Tesis

Las aleaciones basadas en Fe-Al tienen potenciales aplicaciones como materiales estructurales en altas temperaturas debido a su alta relación resistencia mecánica-densidad y a su elevada resistencia a la oxidación. Además, el bajo costo de materias primas y la posibilidad de fabricación por medio de procesos convencionales, favorecen su obtención a gran escala. Sin embargo, limitaciones como su reducida ductilidad a temperatura ambiente y su baja resistencia a la termofluencia han impedido su aplicación. Para superar estas deficiencias, los esfuerzos se han enfocado en estudiar el agregado de diferentes elementos aleantes (Nb, Ti, Ta ó Zr) aumentando la resistencia a la termofluencia sin mejorar la ductilidad. A diferencia de la mayoría de los trabajos en aleaciones similares, basados en intermetálicos puros, tomamos como hipótesis de trabajo para solucionar ambas limitaciones el estudio de aleaciones ternarias Fe-Al-X que posean una matriz dúctil (ferrítica) endurecida por precipitados coherentes L2₁ . En ese sentido nuestros trabajos previos, mediante cálculos de primeros principios y ensayos experimentales, permitieron encontrar como mejores candidatas a las aleaciones ternarias Fe_1-2xAl_xV_x en el rango a 0,10± x ±0,13 (x: fracción atómica). Con la finalidad de explorar materias primas y procedimientos industriales convencionales para la fabricación y el procesamiento de aleaciones ternarias Fe_1-2xAl_xV_x , este trabajo pretende identificar y resolver varios de los inconvenientes que pueden aparecer como consecuencia de la pureza de los aleantes y de los procesos de fundición, colada y laminación de lingotes.
La aleación seleccionada fue Fe-12%Al-12%V (% at.) y los principales objetivos estudiados fueron: a) proceso de fundición y colada, influencia del molde de colada sobre la estructura de granos; b) formación de terceras fases generadas por las impurezas; c) tratamientos térmicos para mejorar la microestructura de colada y d) parámetros de laminación en caliente y tratamientos térmicos para refinar el grano.
La materia prima comercial utilizada fue alambre de acero bajo carbono SAE 1008, chapa de aluminio y ferroaleación de vanadio. Se fabricaron lingotes rectangulares de 130x60x30 mm por fusión en horno de inducción y colada en lingotera de acero SAE 1020. Para intentar una solidificación unidireccional se ensayó también un molde de arena refractaria con base de cobre.
La microestructura de solidificación correspondió a granos columnares de matriz ferrítica con carburos dispersos. La composición química del lingote fundido se corroboró mediante mediciones de energía dispersiva de rayos X (EDS). Utilizando el método de réplicas extractivas y microscopías electrónicas de barrido (SEM) y de Transmisión (TEM) se caracterizaron los carburos como tipo V₆C₅. Las temperaturas de transformaciones que involucran las fases A2‐α(Fe,Al,V), B2 Fe(Al,V) y L2₁ Fe₂AlV fueron medidas mediante calorimetría diferencial de barrido (DSC).
Se hallaron las condiciones óptimas del tratamiento térmico para redistribuir los carburos de vanadio, reduciendo su tamaño promedio y disminuyendo su formación en límites de grano.
Se hallaron las condiciones óptimas para el refinamiento de grano de la aleación durante la laminación en caliente. Se observó que el proceso de laminación en caliente logra eliminar las microfisuras intergranulares generadas durante la solidificación. Además, se ensayó un tratamiento térmico posterior a la laminación en caliente para homogeneizar el refinamiento de grano.