The influence of alloying elements in aluminium on the grain refinement with ALTI5B1

Influencia de los elementos de aleación del aluminio en el refinamiento del grano con ALTI5B1

Este trabajo trata de la influencia de los elementos de aleación del aluminio en el refinamiento de grano con diversas adiciones de AlTi5B1. Se realizaron ensayos de refinamiento de grano a una velocidad de enfriamiento de 15 °C/s. Los resultados revelaron que tanto en el aluminio como en una aleación de Al-Fe el tamaño de grano disminuye con el aumento de las adiciones del refinador de grano AlTi5B1. Se observó que, para el mismo contenido de boro, el tamaño de grano era menor en el caso de la aleación Al-Fe. La diferencia entre los tamaños de grano para el mismo contenido de boro era de aproximadamente 15 μm; esto es considerablemente menor que la diferencia entre los tamaños de grano en muestras con la misma diferencia de factor de restricción del crecimiento fabricadas a velocidades de enfriamiento más lentas.

INTRODUCCIÓN

En la industria, el refinamiento del grano es una forma habitual de conseguir una estructura de grano fino, uniforme y adecuada en las aleaciones de aluminio forjado, ya que los metales y aleaciones suelen solidificar con una estructura de grano grueso y columnar en condiciones normales de colada.

Existen muchas teorías para explicar el mecanismo del refinamiento del grano [1, 2, 3]. Además de las partículas nucleantes, como TiB2 y TiC, que se encuentran en los refinadores de grano comerciales, los solutos también desempeñan un papel importante en el refinamiento del grano 4. La magnitud del efecto de refinamiento de grano de un soluto individual puede expresarse mediante el factor de restricción del crecimiento (GRF):

GRF=mC_o(k-1) (1)

donde m es la pendiente del liquidus, Co es la concentración del soluto en la masa fundida y k es el coeficiente de reparto de equilibrio [1]. En presencia de varios elementos en la aleación, la GRF se toma como la suma de los elementos individuales, lo que significa que se desprecian las interacciones entre solutos.

Se sabe que la GRF es inversamente proporcional a la velocidad de crecimiento de los granos [5, 6]. Cuando la GRF es grande, la tasa de crecimiento (y por tanto la evolución del calor latente) es lenta, lo que permite que un gran número de sustratos se activen. Lo contrario ocurre cuando la GRF es pequeña [1, 2]. Easton y St John [7] confirmaron en su modelo que la GRF representa la tasa de desarrollo de la zona constitucional con respecto a la fracción de sólido a una fracción de sólido cero. En otras palabras, es una medida de la rapidez con la que se forma la zona constitucionalmente subenfriada en las primeras etapas de crecimiento.

También se ha estudiado experimentalmente la influencia de los elementos de aleación en el aluminio sobre el tamaño de grano [5, 6, 8-14]. Los datos muestran que el tamaño de grano disminuye significativamente al aumentar el GRF.