Análisis experimental del fenómeno de erosión a alta temperatura en aceros inoxidables (AISI 410, AISI 310).

Abstract

El impacto de partículas sólidas, liquidas o gaseosas que inciden sobre una superficie de un material dan lugar al fenómeno de erosión; provocando deformación plástica, incrustación de partículas sólidas y en casos severos pérdida de masa y espesor, lo que provoca un mayor daño en el material. Este fenómeno se encuentra presente en alabes en turbinas de avión, turbinas de vapor y de gas, fuselajes de naves espaciales, compresores centrífugos entre otros. Esto, debido a la presencia de partículas en suspensión en el medio ambiente. En este trabajo se analizó el desgaste provocado por la erosión por partículas sólidas a altas temperaturas, sobre aceros inoxidables AISI 310 y AISI 410, las probetas utilizadas en las pruebas fueron de geometría rectangular de 20 X 40 X 10 mm. Utilizando carburo de silicio (SiC) como abrasivo. Se utilizaron 4 ángulos de incidencia 30°, 45°, 60° y 90° respectivamente, con una velocidad de partículas de 27 ±2𝑚𝑠, con una exposición de 30 minutos y temperatura de 420 °C. Las huellas de desgaste obtenidas se analizaron por microscopia óptica y electrónica de barrido. Posteriormente, se realizó la perfilometría de las huellas de desgaste obtenidas. Las pruebas de erosión se realizaron por medio de un erosionador diseñado y manufacturado por el Grupo de tribología de la SEPI ESIME-UZ; conforme a los parámetros: boquilla, técnica para la medición de la velocidad de las partículas, características que debe de cumplir el abrasivo, geometría de la probeta, tiempo de exposición, ángulos de incidencia, y rugosidad previa a los ensayos de erosión de la norma ASTM G67-12 2013. Sin embargo, se realizaron modificaciones novedosas e innovadoras para adecuarlo como erosionador a altas temperaturas. Sus principales parámetros de funcionamiento son: velocidad desde 15 ±2𝑚𝑠 hasta 50 ±2𝑚𝑠, con un rango de temperaturas de 18°C hasta 450 °C. Los principales mecanismos de desgaste presentes fueron: Arado, fracturas, deformación platica, picaduras, mecanismos de corte. Se considera que la tasa de desgaste presente en los aceros inoxidables AISI 310 Y AISI 410 depende principalmente del ángulo de incidencia, temperatura, y velocidad de impacto de las partículas abrasivas. Finalmente se determinó que el acero inoxidable AISI 410 presentó una menor tasa erosiva con respecto al acero inoxidable AISI 310; es decir tiene una mayor resistencia a la erosión a altas temperaturas. Abstract The impact of solid liquid or gaseous particles that impinge on a surface of a material give rise to the phenomenon of erosion causing plastic deformation. Incrustation of solid particles and in severe cases loss of mass and thickness. Which causes greater damage in the material. This phenomenon is present in blades in aircraft turbines, steam and gas turbines. spacecraft fuselages. centrifugal compressors among others. This is due to the presence of suspended particles in the environment. In this work the wear caused by erosion by solid particles at high temperatures on AISI 310 and AISI 410 stainless steels was analyzed the specimens used in the tests were of rectangular geometry of 20 X 40 X 10 mm. Using silicon carbide (SiC) as an abrasive. Four 30 °. 45 °. 60 ° and 90 ° incidence angles were used, respectively, with a particle velocity of 27 ± 2 ° with a 30 minute exposure and a temperature of 420 ° C. The wear traces obtained were analyzed by optical microscopy and scanning electron microscopy. Afterwards the profilometry of the obtained traces of wear was performed. Erosion tests were performed using a eraser designed and manufactured by the SEPI ESIME-UZ Tribology Group. According to some parameters of ASTM G76-95. However novel and innovative modifications were made to adapt it as a high temperature eraser. Its main operating parameters are: speed from 15 ± 2𝑚𝑠 to 40 ± 2𝑚𝑠, with a temperature range of 18 ° C to 450 ° C. The main mechanisms of wear present were: plowing. Fractures. plastic deformation, pitting. cutting mechanisms. It is considered that the wear rate present in stainless steels AISI 310 and AISI 410 depends mainly on the angle of incidence. Temperature. and impact velocity of the abrasive particles. Finally, it was determined that the AISI 410 stainless steel presented a lower erosive rate with respect to AISI 310 stainless steel. Ie it has a higher resistance to erosion at high temperatures.