 3e 0/0

1_ ORIGINAL2_10:L324_1005_FRACTURA

5zo!Qf:?wogzUJ~o:E

2

50NUMERO DE REVOLUCIONES

Fig. 8. Ensayo a 3 8-1 Y 1150 'C.

Foto 2. 160 X (Zona no deformada).En la micrografía original se observan los granos grandes y equiáxicoscaracterfsticas de la recristalización estática y sostenimiento a altatemperatura.

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"oto 3. 160 XEn la micrografía original se observa una estructura más fina, com-

esta por granos pequeños y equiáxicos. producto de la recristaiiza-ción dinámica.

estado estacionario (€.), una vez alcanzada esta defor-mación se establece un equilibrio entre la deformaeión y

recristalización, haciendo que la micra estructura per-anezca sin variación, hasta llegar a la fractura.

CONCLUSIOr-.,·ES

Bajo las condícíones de ensayo y en el rango de tra-bajado en caliente, los aceros 8620-H de pureza comer-cial presentan recristalización dinámica de tipo contí-nuo, en el rango de velocidades de deformación de 0,1a 3 seg."".

Como había sido anteriormente supuesto, el esfuer-zo de f1uencia decrece al disminuir la velocidad de defor-mación. La dificultad que se presenta para observar loslimites de grano no permite hacer análisis cuantitativode la estructura por los medios disponibles.

Como había sido anteriormente observado, la formay el tamaño de los granos dinámicamente recristalizados 'no varía a lo largo del estado estacionario. La verdaderarefinación de la estructura se presenta entre la deforma-ción crítica y la deformación del estado estacionario.

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