Effect of cooling rate on the microstructure of an Al94Mn2Be2Cu2 alloy

Efecto de la velocidad de enfriamiento en la microestructura de una aleación Al94Mn2Be2Cu2

En este estudio se investigó el efecto de la velocidad de enfriamiento sobre la microestructura de la aleación Al₉₄Mn₂Be₂Cu₂. La aleación fundida por inducción en vacío y fundición se expuso a diferentes velocidades de enfriamiento. La velocidad de enfriamiento más lenta se consiguió mediante el DSC (10 K-min^-1), la velocidad de enfriamiento moderada se consiguió mediante la fundición en el molde de cobre (≈1 000 K-s^-1) y la solidificación rápida se realizó mediante la hilatura de la masa fundida (hasta 106 K-s^-1). La microestructura de la muestra DSC consistía en una matriz α-Al y varios intermetálicos: τ₁-Al₂₉Mn₆Cu₄, Al₄Mn, θ-Al₂Cu y Be₄Al(Mn,Cu). Las microestructuras de la aleación en enfriamiento moderado y rápido consistían en la matriz α-Al, la fase i y θ-Al₂Cu. Las partículas de i-fase y θ-Al₂Cu eran mucho más pequeñas y estaban distribuidas más uniformemente en las cintas hiladas en fusión.

INTRODUCCIÓN

Las aleaciones que surgen del sistema Al-Mn contienen una serie de fases intermetálicas estables y metaestables [1]. En este sistema, la fase cuasicristalina fue descrita en 1984 por Shechtman y otros [2]. Recientemente, Trebin et al. [3] definieron el estado cuasicristalino como un tercer estado sólido, además del cristalino y el amorfo. Los átomos están dispuestos regularmente, pero no tienen simetría traslacional. En las aleaciones de aluminio, la mayoría de las fases cuasicristalinas son termodinámicamente metaestables y sólo se forman en condiciones de desequilibrio (alrededor de 10⁶K s^-1) [4], pero en algunas aleaciones pueden formarse ya a velocidades de enfriamiento moderadas [5].

La bibliografía disponible ofrece datos sobre los siguientes sistemas binarios Al-Mn, Al-Be, Al-Cu, Be-Cu y Cu-Mn, mientras que el diagrama de fases Mn-Be aún no se ha determinado [1]. En el diagrama de fases Al-Mn existen varios compuestos intermetálicos. En la esquina del aluminio se produce la reacción eutéctica L → α-Al + Al₆Mn tiene lugar a 658 °C y 0,62 at.% Mn. Por encima del punto eutéctico de la curva liquidus se eleva abruptamente: 705 °C a 2,4 at. % Mn, 765 °C a 5 at. % Mn.

El sistema Al-Cu también es complejo, con varios compuestos intermetálicos. En la esquina del aluminio se produce una reacción eutéctica: L → α + θ-Al₂Cu.

Entre los diagramas de fases ternarios están bien estudiados los sistemas AlMn-Cu y Al-Cu-Be [6], mientras que sólo se investigó una parte del sistema ternario Al-Mn-Be en la esquina del aluminio [7]. La proyección del liquidus reveló cuatro zonas de cristalización primaria: una solución sólida de aluminio basada en α_Al, Al₆Mn, berilio puro (α_Be) y un compuesto ternario Al₁₅Mn₃Be₂. También existen otras dos posibles fases Be₄AlMn y µ-Al₄Mn [8].