Propiedades mecánicas de la aleación ferrítica Fe76Al12V12 endurecida por precipitación coherente Fe2AlV (L2 sub1). - Ferreirós, Pedro Antonio (2016)
El incremento de la resistencia a través de una distribución homogénea de una segunda fase de tamaño nanométrico es un concepto propuesto para fortalecer una solución sólida cúbica centrada en el cuerpo de hierro para aplicaciones de alta temperatura en centrales de energía eléctrica (combustible fósil ó nuclear). Se demostró que estas microestructuras pueden ser obtenidas en el sistema Fe-Al-V con precipitados de fase ordenada L2 sub 1 y composición Fe2AlV sobre una matriz ferrítica. El efecto del envejecimiento en el rango de 600 a 700 °C en la aleación ferrítica Fe76Al12V12 se investigó por microdureza y microscopía electrónica de transmisión. La teoría de engrosamiento por longitud de difusión apantallada se utiliza para analizar la cinética de maduración. Considerando la fracción en volumen y movilidad de los componentes en la aleación ternaria, se determinó la energía de interfaz entre la matriz y precipitados como (18 +- 3) x10 supra -3 J/m2 a 700 °C, aumentando fuertemente al disminuir la temperatura. Un clásico comportamiento en el incremento de resistencia por precipitación fue observado a lo largo del tiempo a distintas temperaturas de envejecimiento. Los precipitados coherentes Fe2AlV presentaron a temperatura ambiente un máximo incremento de la tensión crítica resuelta de corte de la matriz ferrítica en aproximadamente 450 MPa. El pico de endurecimiento fue obtenido para un radio promedio de precipitado de 10 nm aproximadamente. Concordancia cuantitativa fue encontrada con valores de resistencia pronosticados a partir de la teoría de endurecimiento por orden, prediciendo que la resistencia está controlada por un mecanismo de corte de precipitados para tamaños alrededor del pico de endurecimiento, y el mecanismo de Orowan de sobrepaso de dislocaciones sin corte de precipitados para tamaños mayores. Se estimó que la energía de límites de dominios de antifase (gamma APB) del precipitado Fe2AlV es (27 +- 4) x10 supra -2 J/m2. Aspectos importantes del comportamiento mecánico en alta temperatura de la aleación Fe76Al12V12 previamente envejecida a 700 °C hasta el endurecimiento máximo fueron investigados. La temperatura de transición dúctil frágil de la aleación fue registrada a 617 °C, utilizando ensayos de impacto Charpy con un dispositivo innovador de calentamiento In-situ. La tensión de fluencia a temperatura de trabajo fue caracterizada por ensayos de compresión en caliente en una máquina Gleeble a velocidad de deformación epsilon = 5 x10 supra -4 s supra -1, los valores obtenidos son 815 y 592 MPa a 600 y 650 °C respectivamente. Adicionalmente, con el objetivo de buscar condiciones óptimas para el refinamiento de grano en la aleación Fe76Al12V12, se caracterizó el comportamiento de la deformación en caliente bajo condiciones de compresión a 900 °C y velocidades de deformación en el rango 1-60 s supra -1. El cambio del mecanismo de recristalización dinámica continua a discontinua ocurre entre las velocidades 1 y 30 s supra -1. Finalmente, con el fin de aumentar el rango de temperatura para aplicaciones estructurales de la aleación Fe76Al12V12; se investigó el potencial de la micro-aleación con Ti para aumentar la temperatura de equilibrio del campo bifásico A2 + L2 sub 1. La temperatura de transformación de fase de mayor interés tecnológico A2+L2 sub 1 -> B2+L2 sub 1 (744 °C) sube levemente, 12 °C para la aleación Fe76Al12V9Ti3. Se identificaron importantes efectos secundarios, la adición de titanio incrementa la velocidad de engrosamiento de los precipitados, el desajuste de red cristalina entre matriz-precipitado y la capacidad de endurecimiento por precipitación coherente. El presente estudio logra una comprensión sistemática de la relación entre microestructura y propiedades mecánicas en aleaciones ferríticas reforzadas con Fe2AlV. Contribuye al conocimiento de los mecanismos básicos de estabilidad de fase y deformación en aleaciones reforzadas por precipitación coherente, y proporciona nuevas perspectivas sobre el desarrollo de nuevos materiales avanzados.