Caracterización de la reacción de oxidación superficial y su influencia sobre la absorción de radiación durante el proceso de temple superficial con láser para el acero 42CrMo4
DOI:
https://doi.org/10.3989/revmetalm.067Palabras clave:
Absorción, Acero, Láser, Oxidación, Superficial, TempleResumen
El temple superficial con láser es un proceso en el que se depositan elevadas expectativas por sus innumerables ventajas en términos de calidad y productividad frente al temple por inducción. Su implantación efectiva, no obstante, se está viendo lastrada ante la falta de herramientas predictivas fiables y flexibles. Existen diversos modelos para el cálculo de temperaturas, aunque pocos realizan un tratamiento exhaustivo de la oxidación superficial y sus importantísimas implicaciones sobre la absorción de radiación láser. Este artículo adopta un modelo acoplado temperaturas/oxidación disponible en la literatura, utilizándolo, por primera vez, para la simulación de procesos sencillos llevados a cabo en distintas condiciones de potencia y velocidad, para el acero 42CrMo4. Dichas condiciones han sido reproducidas experimentalmente, registrando la temperatura máxima superficial y el espesor de óxido generado. Ambos resultados han mostrado un elevado grado de coincidencia con los resultados teóricos, avalando la fiabilidad y utilidad del modelo.
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Alvin, P., Penner, A.P., Rakhal C.B., Wendell, F. (2007). Activation energy and non-equilibrium effects in thermal reactions. Int. J. Chem. Kinet. 9 (3), 371-377.
Abuluwefa, H.T. (2012). Kinetics of high temperature oxidation of High Carbon Steels in Multi-component gases approximating industrial steel reheat furnace atmospheres. Proceedings of the International MultiConference of Engineers and Computer Scientist (IMECS 2012), Hong Kong, pp. 1664-1668.
Antonov, V., Iordanova, I., Gurkovsky, S. (2002). Investigation of surface oxidation of low carbon sheet steel during its treatment with Nd:Glass pulsed laser. Surf. Coat. Tech. 160 (1), 44-53. http://dx.doi.org/10.1016/S0257-8972(02)00344-4
Avery, H.E. (2002). Cinética química básica y mecanismos de reacción, Cap. IV: Dependencia de la velocidad con la temperatura, Editorial Revert., Barcelona, Espa.a, pp. 51-61.
Bailey, N.S., Tan, W., Shin, Y.C. (2009). Predictive modeling and experimental results for residual stresses in laser hardening of AISI 4140 steel by a high power diode laser. Surf. Coat. Tech. 203 (14), 2003-2012. http://dx.doi.org/10.1016/j.surfcoat.2009.01.039
Cordovilla-Bar., F., García-Beltrán, A., Ocaña-Moreno, J.L. (2014). Aplicación de modelos simplificados para la determinación de ventanas de trabajo para el temple de aceros por l.ser. Dyna 89 (5), 533-541. http://dx.doi.org/10.6036/7079
Cordovilla, F., García-Beltrán, A., Domínguez, J., Sancho, P., Ocaña, J.L. (2015). Numerical-experimental analysis of the effect of surface oxidation on the laser transformation hardening of Cr-Mo steels. Appl. Surf. Sci. 357, 1236-1243. http://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.09.143
Duley, W.W., Semple, D.J., Morency, J.P., Gravel, M. (1979). Coupling coefficient for cw CO2 laser radiation on stainless steel. Opt. Laser Technol. 11 (6), 313-316. http://dx.doi.org/10.1016/0030-3992(79)90008-2
García-Beltrán, A., Marín, L.F., Ocaña, J.L. (2007). An.lisis de la influencia del factor de solapamiento en el tratamiento t.rmico de superficies extensas de aceros por l.ser. Rev. Metal. 43 (4), 284-293. http://dx.doi.org/10.3989/revmetalm. 2007. v43.i4.74. http://dx.doi.org/10.3989/revmetalm
García-Beltrán, A., Ocaña, J.L., Molpeceres, C.L. (2008). TEMPLUM: A process adapted numerical simulation code for the 3D predictive assessment of laser surface heat treatments in planar geometry. WSEAS Transactions on Computers 7 (2), 65-74.
Ion, J.C. (2005). Laser processing of engineering materials. Principles, procedure and industrial application. Chapter 9: Surface Hardening, Elsevier, Oxford, pp. 221-249.
Kechemair, D., Luneville, E. (1987). Modelisation de la tempre superficielle des aciers par laser CO2 continu. Rapport, .tablissement Technique Central de L'Armement (E.T.C.A.), France.
Leung, M.K.H., Man, H.C., Yu, J.K. (2007). Theoretical and experimental studies on laser transformation hardening of steel by customized beam. Int. J. Heat Mass Tran. 50 (23-24), 4600-4606. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2007.03.022
Miettinen, J. (1997). Calculation of solidification-related thermophysical properties for steels. Metall. Mater. Trans. B 28 (2), 281-297. http://dx.doi.org/10.1007/s11663-997-0095-2
Miokovik, T., Schwarzer, J., Schulze, V., V.hringer, O., L.he, D. (2004). Description of short time phase transformations during the heating of steels based on high-rate experimental data. J. Phys. IV France 120, 591-598.
Nánai, L., Vajtai, R., George, T.F. (1997). Laser-induced oxidation of metals: state of the art. Thin Solid Films 298 (1-2), 160-164. http://dx.doi.org/10.1016/S0040-6090(96)09390-X
Oliveira, F.L.G., Andrade, M.S., Cota, A.B. (2007). Kinetics of austenite formation during continuous heating in low carbon steel. Mater. Charact. 58 (3), 256-261. http://dx.doi.org/10.1016/j.matchar.2006.04.027
Otero-Huerta, E. (2012). Corrosión y degradación de materiales, Cap.: Cinética de corrosión a alta temperatura (2. Ed.), Editorial Síntesis, Madrid, pp. 283-299.
Pantsar, H., Kujanp.., V. (2004). Diode laser beam absorption in laser transformation hardening of low alloy steel. J. Laser Appl. 16, 147-153. http://dx.doi.org/10.2351/1.1710879
Pantsar, H., Kujanp.., V. (2006). Effect of oxide layer growth on diode laser beam transformation hardening of steels. Surf. Coat. Tech. 200 (8), 2627-2633. http://dx.doi.org/10.1016/j.surfcoat.2004.09.001
Pryor, A., Réquiz, R., Berrocal, A., Miranda, A. (1986). Comportamiento a la oxidación a altas temperaturas de un acero AISI 316 modificado. Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales 6 (1-2), 55-61.
UNE-EN-10083-1 (2008). Aceros para temple y revenido. Parte 1: Condiciones técnicas de suministro, AENOR, Madrid, España.
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