ABSTRACT This work is the contribution of two industries: the first, a steel company that fabricates the wire and the second, which fabricates electrodes for welding. These electrodes, under the standard AWS 70S-6, are fabricated in a continuous process consisting of two stages: dry drawing, with nine dies applying reductions from 6 up to 1.73 mm; the second stage is a wet drawing, with ten dies, from 1.73 up to 0.8 mm, without heat treatment between both stages. The goal of the present work is to increase the production of the plant, from 600 ton/month up to 1,000 ton/month, by means a study of the mechanical and metallurgical variables of the process. The main reason for low productivity is the fracture of the wire during the wing process, specifically during the wet drawing stage. From this, the hypothesis of the work is that a decrease in the fracture of the wire during the wet drawing stage, it will be possible to increase the productivity of the plant, modifying the reduction rates during dry drawing, decreasing the drawing stresses and obtaining a softer dry drawn wire (lower yield stress). Lower |stresses must decrease the fracture of wires and then, increase the productivity. From the results obtained in this work, an industrial proposal was made, after which, a decrease of 45% in the fracture of wires was measured and a decrease in the consumption of dies of 50% was obtained.

RESUMEN Durante la realización de este trabajo se aunaron las fuerzas de dos empresas, una siderúrgica que es la proveedora del alambrón y la segunda es la que fabrica la soldadura en rollos continuos AWS 70S-6, fabricado básicamente en dos etapas trefilación en seco, que consta de 9 hileras aplicando reducciones desde los 6 mm hasta los 1.73 mm y en húmedo (10 hileras) desde los 1.73 mm hasta 0.8 mm, sin tratamiento térmico intermedio. La motivación es de poder utilizar la capacidad instalada de la planta que es de 1000 Ton/mes, previo a este trabajo la productividad es cercana a 600ton/mes. Esta baja en la productividad se atribuye principalmente a los cortes que ocurren durante el proceso de trefilado en húmedo que entorpecen la continuidad de la operación. Este trabajo tuvo como objetivo, la disminución de cortes en la etapa de trefilación en húmedo, mediante la modificación de la distribución de las tasas de reducción en trefilado en seco, minimizando los esfuerzos de trefilación y obteniendo un alambre trefilado en seco con menor límite de fluencia, esto debe repercutir en una disminución en los cortes por trefilación en el trefilado en húmedo y en consecuencia aumentar la productividad de la planta. Tras la propuesta de modificación en la distribución, se realizó una prueba industrial en la que se observó una disminución en los cortes por trefilación en húmedo y un aumento de la productividad de la planta, sumado a una disminución del consumo de hileras.

ABSTRACT The influence on multi walled carbon nanotubes (MWCNT, or simply CNT) as a reinforcement material in an epoxy resin in order to decrease the fatigue crack propagation rate in the 2024 T3 aeronautical Al alloy was studied. CT samples were pre-cracked in a resonant fatigue machine until a 4 mm pre-crack length. Four groups of samples were considered: a non-repaired reference group, two groups repaired with epoxy resin reinforced with two CNT proportions (0.5 and 1 vol %) and a group repaired by the conventional “stop drill” technique. The crack was propagated until a length of 16 mm, measuring the number of cycles to this crack propagation. Resin Hysol EA9320 NA was used, mixing it with the CNT and the hardener, by ultrasonic stirring. S-N curves (stress vs number of cycles) were plotted obtaining an increment of 104% for a 0.5 vol% of CNT, 128% for 1 vol% of CNT and 400% for “stop drill” repairing. These results were referred to the non-repaired samples at the lower load level. These results showed that in repaired samples with CNT reinforced resin, the initiation and propagation of cracks would be delayed, constituting this method a reasonable and convenient repairing procedure useful for aeronautical cracked structures.

RESUMEN Se estudió la influencia de nanotubos de carbono multipared (MWCNT, o simplemente CNT) como material de refuerzo en una resina epóxica con el fin de disminuir la velocidad de propagación de grietas por fatiga en la aleación de uso aeronáutico Al 2024-T3. Se preagrietaron probetas CT en una máquina de fatiga resonante hasta lograr una pregrieta de 4 mm. Se separaron cuatro grupos de probetas: un grupo de referencia sin reparación, dos grupos que fueron reparadas con resina epóxica reforzada con dos dosificaciones de nanotubos de carbono de múltiples capas (0,5 y 1% en volumen) y un grupo reparado con la técnica convencional de “stop drill”. La grieta fue extendida hasta una longitud final de 16 mm, midiéndose el número de ciclos necesarios. La resina utilizada fue Hysol EA9320 NA, la que fue mezclada con agitación ultrasónica con los nanotubos de carbono y el endurecedor. Se trazaron las curvas esfuerzo versus número de ciclos (S-N) obteniéndose un incremento de 104% para el caso de probetas reparadas con polímero con 0,5% de CNT, de 128% en el caso de 1% de CNT y de 400% en el caso de “stop drill”, resultados respecto de las probetas sin reparar en el menor nivel de carga usado. Estos resultados muestran que en probetas reparadas con resina reforzada con CNT, se retardaría la iniciación y propagación de grietas constituyéndose de esta manera en un método alternativo en la reparación de estructuras aeronáuticas agrietadas.

ABSTRACT Due to the long times required to investigate atmospheric corrosion resistance of metals, data on the subject is scarce. One of these studies is the one made by Southwell et al., where the effect of corrosion in a cast gray iron during 16 years was studied in various environments. This research shows and discusses the behavior of cast gray iron when subject to an accelerated corrosion test, which involves wetting in a salt spray chamber, washing and drying cycles during 40 days. Furthermore, samples were submerged in sea water, both natural and UV-sterilized. A direct relationship amongst the presence of bacteria and an increase of surface roughness was found when subject to these conditions during 14 days. Results show that the cast gray iron shows a bimodal behavior, like the observations reported by Melchers on low-alloy steels and the research by Southwell.et al. As described by Melchers, this behavior generates an inflection point in the evolution of corrosion influenced by the presence of bacteria on the metal/corrosion-products interphase. This is validated observing evidence of bacterial activity identifying the presence of sulphur on the corrosion products by EDS after the accelerated corrosion tests. As observed, accelerated corrosion testing can simulate in a short period the conditions under which marine atmospheric corrosion takes place on cast gray iron during years, including the evidence of bacterial activity.

RESUMEN Debido a los extensos tiempos que conllevan los estudios relativos a resistencia a la corrosión atmosférica, estos datos son escasos. Uno de estos, es el realizado por Southwell et al., en el que se estudió el efecto de la corrosión durante 16 años para una fundición gris en una diversidad de ambientes. El presente trabajo expone y discute los resultados obtenidos tras someter a una fundición gris a un ensayo de corrosión acelerada, que involucra ciclos de humectación en cámara de niebla, lavado y secado, durante 40 días. Además, se ha realizado una experiencia en la que se sumergieron muestras de fundición gris en agua de mar natural y agua de mar esterilizada con UV, encontrando una relación directa entre la presencia de bacterias y un aumento en la rugosidad superficial de las muestras expuestas a estas soluciones durante 14 días. Los resultados obtenidos revelaron que la fundición gris presenta un comportamiento bimodal, que es concordante con lo descrito por Melchers para aceros de baja aleación y con la investigación desarrollada por Southwell et al. Este comportamiento bimodal, según Melchers et al. genera un punto de inflexión en el avance de la corrosión, influenciado por bacterias en la interfase metal-productos de corrosión. Esto último, se valida evidenciando actividad bacteriana tras identificar presencia de Azufre, mediante EDS, en los productos de corrosión desarrollados tras la exposición al ensayo de corrosión acelerada. Finalmente se puede comentar que en pocas semanas y empleando un ensayo de corrosión acelerada es posible replicar las condiciones bajo las que se realiza corrosión atmosférica marina durante años, para una fundición gris, incluso evidenciando actividad bacteriana.

ABSTRACT According to data gathered in the last Metal Foundry Industrial Production Survey [1], approximately 46% of the industrial production of ferrous alloys is gray-iron. In this context the study of the atmospheric corrosion resistance of gray-iron becomes interesting to asset its useful life when subject to weathering conditions. The studies of gray-iron atmospheric corrosion behavior are scarce due to the fact that it takes long periods of time for its real-time characterization. In order to validate an accelerated atmospheric corrosion test, a gray cast iron [2] and a carbon steel [3] were subjected to a 40 days accelerated testing, that includes wetting in a saline fog chamber, washing and drying [4], measuring the corroded thickness at each exposure time. These results were then compared with those obtained by Southwell et al [5] after 16 years of exposure in a marine environment (Panamá Canal). The result analysis reveals that both materials show a bimodal behavior, in accordance with those results reported by Melchers et al [6, 7, 8]. This behavior is characterized by an inflection point in the kinetic curve of corrosion, meanly related to the presence of bacteria in the interphase metal-corrosion products. The fact that the kinetic curve of corroded thickness shows an inflection point, allows the validation of the proposed methodology as a path to evaluate the atmospheric corrosion resistance in a short time test.

RESUMEN De acuerdo a datos del último censo de la producción de la industria de las fundiciones [1], se observó que aproximadamente el 46% de la producción en la industria de las aleaciones ferrosas corresponde a la fundición gris. Por ello que se hace interesante el investigar la resistencia que posee este material a l a corrosión atmosférica, y así determinar el real tiempo de vida útil a la intemperie. Los del comportamiento de las fundiciones grises bajo corrosión atmosférica son escasos, debido estos toman largos periodos de tiempo para la caracterización en tiempo real. Con el propósito de validar un ensayo de corrosión atmosférica acelerada, se ha sometido a una fundición gris [2] y a un acero al carbono [3]. a 40 dí as de un ensayo acelerado [4], que involucra ciclos de humectación en cámara de niebla salina, lavado y secado, determinando el espesor co rroído en cada tiempo. Estos resultados, luego fueron comparados, con los obtenidos por Southwell et al. [5] luego de 16 años de exposición a l a intemperie en un ambiente marino (Canal de Panamá). El análisis de resultados reveló que ambos materiales presentan un comportamiento bi-modal, en concordancia con lo descrito por Melchers et al. [6, 7, 8], éste comportamiento se caracteriza por un punto de inflexión en la curva cinética de espesor corroído, lo que permite la validación de la metodología propuesta como medio para evaluar la resistencia a la corrosión atmosférica marina en poco tiempo.

In order to determine if heat treatments can be discerned by nondestructive ultrasonic testing, samples of SAE 1045 and SAE 4140 steels were subjected to the classical heat treatments of annealing, normalizing, quenching, and quenching and tempering, and their elastics constants, Young's, shear and Poisson's moduli, were monitored by ultrasound. Results show that the microstructural differences associated to the various heat treatments generate differences on the elastic constants that can be effectively discerned by the use of longitudinal and shear ultrasonic waves. Special attention is given to Poisson's modulus, since for its determination only times of flight of longitudinal and shear ultrasonic waves, and not the distance the waves travel, are required, which is of quite practical importance, since measurements are simplified and a fundamental source of error is eliminated. It is thus shown that the microstructural evolution of a steel part subjected to heat treatments can be monitored by this simple ultrasonic method.

Poisson's ratio and birefringence, both measured by ultrasound, are used to follow the evolution of the anisotropy in ASTM A-36 steel plates cold-rolled between 5 and 50% deformation, and then subjected to recrystallization at 900 and 1000 ºC. Times of flight of longitudinal and shear waves along the thickness of the plates were measured. As orthotropy increases, both birefringence and the difference between Poisson's ratios measured using a shear wave polarized along the length and another wave polarized along the width of the plate, are linearly related to the degree of deformation and cold-rolled hardness. In addition, the ultrasonic methods used clearly detected the complex changes in anisotropy produced by the austenization and recrystallization heat treatments. Thus, Birefringence or Poisson's ratio, measured by ultrasound, can be used to follow-up nondestructively changes in the anisotropy of rolled plates as a function of both, degree of deformation and recrystallization heat treatment.

ABSTRACTA TWIP steel (0.65%C; 22%Mn; 0.28%Cr; 0.16%Si) was produced in the laboratory by melting, casting, hot forging and hot rolling. The relationship between mechanical twinning fraction and mechanical behavior of this steel was studied through tension tests at the following temperatures: 25, 300, 325, 350, 375 and 400°C. Fracture toughness was measured from J integral evaluation at temperatures where the principal hardening mechanism is mechanical twinning and dislocation glide (325 and 375°C respectively), for which a set of CT samples were pre-cracked by fatigue and then loaded until fracture in accordance to ASTM 1820. The plastic strain energy absorbed by each sample during crack growth was studied, correlating twinning with the mechanical response of the material, determining a decrease of plastic deformation energy around 375ºC, where the main deformation mechanism is strain hardening by dislocation glide and not mechanical twinning. Results obtained by different mechanical tests show that mechanical twinning activates in a range of stacking fault energy in the range 18 to 50 mJ/m2.

ABSTRACTThe steel industry constantly faces the challenge of developing new and better steels for diverse needs, on of this necessities is the use of structural steels with higher corrosion resistance to marine atmospheres and improved mechanical properties than those that currently exist. Therefore, it is necessary to systematically research both the influence in the corrosion resistant to marine atmospheres of the alloying elements, and others variables such as changes in the manufacturing process of this materials.This work aims to compare the behavior on marine atmospheric corrosion between weathering steels (ASTM A242 and ASTM A588) with ferritic-pearlitic and ferritic-martensitic structures. Wetting and drying cycles were performed. Saline wetting was performed in a salt spray apparatus, according to ASTM B177, while drying was performed in a furnace at 40°C. At the end of each cycles, the corrosion products were removed in accordance to ASTM G1.

RESUMENLa industria del acero se encuentra constantemente enfrentada al desafío del desarrollo de nuevos y mejores aceros para diversas necesidades, tales como la necesidad de aceros estructurales con mayor resistencia a la corrosión marina que los que existen en la actualidad, y que además posean una mayor resistencia mecánica. Por ello y en pos de lo anteriormente expuesto es evidente que, investigar en forma sistemática tanto la influencia de los elementos aleantes, como las variables del proceso de fabricación de aceros estructurales resistentes a la corrosión marina es relevante para el desarrollo del mercado acerero nacional.El presente trabajo tendrá por objetivo, la comparación de comportamiento a la corrosión atmosférica marina (espesor corroído en el tiempo) entre aceros de composición autopatinable (ASTM A242 y ASTM A588) con estructuras ferrítico-perlítica y ferrítico-martensítica. Para lo anterior se realizaron ciclos de humectación salina y secado. La humectación salina se realizó en cámara de niebla salina, de acuerdo a los requerimientos presentados en la norma ASTM B177, y el secado, en una mufla a 40 °C. Tras el retiro de muestras, se realizaron decapados químicos, según lo requerido en ASTM G1, para la determinación de espesor corroído.

ABSTRACTThere is a great interest in the steel industry to incorporate new products in the market with better properties of those already in production. Among these properties, corrosion resistance is of great importance for countries with a large marine seacoast, like Chile, where chloride ions from sea spray produce corrosion, leading to irreversible failure of steel structures decreasing their life. For this reason, it is of vital importance to investigate the influence of various alloying elements and treatments for steels with superior corrosion resistance properties in marine environment. This work aims at studying the specific influence of Nickel - as an alloy constituent - and Titanium - as a microstructural tuner - on ASTM A242 low alloy weathering steel. For that, atmospheric corrosion resistance was evaluated through accelerated salt spray corrosion experiments under wet/dry cycles. For each alloy the thickness of corrosion products and corrosion rates were determined. The oxides and oxyhydroxides were identified by X-Ray diffraction technique. The results showed that corrosion rates at 40 cycles (960 hours) were low for Ni alloyed specimens and even lower for the Ti alloyed specimens, in comparison to the ASTM A242 alloy specimens. These results are reflected in a decrease in the thickness of the corroded coupons, with the lowest value observed for the ASTM A242 steel specimens alloyed with Nickel and Titanium.

RESUMENExiste un gran interés en la industria siderúrgica por incorporar nuevos productos que superen las propiedades de los ya existentes. Dentro de estas propiedades, la resistencia a la corrosión es de gran importancia para los países que, al igual que Chile, tienen abundante litoral marino. En las zonas costeras los iones cloruro presentes en el aire producen deterioro por corrosión lo que disminuye la vida útil de las estructuras. Por esta razón es que es de vital importancia investigar la influencia de los distintos elementos aleantes y tratamientos que lleven a mejorar la resistencia de los aceros frente a la corrosión marina. Este trabajo apunta al estudio de aceros autopatinables ASTM A242 de baja aleación, específicamente con adición de Níquel a la aleación, y a la adición de Titanio como afinador de la microestructura, y su influencia sobre la resistencia a la corrosión atmosférica utilizando ensayos de corrosión acelerada producida en cámara de niebla salina con ciclos de humectación y secado. En las aleaciones estudiadas se determinó el espesor corroído de las muestras y la velocidad de corrosión. Los diferentes productos de corrosión, óxidos y oxihidróxidos de hierro se identificaron por rayos X. Los resultados muestran claramente que luego de 40 ciclos (960 horas) de tratamiento, en comparación con un acero ASTM A242, la velocidad de corrosión disminuye en forma significativa en el mismo acero con aleación de Níquel, y más aún con adición de Titanio como afinador de grano. Este resultado se ve también reflejado en una disminución del espesor corroído de los cupones, observándose el menor espesor corroído en el acero ASTM A242 con Ni y Ti.

Se busca inducir una microestructura multifásica en un acero 0,084%C-1,44%Mn y 0,81%Si y definir un proceso de fabricación que permita inducir esta microestructura multifásica a partir de una composición química propia de un electrodo de soldadura, tratando que el proceso propuesto sea fácil de implementar por la industria siderúrgica local. Se estudió además el efecto de dos microestructuras de partida: Ferrítico-Perlítica (F/P) y Ferrítico-Martensítica (F/M). Luego de inducir ambas microestructuras de partida, se laminaron en frío un 70%, llegando a un espesor de 1 mm, después de lo cual ambas muestras fueron recocidas a 800°C por 600 s, procediéndose luego a someterlas a tres tipos de enfriamientos: normalizado, temple en aceite y temple en agua. El análisis metalográfico, llevado a cabo por microscopía óptica, electrónica de barrido y de fuerza atómica revela la presencia de una estructura multifásica consistente en una matriz ferrítica, bainita y austenita retenida, esta última además detectada mediante difracción de rayos X. Se observó además que el tamaño de grano final es menor en el caso de una muestra con microestructura inicial ferrítico-martensítica. Estos resultados permiten concluir que a partir de una composición química comercial, es posible generar un acero de estructura multifásica con austenita retenida, lo cual a su vez es el punto de partida para la fabricación de un acero con comportamiento TRIP

A 0.084%C-1.44%Mn-0.84%Si steel is studied in order to produce a multiphase steel by means of an appropriate fabrication process that permits to induce this multiphase microstructure starting with the typical chemical composition of a welding electrode. Moreover, this fabrication process must be easy to use by siderurgical industry. The effect of two initial microstructures were studied: a ferriticperlitic (F/P) and a ferritic-martensitic (F/M). After producing these two microstructures, the steels were 70% cold rolled, with 1 mm final thickness, after which, an annealing treatment at 800°C for 600 s was carried out. Then the samples were cooled at three cooling rates: normalized, oil quenching and water quenching. The metallographic analysis was carried out using optical microscopy, scanning electronic microscopy and atomic force microscopy, revealing a ferrite-retained austenite-bainite and martensite multiphase microstructure. The retained austenite was confirmed by means of X-ray diffraction. Also, it was concluded that the grain size is lower in the case of a ferritic-martensitic microstructure. From these results it is possible to conclude that from a commercial chemical composition of the steel, a multiphase microstructure can be obtained, that constitutes the initial stage in the fabrication of a TRIP aided steel

En los laboratorios de la Universidad de Santiago de Chile se obtuvo un acero Dual Phase mediante un proceso de laminación en caliente y bobinado, a partir de un acero al C-Mn-Si AWS 70S-6 producido por la Compañía Siderúrgica Huachipato (CSH), el cual se usa para fabricar electrodos para la industria de la soldadura. Su microestructura consiste en martensita en una matriz ferrítica. Esta información fue complementada con ensayos de tracción y anisotropía. Se determinó que las condiciones óptimas para la obtención de la microestructura Dual Phase, a partir del acero inicial, están dadas por una temperatura de término de laminación seguida por un temple hasta el rango óptimo de temperaturas de bobinado (550 - 600 ºC) y posterior enfriamiento en el horno. Adicionalmente, se tomaron tres muestras del acero para someterlas a distintos tratamientos térmicos con el objetivo de obtener una estructura dual phase en la primera probeta; ferrita, bainita y perlita en la segunda, y perlita en una matriz ferrítica en la tercera. Posteriormente se procedió a soldar las probetas con un proceso de soldadura MIG. En todos los casos, las propiedades mecánicas de la zona afectada térmicamente no se diferenciaron grandemente de sus respectivos metales base. Se puede concluir que este acero dual phase cumple con los requerimientos mecánicos, de embutibilidad y de soldabilidad que se exigen en la norma Chilena NCh 214 de fabricación de cilindros de gas, y posee mayor resistencia que el acero A45 GL usado actualmente, por lo que se presenta como un material alternativo para la fabricación de cilindros más livianos.

Starting with a C-Mn-Si AWS 70S-6 steel produced by Huachipato Steel Company (CSH), usually employed to manufacture electrodes for the welding industry, a Dual Phase steel was obtained at the laboratory facilities of USACH by a process of hot rolling and coiling in order to get martensite in a ferritic matrix. The microstructural characterization was complemented by tensile and anisotropy tests. It was determined that the optimum conditions for obtaining the dual phase microstructure from the initial steel are given by an ending rolling temperature near the austenite to ferrite transformation line, followed by quenching to the optimum temperature range of coiling (550 - 600 º C) and furnace cooling. Additionally, three samples were subjected to different heat treatments in order to obtain a dual phase structure in the first specimen; ferrite, bainite and pearlite in the second specimen; and perlite in a ferritic matrix in the third one. Finally, the specimens were MIG welded. The mechanical properties of all the heat affected zones were similar to those of their respective base metals, and hence the dual phase specimen shows the best results. It may be concluded that this dual phase steel meets the mechanical, drawability and weldability requirements established on the Chilean Standard for fabrication of gas cylinders, while having greater resistance than the A45 GL steel presently at use, which turns it into an alternative material for the fabrication of lighter cylinders.

This paper presents an experimental and numerical analysis for the description of the mechanical behaviour of a carbon steel wire during an industrial process of damp drawing. Firstly, an experimental procedure aimed at measuring wire drawing forces in the twelve reductions present in the process was performed. Secondly, tensile tests were carried out in order to characterize the mechanical behavior of the material for each reduction step. The resulting stress-strain curves together with the computed responses obtained from the simulation of such tests allowed to derive the evolution of the representative elastic and plastic material parameters. This parameter evolution clearly reflected the relevant amount of hardening experienced by the material which, in turn, imposes restrictions over the drawing operation. The numerical simulations were conducted via a large strain elasto-plasticity model implemented in an existing finite element-based code called VULCAN. The material parameters obtained in the tensile tests were considered as data for the modeling of the entire wire drawing sequences. The computed results are considered as reasonable and representative of the material response during the deforming process.

En este trabajo se presenta un análisis experimental y numérico para la descripción del comportamiento mecánico de un alambre de acero al carbono durante un proceso industrial de trefilado húmedo. En primer lugar, se hizo una campaña experimental de mediciones de fuerza de trefilado de las doce reducciones presentes en el proceso. En segundo lugar, se llevaron a cabo ensayos de tracción con objeto de caracterizar el comportamiento mecánico del material en cada etapa de reducción. En estos ensayos se obtuvieron curvas de tensión-deformación que, en conjunto a las respuestas calculadas a partir de la simulación de los ensayos, permitieron derivar la evolución de los parámetros elásticos y plásticos característicos del material a medida que se reduce su diámetro. De dicha evolución se constató el gran endurecimiento que experimenta el material durante el proceso el que, a su vez, condiciona fuertemente su trefilabilidad. Las simulaciones se realizaron por medio de un modelo elastoplástico de grandes deformaciones implementado en un programa de cálculo preexistente, basado en el método de elementos finitos, denominado VULCAN. Luego, los parámetros del material obtenidos en los ensayos de tracción fueron considerados en la simulación del proceso de deformación que ocurre durante el paso del alambre a través de los dados. Los resultados de la simulación se consideran aceptables y representativos del comportamiento del alambre en el proceso.