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Problemas en la reparación por laser cladding de superficies de acero AISI D2 tratado térmicamente

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Author(s): Candel, J. J. | Amigó, V. | Ramos, J. A. | Busquets, D.

Journal: Revista de Metalurgia
ISSN 0034-8570

Volume: 46;
Issue: 4;
Start page: 340;
Date: 2010;
Original page

Keywords: Laser cladding | Tool steel | EBSD | Austenite | Microstructure | Recubrimiento láser | Acero de herramienta | EBSD | Austenita | Microestructura

ABSTRACT
The aim of the present work is to establish the relationship between laser cladding process parameters (Power, Process Speed and Powder feed rate) and AISI D2 tool steel metallurgical transformations, with the objective of optimizing the processing conditions during real reparation. It has been deposited H13 tool steel powder on some steel substrates with different initial metallurgical status (annealed or tempered) using a coaxial laser cladding system. The microstructure of the laser clad layer and substrate heat affected zone (HAZ) was characterized by Optical microscopy, Scanning Electron Microscopy (SEM) and Electron Backscattered Diffraction (EBSD). Results show that the process parameters (power, process speed, feed rate…) determine the dimensions of the clad layer and are related to the microstructure formation. Although it is simple to obtain geometrically acceptable clads (with the right shape and dimensions) in many cases occur some harmful effects as carbide dilution and non-equilibrium phases formation which modify the mechanical properties of the coating. Specifically, the presence of retained austenite in the substrate-coating interface is directly related to the cooling rate and implies a hardness diminution that must be avoided. It has been checked that initial metallurgical state of the substrate has a big influence in the final result of the deposition. Tempered substrates imply higher laser absorption and heat accumulation than the ones in annealed condition. This produces a bigger HAZ. For this reason, it is necessary to optimize process conditions for each reparation in order to improve the working behaviour of the component.Se ha depositado polvo de acero de herramienta (H13) sobre diferentes sustratos de acero que se encuentran en estado metalúrgico diferente (recocido o de temple y revenido) para comparar los resultados y se ha analizado la microestructura del recubrimiento y de la zona afectada por el calor (ZAC) mediante microscopia óptica, microscopía electrónica de barrido (MEB) y difracción de electrones retrodispersados (EBSD). El objetivo del trabajo es relacionar los parámetros del proceso de recubrimiento por láser (potencia, velocidad, caudal de polvo) con las transformaciones metalúrgicas producidas en el acero de herramienta AISI D2, con el fin de optimizar las condiciones de operación durante la reparación. Los resultados muestran que los parámetros influyen en gran medida en la geometría del cordón y en la formación de la microestructura. Aunque es sencillo obtener deposiciones geométricamente aceptables (forma y tamaño adecuado, ausencia de porosidad), en muchos casos aparecen fenómenos perjudiciales como la dilución de carburos y la aparición de fases metaestables que modifican las propiedades mecánicas del recubrimiento. En concreto, la presencia de austenita retenida en el recubrimiento, relacionada con la temperatura máxima alcanzada y la velocidad de enfriamiento, produce una fuerte disminución en la dureza, que debe evitarse. Además, para una misma composición y acabado superficial, el estado metalúrgico inicial del sustrato tiene una gran influencia sobre el resultado. Sustratos en estado de temple implican una mayor absorción del láser y la acumulación de calor que produce mayores zonas afectadas por el calor (ZAC). Por ese motivo, deben optimizarse los parámetros del proceso para cada operación de manera que se mejore el comportamiento en servicio del componente.
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