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【24h】

Modelización de las transformaciones de fase en el proceso de endurecimiento de aceros con láser de CO_2

机译：用CO_2激光淬火钢中的相变模型

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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 ía 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 CO_2 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.%Hardening processes of steel are very dependent on the heating and cooling rates, in both cases high rates are needed. In the laser hardening the power density of the laser beam is responsible of the fast heating of the material; fast cooling is achieved due to the heat conduction from the region being treated to the bulk of the workpiece. Within this work thermal cycles are determined with a Finite Element Model which computes the temperature of the material during the laser treatment. For the prediction of the hardening IT diagrams are applied, isothermal steps are connected with constant volume fraction steps; the content of each phase is computed in the framework of the Johnson-Mehl and Avrami law. During the cooling process, a similar procedure is applied but now using TTT diagrams. Model validation is done comparing, on a local basis, microhardness measurement on a treated workpiece with the martensite concentration extracted from the model.
机译：钢的表面硬化过程取决于材料的加热和冷却速率，该速率必须快速。在激光淬火中，通过入射在小块工件上的激光束的高功率密度可确保快速加热，而通过热量传导到材料的其余部分的热量有助于快速冷却。在本文中，借助有限元模型确定热循环，该有限元模型计算了激光处理过程中材料不同点的温度变化。为了预测硬化，需要在加热过程中使用等温加热（IT）图。转化的定量是在一系列等温步骤中进行的，这些步骤与体积分数恒定的其他步骤相关。每个阶段的百分比都是使用Johnson-Mehl和Avrami定律计算的。在冷却中，使用TTT图的方式与在加热中完成IT的方式相同。使用一系列实验数据验证该模型，该数据一方面显示出用CO_2激光处理AISI 1045平板的硬度图，另一方面显示了从图2获得的马氏体浓度图。建模相同的过程。两个图之间的重合允许对所提出的模型进行首次验证。钢的硬化过程非常依赖于加热和冷却速率，在两种情况下都需要高速率。在激光硬化中，激光束的功率密度负责材料的快速加热。由于从被处理区域到工件主体的热传导，可以实现快速冷却。在此工作中，热循环由有限元模型确定，该模型计算激光处理过程中材料的温度。为了预测硬化IT图，将等温步骤与恒定体积分数步骤连接起来；每个阶段的内容都是在Johnson-Mehl和Avrami定律的框架内计算的。在冷却过程中，采用了类似的步骤，但现在使用的是TTT图。通过将处理过的工件的显微硬度测量值与从模型中提取的马氏体浓度进行局部比较，从而完成模型验证。

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