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Tesis

Estudio de la precipitación de fase Heusler Fe2AlV en aleaciones ternarias Fe-Al-V

2013



Tesista Pedro Antonio FERREIRÓS
Ingeniero Mecánico - Universidad Tecnológica Nacional FR Haedo - Argentina
Magíster en Ciencia y Tecnología de Materiales - Instituto Sabato UNSAM/CNEA - Argentina
Director Dr. Gerardo RUBIOLO, CNEA, UNSAM, CONICET - Argentina
CodirectoraDra. Paula Regina ALONSO, CNEA, UNSAM - Argentina
Lugar de realizaciónGerencia Materiales - Centro Atómico Constituyentes - CNEA - Argentina
Fecha Defensa 08/04/2013
Jurado Dra. María Inés LUPPO, CNEA - Argentina
Dr. José Victorio OVEJERO GARCÍA, CNEA, UNSAM - Argentina
Ing. Teresa PÉREZ, Tenaris Siderca, UNSAM - Argentina
Código IS/T 138/13

Título completo

Estudio de la precipitación de fase Heusler Fe2AlV en aleaciones ternarias Fe-Al-V

Resumen

Aleaciones basadas en Fe-Al, esto es, aleaciones que contienen cualquiera de las estructuras desordenada A2 α(Fe,Al), ordenada B2 FeAl u ordenada DO3 Fe3Al como fase mayoritaria, tienen un potencial considerable para el desarrollo de materiales para aplicaciones estructurales. Sin embargo, su insuficiente resistencia a la termofluencia ha sido un obstáculo para su uso en altas temperaturas. La adición de un tercer aleante (Nb, Ti, Zr ó Ta) ha conseguido aumentar su resistencia a altas temperaturas, por ejemplo hasta 800 °C, pero a costa de baja ductilidad. Con el fin de explorar más a fondo posibilidades de incrementos en la resistencia y ductilidad de las aleaciones basadas en Fe-Al, este trabajo investiga aleaciones del sistema Fe-Al-V. El objetivo general ha sido diseñar y caracterizar una aleación ferrítica base Fe-Al endurecida por precipitación coherente de una fase tipo Heusler (L21) de composición Fe2AlV. Mediante una valoración semiempírica sobre el equilibrio de fases en el rincón rico en hierro del sistema ternario se definió que las aleaciones de interés estarían localizadas sobre la sección de composición Fe1-2XAlXVX. Con esa relación composicional, varias aleaciones hasta x = 0,15 se fundieron por arco. Las transformaciones de fases de orden-desorden y las separaciones de fases en la sección vertical Fe1-2XAlXVX entre 650 y 1100 °C fueron estudiadas sistemáticamente con calorimetría diferencial de barrido (DSC) y microscopía electrónica de transmisión (TEM). Se encontró que las aleaciones en fase A2 metaestable se endurecen de forma lineal al aumentar el contenido de aleantes (Al y V) de acuerdo con la teoría de endurecimiento por solución sólida sustitucional. Con valores de durezas de 200HV para composiciones X=0,08 y hasta 360HV en X = 0,15. Se ha demostrado que existe un campo (A2+L21) de precipitación coherente para las composiciones de 0,1  X  0,15 y hasta 700 ° C. El endurecimiento por precipitación duplica la dureza de las aleaciones mantenidas como fase A2 en un estado metaestable, alcanzando durezas del orden de 480-670HV para el envejecimiento durante 2 horas a temperaturas entre 650 y 700 ° C.

Complete Title

Study of the precipitation of the Heusler phase (Fe2AlV) in ternary alloys Fe-Al-V

Abstract

Fe–Al-based alloys, i.e. alloys which contain either disordered A2 α(Fe,Al), B2-ordered FeAl or D03-ordered Fe3Al as majority phase, have a considerable potential for developing materials for structural applications. However, insufficient strength and creep resistance have been obstacles for the use of Fe–Al-based alloys at high temperatures. The addition of a third alloying element (Nb, Ti, Zr or Ta) has successfully increased its resistance to high temperatures, for example up to 800 °C, but at the cost of low ductility. In order to further explore the possibilities in increasing their strength and ductility, this research addresses the study of alloys in the Fe-Al-V system. The overall objective was to design and characterize a ferritic Fe-Al based alloy hardened by coherent precipitation of a Heusler (L21) type phase with Fe2AlV composition. By using a semi-empirical assessment of the phase equilibria in the iron-rich corner of the ternary system it was defined that the alloys of interest would be located on the composition section Fe1-2xAlXVX. With that compositional relationship, several alloys up to x=0,15 were melted by arc. The order-disorder phase transformations and the phase separations in the vertical section Fe1-2xAlXVX, between 650 and 1100 °C, were systematically studied by differential scanning calorimetry (DSC) and transmission electron microscopy (TEM). It was found that the alloys in metastable A2 phase harden approximately linearly with increasing alloy content (Al and V) according to substitutional solid solution hardening theory. With a hardness of 200HV for compositions x = 0,08 and up to 360HV at X = 0,15. It has been shown that there is a field (A2+L21) of coherent precipitation compositions of 0,1  X  0,15 and up to 700 °C. The precipitation hardening doubles the hardness of alloys maintained as A2 phase in a metastable state, reaching hardness of 480-670HV for aging during 2 hours at temperatures between 650 and 700 ° C.

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