Simulación de un tratamiento térmico mediante un software de elementos finitos

Abstract

En la industria abundan procesos térmicos o termo-mecánicos durante los cuales se producen distorsiones difíciles de predecir y controlar. Las diferentes velocidades de enfriamiento ocasionadas a lo largo de la pieza durante el proceso producen una distribución de fases con volumen específico y propiedades mecánicas diferentes, que generan tensiones internas y dichas distorsiones. Incorporar la evolución microestructural a la simulación permitiría definir procesos industriales optimizados. El objetivo principal de este proyecto ha sido incorporar a la simulación las transformaciones de fase y las distorsiones que estas producen. Como aplicación concreta se ha simulado el tratamiento térmico de un componente real, más concretamente un cigüeñal. Se ha implementado el modelo de JMAK para determinar la evolución de las transformaciones de fase gobernadas por la difusión y el modelo de Koistinen-Marburger para la transformación martensítica. Para obtener el tiempo de incubación de las transformaciones no isotérmicas y el crecimiento de las propias fases se ha utilizado la Regla de Adición. En la implementación actual se ha introducido una modificación en el cálculo de los parámetros de la ecuación JMAK para intentar de esta forma mejorar los resultados obtenidos en trabajos anteriores para la transformación bainítica. Para describir la expansión térmica de cada una de las fases, se ha calculado la expansión de la estructura cristalina de cada una de ellas teniendo en cuenta la fracción volumétrica presente en la pieza. Los coeficientes de expansión térmica de cada una de las fases han sido obtenidos de la literatura. Estos modelos se han incorporado mediante subrutinas de usuario. Los resultados obtenidos hacen concluir que los modelos no siempre describen fielmente las transformaciones de fase, no obstante, mediante la modificación realizada para el cálculo de los parámetros de la JMAK, los resultados obtenidos del cálculo han mejorado ostensiblemente y se ajustan mejor a los obtenidos experimentalmente.