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Análisis numérico de la transferencia de calor por convección en tratamientos de temple de acero al boro bajo diferentes configuraciones de chorros de agua sumergidos y sus efectos en la microestructura

Autores: Tinajero-Álvarez, Raúl Alberto; Hernández-Bocanegra, Constantin Alberto; Ramos-Banderas, José Ángel; López-Granados, Nancy Margarita; Farrera-Buenrostro, Brandon; Torres-Alonso, Enrique; Solorio-Díaz, Gildardo

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2024

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Acceso abierto

Artículo científico
2024

Análisis numérico de la transferencia de calor por convección en tratamientos de temple de acero al boro bajo diferentes configuraciones de chorros de agua sumergidos y sus efectos en la microestructura


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Mecánica

Palabras clave

Efectos
ángulo de impacto del chorro
Flujo de agua
Coeficiente de transferencia de calor
Sondas de acero al boro
Software Ansys Fluent 2020R2

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
En este trabajo, se analizaron los efectos del ángulo de impacto del chorro y el flujo de agua en el coeficiente de transferencia de calor en sondas de acero al boro. Se utilizaron ángulos de 90 grados, 75 grados y 60 grados con flujos de agitación de 33 l·min-1, 25 l·min-1, 13 l·min-1 y 6 l·min-1. El objetivo consistió en determinar las tasas de extracción de calor analizando la correlación programada en el software Ansys Fluent 2020R2 cuando se utilizan diferentes condiciones de enfriamiento, evitando muchos experimentos y estableciendo condiciones de temple libres de defectos superficiales en la pieza de trabajo. Este proceso se utiliza actualmente en maquinaria pesada, requiriendo alta dureza y resistencia al desgaste. El campo fluidodinámico fue validado utilizando un modelo físico a escala mediante la técnica de velocimetría de imágenes de partículas, PIV. En contraste, el campo térmico fue validado con experimentos en estado transitorio resolviendo el problema inverso de conducción de calor, IHCP. Los resultados muestran que para flujos altos (33 l·min-1), los chorros con un ángulo de 90 grados impactan toda la superficie de la pieza, pero su tasa de enfriamiento es más lenta en comparación con los otros ángulos, siendo 243.61 K·s-1, y 271.70 K·s-1, 329.56 K·s-1 para 75 grados y 60 grados, respectivamente. Sin embargo, para flujos bajos (6 l·min-1), las velocidades de impacto son muy similares para los tres casos, promoviendo tasas de enfriamiento más homogéneas de 58.47 K·s-1, 73.58 K·s-1 y 63.98 K·s-1 para ángulos de 90 grados, 75 grados y 60 grados, respectivamente. Asimismo, a través del uso de diagramas CCT, se determinó que independientemente de la tasa de enfriamiento, la estructura final siempre será una mezcla de martensita-bainita debido al efecto del boro como se determinó experimentalmente, lo que implica una proporción más significativa de martensita a tasas de enfriamiento más altas.

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