Efecto de la soldadura por fricción rotativa en la microdureza fatiga y microestructura en juntas soldadas de aceros al carbono e inoxidables
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Date
2019
Authors
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Publisher
Universidad Nacional de Trujillo
Abstract
Se realizó un estudio sobre las propiedades mecánicas de tracción, microdureza, fatiga y
microetructura en juntas soldadas de dos aceros disimiles: Acero al carbono AISI 1020 y Acero
inoxidable Duplex AISI 2205, utilizando los procesos de soldadura por fricción rotativa (FRW).
El propósito fue observar el comportamiento de estas juntas combinando diversos parámetros de
ensayos.
Las muestras se confeccionaron a partir de barras de acero AISI 1020 y AISI 2205 de
½” Ø. Se confeccionaron 24 probetas (2 repeticiones). Para los ensayos de tracción se siguió la
norma ASTM E -8, el mismo número de probetas se confeccionaron para Fatiga y microdureza.
Todas las probetas se elaboraron después de realizar los ensayos de soldadura por fricción FRW,
para lo cual, se acoplaron dispositivos de medición de Presión de forjado, fricción y tiempos,
acoplados al torno paralelo MHASA. El proceso siguió el método de impulso directo. Los
parámetros utilizados fueron: Velocidad de rotación: (1000- 1400) rpm; Tiempo de fricción: (4-
6-8) seg; Tiempo de forja: 4 seg; Presión de Fricción: (3-5) MPa Presión de forjado: 6 MPa. Se
midió la Resitencia Mecánica de la junta en la Máquina de ensayos de tracción TECNCTEST.
El perfil de microdureza midió de manera longitudinal en escala Vickers (HV). La microscopía
se realizó a nivel óptico, utilizando el Microscopio Zeiss 1000X. Se observó la microestructura
de las 4 primeras muestras ensayadas.
Se encontró que con 1000 rpm, se obtienen los mayores valores de resistencia mecánica de la
junta. El máximo valor (692,3 MPa) se encuentra con: [n=1000 rpm, Tf= 8 seg, Pf= 5Mpa],
otorgando una eficiencia a la junta de 103% respecto al acero 1020 y de 70% respecto al acero
2205. El límite de fatiga máximo: (270 MPa), lo presenta la probeta P7. Luego, las mejores
condiciones de soldeo para esta propiedad son: [n=1400 rpm, Tf
= 4 seg; Pf = 3 MPa]. Las probetas soldadas a 1000 rpm, tienen un límite de fatiga en el rango:
(225-250) MPa, y aquellas, soldadas a 1400 rpm dentro de: (220-270) MPa. La microdureza
tanto en la zona central no tiene un valor constante. La (ZAC) en promedio es pequeña ~ 2,2
mm. y la zona de contacto ~ 120 µm. La zona de unión presenta deformación plástica severa, y
tiene una estructura de grano fino, engrosándose en la zona de deformación.
En este proceso de soldadura por fricción FRW, todos los parámetros influyen; son variables
son interdependientes, y según el caso una es más influyente que las otras.
Description
A study on the mechanical properties of traction, microhardness, fatigue and microstructure in
welded joints of two dissimilar steels was carried out. Carbon steel AISI 1020 and Stainless
steel Duplex AISI 2205, using the processes of rotational friction welding (FRW) were joined.
The purpose was to observe the behavior of these joints by combining various test parameters.
The samples were made from AISI 1020 and AISI 2205 ½ ”Ø steel bars. 24 test pieces were
made (2 repetitions). For tensile tests, the ASTM E-8 standard was followed, the same number
of specimens were made for Fatigue and microhardness. All the specimens were made after
performing FRW friction welding tests, for which, forged pressure, friction and timing
measuring devices, coupled to the MHASA parallel lathe, were coupled. The process followed
the direct impulse method. The parameters: Rotation speed: (1000-1400) rpm; Friction time:
(4-6-8) sec; Forging time: 4 sec; Friction Pressure: (3-5) MPa Forging Pressure: 6 MPa were
used. The Mechanical Resistance of the joint was measured in the TECNCTEST tensile testing
machine. The microhardness profile measured longitudinally on the Vickers scale (HV).
Microscopy was performed at the optical level, using the Zeiss 1000X Microscope. The
microstructure of the first 4 samples tested was observed.
It was found, with 1000 rpm, the highest mechanical strength values of the joint were
obtained. The maximum value (692.3 MPa) is found with: [n = 1000 rpm, Tf = 8 sec, Pf =
5Mpa], giving a joint efficiency of 103% with respect to 1020 steel and 70% with respect to
2205 steel The maximum fatigue limit: (270 MPa), is presented by the P7 specimen. Then, the
best welding conditions for this property were: [n = 1400 rpm, Tf
= 4 sec; Mp = 3 MPa]. The specimens welded at 1000 rpm, have a fatigue limit in the range:
(225-250) MPa, and those, welded at 1400 rpm within: (220-270) MPa. The microhardness in
the central zone does not have a constant value. The (ZAC) on average is small ~ 2.2 mm. and
the contact zone ~ 120 µm. The junction zone has severe plastic deformation, and has a fine
grain structure, thickening in the deformation zone.
In this FRW friction welding process, all parameters influence; variables are interdependent,
and according to the case, one of them is more influential than the others.
Keywords
Soldadura, fricción rotativa, acero al carbono, acero inoxidable dúplex