Caracterización ultrasónica de la densidad de dislocaciones en aceros

Abstract

Las dislocaciones son un tipo de defecto en la red cristalina de materiales metálicos y son esenciales para poder explicar el comportamiento plástico que éstos poseen. Es de conocimiento general que estas interactúan con ondas elásticas, por eso es que la tecnología de ultrasonido es atractiva para ser utilizada como método de sondaje cuantitativo no intrusivo de estos defectos. Se ha estudiado extensivamente de forma teórica y experimental, que la velocidad de propagación de ondas elásticas decae por la presencia de dislocaciones. En el presente trabajo se utilizan técnicas ultrasónicas para caracterizar los estados de deformación de piezas de acero. En particular, se realizan procedimientos experimentales para cuantificar la densidad de dislocaciones de forma continua e \textit{in situ} durante ensayos de tracción de probetas de acero inoxidable austenítico 304L, utilizando la técnica de propagación de pulsos que otorga medidas de la velocidad de propagación de onda sobre el material. Asimismo, se utiliza la técnica de propagación de pulsos y de segunda generación armónica sobre muestras de acero TWIP con distintos niveles de deformación inducida: 0\%, 10\% y 20\%. Este último material tiene la peculiaridad de formar maclas mecánicas como mecanismo complementario de deformación plástica al deslizamiento de dislocaciones, lo cual también se intenta caracterizar experimentalmente de manera incipiente mediante las técnicas ultrasónicas. Por otro lado, se presenta una nueva formulación propuesta por F. Lund para el parámetro acústico no-lineal, el cual ha demostrado ser mucho más sensible a la densidad de dislocaciones que la velocidad, esta se compara con la fórmula usual, a través de datos experimentales obtenidos por medio de la segunda generación armónica. Los resultados del procedimiento experimental empleado sobre las probetas de acero inoxidable austenítico 304L dan cuenta de un monitoreo continuo y en tiempo real del tiempo de vuelo de ondas transversales. No obstante, el espesor medido a partir de sensores inductivos de posición no contó con la exactitud necesaria debido a fuentes de error sistemático, por lo cual el cómputo de la velocidad a partir de estas dos variables no demostraba el comportamiento predicho, por esta razón se realizó una corrección sobre el espesor la cual permitió observar claramente lo que se presumía: una velocidad aproximadamente constante durante la zona elástica y un decaimiento abrupto durante la deformación plástica debido a la proliferación de dislocaciones. En cuanto a los resultados obtenidos sobre las muestras de acero TWIP, se demuestra a partir de estos datos que la nueva formulación propuesta sobre el parámetro acústico no-lineal es más precisa. Se calcula el parámetro acústico no-lineal a partir de esta nueva formulación y se compara con las cantidades lineales de velocidad para ondas transversales y longitudinales. Se distinguen diferencias entre los tres niveles de deformación para los tres parámetros, siendo consistentes entre sí el parámetro acústico no-lineal y la velocidad de ondas transversales. Se precisa la posibilidad de tres fenómenos interactuando simultáneamente en la microestructura: deslizamiento de dislocaciones, formación de maclas y disminución del tamaño de grano.