Thermodynamic modeling and analysis of the structure of a heat-resistant alloy of the Fe-Cr-Ni system

Modelización termodinámica y análisis de la estructura de una aleación resistente al calor del sistema Fe-Cr-Ni

Se ha llevado a cabo la modelización termodinámica de las transformaciones de fase de la aleación Fe-Cr Ni aleada con titanio y niobio con el fin de predecir la composición de fase y fundamentar la concentración de elementos de aleación de la aleación experimental para piezas de equipos metalúrgicos. Se presentan los resultados del análisis microestructural y la composición de fases de una aleación experimental resistente al calor.

INTRODUCCIÓN

Una parte importante de los equipos de hornos (rodillos, paletas, parrillas, equipos de hornos, etc.) de las industrias metalúrgica y de fundición se fabrica con aceros resistentes al calor, lo que está asociado a las peculiaridades de las condiciones de funcionamiento: altas temperaturas, carga constante y duración del uso. El funcionamiento de los productos a altas temperaturas y bajo el impacto de cargas constantes conduce al desarrollo de la fluencia con la consiguiente destrucción [1-2]. El fenómeno de la fluencia se produce principalmente por el mecanismo de deslizamiento de los límites de grano, por lo que los límites de grano son un elemento estructural importante que afecta a la resistencia térmica del material. La presencia de impurezas en los límites de grano que no están coherentemente conectados con la matriz, las segregaciones de impurezas y las acumulaciones de microporos son concentradores de tensiones y una fuente de iniciación de grietas. Por ello, una condición importante para aumentar la resistencia térmica de las aleaciones es alearlas con elementos que aumenten las fuerzas de los enlaces interatómicos fortaleciendo los límites de grano, y disminuyendo el contenido de impurezas en la aleación que debilitan los límites de grano [3-7].

Una tendencia prometedora para aumentar la resistencia al calor de las aleaciones basadas en hierro-cromo-níquel es el endurecimiento disperso por fases Laves, carburos, boruros y nitruros de metales refractarios y de transición, que conduce simultáneamente a aumentar la plasticidad a baja temperatura y a disminuir la temperatura de fragilidad en frío de las aleaciones [8-9]. El mayor efecto de refuerzo lo poseen los boruros y carburos de niobio, carburo de titanio. En los trabajos [910] se señala que los aceros de alta resistencia aleados con elementos formadores de carburos, la evolución de la fase carburo y la aparición de fases indeseables como las fases Laves y G son responsables del desarrollo de la fluencia y de la disminución de la resistencia térmica de los trabajos de aleación [8]. Dado que la fase g en una aleación de cromo-níquel desempeña un papel clave en el proceso de fluencia a alta temperatura, es interesante reforzar esta fase para aumentar la resistencia a la fluencia a altas temperaturas mediante la aleación con metales de transición por analogía con las aleaciones de níquel de alta resistencia, que enriquecen los límites de grano en la matriz g y aumentan la resistencia cohesiva tanto de la matriz como de los límites.