Effects of the Fe/Mn weight ratio and cooling rate on the area fractions of α-AlFeSi and β-AlFeSi phases in Al-7.5Si-3.75Cu-0.5Mg-0.55Fe-xMn aluminum alloy

Efectos de la relación de peso Fe/Mn y de la velocidad de enfriamiento sobre las fracciones de área de las fases α-AlFeSi y β-AlFeSi en la aleación de aluminio Al-7,5Si-3,75Cu-0,5Mg-0,55Fe-xMn.

Se estudiaron los efectos de la relación de peso Fe/Mn (1,42 ó 3,05) y la velocidad de enfriamiento (0,1, 0,2, 0,5 ó 0,6 °C/s) sobre la fracción de área de los compuestos intermetálicos α-AlFeSi y β-AlFeSi en la aleación de aluminio Al-7,5Si-3,75Cu-0,5Mg-0,55Fe-xMn. Se encontró que la diferencia entre la temperatura de formación de la fase β-AlFeSi y la temperatura de formación del eutéctico Al-Si puede determinar las posibilidades de eliminación/reducción de β-AlFeSi al aumentar la velocidad de enfriamiento.

INTRODUCCIÓN

El hierro es una impureza común presente en las aleaciones comerciales Al-Si [1-3] y se ha revelado sistemáticamente como el elemento de impureza que puede ser más perjudicial para las propiedades mecánicas de estas aleaciones [4]. Cuando este elemento se combina con el aluminio y otros elementos de aleación, se forman compuestos intermetálicos de hierro. Los compuestos ferrosos que se forman durante la solidificación presentan una gran variedad de formas y tamaños y, en general, pueden dividirse en tres morfologías diferentes: β-Al₅FeSi-agujas, α-Al₁₅(Fe,Mn)₃Si₂ - guiones chinos y cristales poliédricos y/o estrellados. La cantidad, el tamaño y la forma de estos compuestos de hierro dependen en gran medida de las condiciones de enfriamiento y de la composición química, especialmente del nivel de hierro en la masa fundida [5]. Los compuestos de hierro β-Al5 FeSi-agujas se han considerado normalmente los más perjudiciales para las propiedades mecánicas de las aleaciones Al-Si debido a las características frágiles y a la concentración de tensiones causadas por la morfología en forma de aguja. Este tipo de intermetálicos se suele modificar en escritura china, que se ha considerado menos perjudicial para las propiedades mecánicas de la aleación debido a su morfología compacta y globular [6]. Para reducir o eliminar la formación de la fase β-AlFeSi, se han utilizado varios métodos, como el recalentamiento de la masa fundida [7], la solidificación rápida (una velocidad de enfriamiento rápida) [8] y la modificación química [9]. La modificación química es la más utilizada de estas técnicas [9].

La adición de manganeso amplía la región de estabilidad termodinámica de la fase α-AlFeSi, incluso con altos contenidos de hierro [9]. En la práctica, la relación peso Fe/Mn se considera una referencia para controlar la formación de β-AlFeSi: por regla general, cuando el hierro supera el 0,45 % en peso, el contenido de manganeso no debe ser inferior a la mitad del contenido de hierro [10].