Estudio del tratamiento térmico post soldadura del acero inoxidable martensítico ASTM A743 grado CA6-NM y su incidencia en las propiedades mecánicas del material aplicado a la recuperación de rodetes hidráulicos
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Date
2017
Authors
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Publisher
Universidad Técnica de Ambato, Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica. Maestría en Diseño Mecánico
Abstract
ASTM A743 grade CA6-NM Martensitic Stainless Steel is used in the manufacture of runners and
other components of hydraulic turbines to provide a good combination between mechanical
properties and resistance to cavitation and corrosion. Due to its low carbon content it has good
weldability; however, it is necessary to perform post-weld heat treatment to alleviate stress and to
fine tune the microstructure and mechanical properties in order to recover characteristics similar to
those of the original material.
Through the present work the effect of the heat treatment of ASTM A743 grade CA6-NM steel was
studied after applying deposits of multi-step welding of accumulation type or restoration the
thickness of the base metal using a GMAW robotized process with ER410NiMo electrodes on
slotted coupons which reproduce part of the worn surface of a hydraulic runner.
The welded coupons were subjected to different heat treatments in order to compare the mechanical
properties of the weld material without heat treatment and with post-weld tempering at a temperature
of 600 °C during two different holding times, one and two hours; in addition, this process was
performed for one, two and three cycles of recovery by welding plus heat treatment.
Eight cases of study were considered, including the original base material, the weld without heat
treatment and six cases of post-welding tempering, which were subjected to tests of tension, impact,
hardness and metallography to characterize and establish the variation of the mechanical properties.
From this analysis it was determined that the post-weld heat treatment applied allows to improve the
properties that are affected by the welding process. The best combination of mechanical properties
was obtained for tempering at 600 °C during two hours in the first recovery. It was verified that even
in the third recovery the properties of the material are within the parameters required by the standard
ASTM A743. Finally, a procedure is proposed for the recovery of Francis hydraulic runners as an
alternative for the maintenance of turbines at a lower cost.
Description
El acero inoxidable ASTM A743 grado CA6-NM es utilizado en la fabricación de rodetes y demás
componentes de turbinas hidráulicas por brindar una buena combinación entre las propiedades
mecánicas y resistencia a la cavitación y corrosión. Debido a su bajo contenido de carbono posee
una buena soldabilidad; sin embargo, es necesario realizar el tratamiento térmico posterior a la
soldadura para aliviar esfuerzos y afinar la microestructura y propiedades mecánicas de manera de
recuperar características similares a las del material original.
A través del presente trabajo se estudió el efecto del tratamiento térmico del acero ASTM A743
grado CA6-NM luego de aplicar depósitos de soldadura multipasada de tipo acumulación o
restauración del espesor del metal base utilizando el proceso GMAW robotizado con electrodo ER
410NiMo sobre cupones ranurados que reproducen parte de la superficie desgastada de un rodete
hidráulico. Los cupones soldados se sometieron a diferentes tratamientos térmicos con el propósito
de comparar las propiedades mecánicas del material soldado sin tratamiento térmico y con revenido
post soldadura a una temperatura de 600 °C durante dos tiempos de sostenimiento diferentes, una y
dos horas; además, éste proceso se realizó para uno, dos y tres ciclos de recuperación por soldadura
más tratamiento térmico.
Se planteó 8 casos de estudio que incluyeron el material base original, la soldadura sin tratamiento
térmico y seis casos de revenido post soldadura a los cuales se realizó ensayos de tracción, impacto,
dureza y metalografía para caracterizar y establecer la variación de las propiedades mecánicas. De
dicho análisis se determinó que el tratamiento térmico post soldadura aplicado permite mejorar las
propiedades que son afectadas por el proceso de soldadura. La mejor combinación de propiedades
mecánicas fue obtenida para el revenido a 600 °C durante 2 horas en la primera recuperación. Se
comprobó que inclusive en la tercera recuperación las propiedades del material se encuentran dentro
de los parámetros requeridos por el estándar ASTM A743. Finalmente se propone un procedimiento
para la recuperación de rodetes hidráulicos tipo Francis como una alternativa para el mantenimiento
de las turbinas a menor costo.
Keywords
TRATAMIENTO TÉRMICO, ASTM A743 GRADO CA6-NM, PROPIEDADES MECÁNICAS, ACERO INOXIDABLE, POST SOLDADURA DEL ACERO, RODETE, METALOGRAFIA, MARTENSITA, TRACCIÓN, IMPACTO, DUREZA, SOLDADURA