Proyectos de Investigación Básica o Aplicada en Ingenierías o Biomédicas, 2019-1
Segen Farid Estefen; Alexander Victor Lazarte Vasquez; Merlhy Sopia Valenzuela Gaona; Edwin Julio Urday Urday; Giancarlo Franko Sanchez Chavez; Marcelo Rodriguez Valdivia
Objetivo
Establecer una metodología para la evaluación de los esfuerzos residuales presentes en las bolas de molienda originadas en el conformado o tratamiento térmico.
Resumen:
El presente proyecto se centra en el estudio de las tensiones residuales internas y las microestructuras formadas luego del tratamiento térmico de temple en bolas de acero. Las bolas de acero tratadas térmicamente se utilizan para la molienda de minerales en el proceso metalúrgico de conminución que es parte del proceso existente en las principales empresas mineras de nuestra región. El estudio del rendimiento y eficiencia de la molienda de minerales en el proceso metalúrgico de conminución que es parte del proceso existente en las principales empresas mineras de nuestra región. En el proceso de reducción del tamaño de partícula de los minerales se emplean elementos molturantes fabricados en acero y tratados térmicamente a fin de obtener buena resistencia al desgaste y gran capacidad para absorber esfuerzos de impacto. En este proyecto se busca aplicar la técnica de caracterización difracción de rayos X a fin de cuantificar las tensiones residuales internas y la cantidad de austenita residual presente en las bolsa de molienda después de recibir el tratamiento térmico de temple. Debe entenderse, que las transformaciones de fase para obtener dureza y tenacidad en el producto final; se necesitan de técnicas de caracterización como por ejemplo, espectrometría de emisión óptica, ultrasonido Phase Array y equipos auxiliares para preparación de muestras. Bhadeshia, determinó que los diferentes cambios en la microestructura y fases presentes influyen en la generación de esfuerzos residuales. M., Stickles S. A. Mackl C, indican que asociado con el calentamiento local, ocurre una expansión y contracción del material por efecto de los esfuerzos térmicos, y a su vez esta zona de expansión se encuentra rodeada por el material que no ha sido afectado por el calor evitando, este último, que el material calentado se expanda y contraiga libremente, dando origen a la formación de esfuerzos residuales. Como objetivos del presente proyecto se propone: la identificación de microestructuras y la cuantificación de las tensiones residuales internas producto del tratamiento térmico de temple y del proceso de conformado en caliente. En el proceso de molienda de minerales, las bolas disminuyen progresivamente su diámetro y por lo tanto su capacidad de moler mineral; este hecho sucede porque se va consumiendo las microestructuras duras que resisten el desgaste. Si el tratamiento térmico se realiza mal, en vez de formar estructuras duras se forman otras de menor dureza como la austenita residual; es importante cuantificar la cantidad de esta, a fin de modificar los parámetros de control en el tratamiento térmico aplicado. Para el desarrollo del Proyecto se propone desarrollar un plan estratégico de investigación que asegurará alcanzar los objetivos propuestos: Planificación de la investigación, Desarrollo de pruebas, Análisis y Discusión de resultados, Conclusiones. El desarrollo de la investigación requiere de inversión económica debido a que participarán diversas técnicas de caracterización y ensayos como: Difracción de XR, Microscopía Optica, Microdureza, Ensayo de desgaste, etc; así como del recurso humano conformado por investigadores Junior. Este proyecto de investigación es de carácter innovativo ya que emplea modernos equipos únicos en el país y tiene beneficiarios directos en la academia y la industria minera.
Palabras clave
Tensiones residuales, Austenita residual, Tratamientos térmicos, UNSA
Problema central
En nuestro medio, existen empresas mineras que en su actividad productiva emplean bolas de acero para la molienda de minerales. El rendimiento de estas bolas de acero se mide en función de las toneladas de mineral que muelen. Un problema actual es su bajo rendimiento debido a que internamente estos molturantes presentan microgrietas, tensiones residuales, microestructuras blandas (austenita residual) formados durante su proceso de fabricación y que afectan la dureza superficial. El presente proyecto propone una alternativa de solución a este problema, mediante el estudio y la relación de estos componentes internos con sus propiedades finales
Hipótesis planteada
En la fabricación de bolas de molienda, el acero pasa por un proceso de conformado en caliente a temperaturas elevadas lo que puede ocasionar la formación de microgrietas por efecto de la deformación. Para obtener microestructuras duras capaces de resistir el desgaste por abrasión, se hace necesario aplicar un tratamiento térmico de temple con la consecuente transformación de fases y generando microestructuras del tipo martensita y bainita con acumulación de tensiones residuales internas. La presencia de austenita residual, formada debido al frenado de la transformación martensítica trae como consecuencia la poca durabilidad del elemento molturante. La medición oportuna de las tensiones residuales y la cantidad de austenita residual mediante la aplicación de técnicas de caracterización adecuadas ayuda a la modificación de los parámetros de fabricación a fin de disminuir los productos no conformes.
Resultados esperados
Los resultados esperados del financiamiento serán:
- Identificación de las microestructuras formadas y cuantificar las tensiones residuales internas producto del tratamiento térmico de temple.
- Relación de las propiedades mecánicas finales con las microestructuras y presencia de tensiones residuales internas.
- Establecimiento de un método de análisis de tensiones residuales internas para bolas de acero tratadas térmicamente
- Disminución de la dureza debido a la presencia de la fase austenita residual en bolas de acero templadas y revenidas.
- Definición de un protocolo experimental para la determinación de la cantidad de austenita residual presente.
Todo esto a su vez nos permitirá:
- 03 Profesionales Capacitados (pasantías, cursos talleres)
- 02 Artículos publicados en revistas indizadas en la base Scopus o Web of Science (01 artículo publicado por el Investigador Principal y su equipo de co-investigadores y 01 artículo publicado por los investigadores junior).
- 02 profesionales titulados en la modalidad tesis formato artículo
- 02 ponencia realizada internacionalmente
- 02 ponencia realizada nacionalmente
- 01 tecnología generada o derivada del proyecto
Impactos esperados
Los resultados del presente proyecto de investigación, encuentra su utilidad y aporte para las empresas mineras de la región ya que en sus procesos productivos emplean gran cantidad de bolas de acero para molienda de minerales. Descubrir y dar mejoras en la resistencia de estos aceros beneficiara de gran manera a la industria que vende estos aceros de molienda y ademas mejorara la producción de las empresas mineras.
IMPACTO SOCIAL - Brindar servicios especializados y de investigación a empresas del medio con las que ya se ha establecido contacto, estableciendo así un nexo entre la UNSA y el sector productivo. Mejorar la visibilidad de la Universidad Nacional de San Agustín ya que será el primer centro de educación superior del país en contar con un laboratorio de alto nivel tecnológico.
IMPACTO ECONÓMICO - Al mejorar la durabilidad de las bolas de molienda esta se reflejará en la disminución de los tiempos del procesamiento de molienda de mineral.
IMPACTO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO – Desarrollo de trabajos de investigación de alto valor científico y con aplicación Tecnológica con participación de la UNSA y la empresa, buscando que se concrete la transferencia tecnológica.