Estudio del endurecimiento por precipitación del sistema Fe-Ni-Al mediante pares difusores

Abstract

RESUMEN: En el presente trabajo se estudio la precipitación de fases en el sistema Fe-Ni-Al mediante el método convencional y mediante gradientes composicionales por pares difusores. El método convencional se realizó en la aleación Fe-35Ni-33Al homogeneizada a 1100°C durante 24 horas y envejecida isotérmicamente en el intervalo de temperaturas de 750-900°C a diferentes tiempos. Los gradientes composicionales se realizaron a partir de pares difusores de Fe-35Ni-33Al con Fe y Ni, y Fe-25Ni-25Al con Fe mediante tratamientos de recocido de difusión a 1100°C durante 4 días. La caracterización se realizó mediante microscopía electrónica de barrido convencional (MEB) y de alta resolución (MEBAR), difracción de rayos X, así como, mediciones de microdureza Vickers. Los resultados del análisis por MEBAR muestran que para el método convencional, la dispersión de precipitados es aleatoria en la matriz de Fe en el intervalo de 825-900°C. Mientras que en el intervalo de 750 a 800°C, la distribución de los precipitados tiene una orientación preferencial. El incremento en tamaño de los precipitados y la disminución de la fracción volumétrica ocurre con el aumento en la temperatura. Por otro lado, los resultados de MEB y MEBAR muestran evidencia de la generación del gradiente de composición a través de las intercaras de los pares difusores. En dichos gradientes de composición se realizaron tratamientos térmicos de envejecido a 900°C y 925°C para promover la precipitación de fases. En ambos gradientes, se analizó la región desde la intercara hacia la aleación, encontrando que la concentración de Fe disminuye al alejarse de la intercara y por consiguiente el Ni y Al aumentan en composición. En el gradiente Fe-35Ni-33Al / Fe, la trayectoria difusiva indica que la composición se acerca a la línea de solvus de NiAl en el ternario Fe-Ni-Al dentro del campo de fases de NiAl + γ (Ni). Estos resultados demuestran que al empobrecerse de Fe, la fracción volumétrica de los precipitados disminuye. Por lo tanto, en éste caso los precipitados son de γ (Ni) y la matriz es la fase NiAl. En el gradiente Fe-25Ni-25Al / Fe, la trayectoria difusiva indica que la composición se aleja de la línea de solvus de Fe. Por lo tanto, el empobrecimiento de Fe promueve un incremento en la fracción volumétrica de los precipitados de NiAl en la matriz de Fe. El comportamiento de dureza para ambos parees difusores muestra que el aumento de la fase NiAl incrementa la dureza de la aleación. Finalmente, el presente trabajo hace evidente que se puede estudiar la precipitación de fases de varias aleaciones al inducir gradientes de composición mediante pares difusores. ABSTRACT: The phase precipitation in the Fe-Ni-Al system was studied by the conventional method and compositional gradients for diffusional couples. The conventional method was carried out in the Fe-35Ni-33Al alloy homogenized at 1100°C for 24 hours and isothermally aged in the temperature range of 750-900°C for different times. The compositional gradients were made from diffusional couples of Fe-35Ni-33Al alloy with Fe and Ni, and Fe-25Ni-25Al alloy with Fe using diffusion annealing treatments at 1100°C for 4 days. The microstructural and structural characterization was performed by the conventional scanning electron microscopy (SEM) and the high resolution scanning electron microscopy (HR-SEM), X-ray diffraction (XRD), and Vickers microhardness measurements. SEM and HR-SEM results for the conventional method showed a random dispersion of precipitates in the Fe matrix in the range of 750 to 800°C. In the range of 750 to 800°C, the particle distribution showed a preferential orientation in the matrix. The increase in size and the decrease in volumetric fraction of the precipitates occur with increasing temperature. Additionally, the concentration profiles indicate that there is a composition gradient from the interface on both sides of the diffusion couple. That is, the composition of Ni and Al decrease toward the Fe side, while iron content decreases towards the alloy side. This behavior indicates that interdiffusion takes place from high concentration regions to the low ones. The precipitation treatments were made at 900 and 925°C for the Fe-35Ni-33Al alloy with Fe, and Fe-25Ni-25Al alloy with Fe, respectively. In the Fe-35Ni-33Al/Fe diffusion couple, the volume fraction of precipitates decreases as the solute content (Ni and Al) increases. According to the Fe-NiAl equilibrium phase diagram, the precipitates are rich-Ni (γ phase) and the matrix is NiAl. In another hand, the Fe-25Ni-25Al/Fe showed a increases the volume fraction of precipitates as the solute content (Ni and Al) increases. In this case, the precipitates are NiAl and the matrix is rich Fe. These results are related with the hardness behavior, where an increase in solute content (Ni and Al) promotes and increase en NiAl phase and then an increase in hardness is observed. Finally, it is evident that the use of Fe–Ni–Al alloy/ pure Fe diffusion couples enables us to follow the coarsening process.