Influencia de las tierras raras en la formación de inclusiones no metálicas y en la microestructura de fundiciones de acero al cromo de alta aleación

The influence of rare earths on the formation of non-metallic inclusions and the microstructure of high-alloy chromium steel castings

El trabajo de investigación estudia la influencia de las tierras raras (cerio, lantano y neodimio) en las inclusiones no metálicas y la microestructura de las piezas fundidas de acero al cromo de alta aleación, que contienen aproximadamente 15 Mass. % de cromo. Las tierras raras influyen en la composición de las inclusiones no metálicas y en las características microestructurales de la fundición. El contenido de cerio, lantano y neodimio en las piezas fundidas estudiadas oscilaba entre el 0,22 y el 0,34 % en masa.

INTRODUCCIÓN

La microestructura de fundición de acero al cromo de alta aleación consiste en el eutéctico (ϒ+ M₇C₃) y la roca generadora de austenita principalmente precipitada o sus productos de transformación: perlita, bainita, martensita y carburos secundarios. La relación Cr/C y el contenido de elementos aleados como Mo, Mn y Ni son determinantes para las características microestructurales.

Una alta proporción del tipo lamelar de eutéctico es característico de las fundiciones de acero al cromo de alta aleación, los carburos se precipitan de manera orientada debido al modo de solidificación, dando como resultado una microestructura con un alto grado de anisotropía. La microestructura de estas fundiciones se puede modificar mediante la composición química y el tratamiento térmico. Con pequeñas adiciones de tierras raras como cerio, lantano y neodimio, se influye en los procesos de cristalización y, por lo tanto, en la fracción de volumen, la cantidad y la morfología de los componentes individuales de la microestructura.

CARACTERÍSTICAS DE LAS TIERRAS RARAS

Debido a su alta afinidad química por el oxígeno y el azufre, las tierras raras son adecuadas para la desoxidación y desulfuración del acero fluido [I]. El grupo; Inclusión no metálica; las tierras raras incluyen lantánidos desde lantano hasta lutecio y más escandio e itrio. La aleación técnicamente más utilizada en la industria es la aleación con la denominación comercial cerio mischmetal (45-55% en peso Ce, 20-35% en peso La, 15-20% en peso Nd, 5-8% en peso Pr). La densidad de estos elementos es en su mayoría de 6,5 g/cm³ y su punto de fusión está entre 850 y 950 °C, el cual se muestra para algunos elementos y sus óxidos en la Tabla 1. [2, 3].

Los elementos de los lantánidos forman óxidos muy estables, especialmente del tipo Me₂O₃. La Tabla 2 muestra la energía libre normal de óxidos de lantánidos seleccionados y su dependencia de la temperatura [4]. La estabilidad termodinámica de los óxidos aumenta al aumentar número atómico de los lantánidos. La energía libre absoluta de Gibbs de la formación de La₂O₃ (841,977 kJ/mol O₂) sigue siendo mayor que la de la formación de Al₂O₃ a una temperatura de 1600 °C (723,629 kJ/mol O₂), lo que indica una mayor afinidad de los lantánidos por el oxígeno como agente desoxidante aluminio [5] normalmente utilizado en la producción de acero (Fig. 1.).