Development of high performance nickel or boron PM steels respectively obtained after solid state and liquid phase sintering

Resumen

Este trabajo se ha enfocado al estudio de aceros pulvimetalúrgicos (PM) de alto rendimiento. Para ello, se ha optado por seguir dos rutas: el estudio tanto de aceros auto-templables que contienen níquel como de aceros de elevada densidad sinterizados en fase liquida que contienen boro. Actualmente, los materiales más usados para aplicaciones de altas prestaciones en el marco de los aceros PM son aquellos híbridos basados en un polvo de Fe pre-aleado con Mo que contienen a su vez partículas de Cu y Ni adheridas por difusión, junto con adiciones de grafito. A esta mezcla de polvos se le denomina comúnmente como ¿Distaloy¿. Esta investigación trata de estudiar el efecto que provoca añadir diversas cantidades de Ni en dichos polvos en la microestructura de los aceros sinterizados resultantes. Se pretende conocer la influencia de la adición de este metal en los mecanismos referentes a la distribución y formación de las áreas ricas en níquel que son características de este tipo de aceros, así como su evolución bajo distintas condiciones de sinterización. A pesar de las numerosas publicaciones centradas en el sistema Fe-Mo-Ni-Cu-C, la dependencia del porcentaje en volumen de martensita en función de los parámetros de los ciclos de sinterización y la velocidad de enfriamiento para una composición química dada requiere todavía de una mayor comprensión y caracterización. De esta manera, es conocido que la formación de martensita se encuentra relacionada directamente con gradientes químicos generados durante la sinterización, los cuales ocasionan áreas microestructurales con templabilidades locales distintas. Este trabajo muestra cuantitativamente que las cantidades relativas de productos de transformación de equilibrio y no equilibrio después del enfriamiento son una consecuencia directa de la re-distribución de los elementos durante el procesamiento, donde se ha demostrado que el Ni y el C juegan un papel dominante. Además, se incluye un conjunto de diagramas de transformación de enfriamiento continuo con objeto de mostrar la templabilidad de estas aleaciones al mismo tiempo que refuerzan la interpretación microestructural realizada. Teniendo en cuenta la experiencia previa en el desarrollo y aplicaciones de aleaciones maestras que contienen boro del grupo de Consolidación de Polvos Metálicos y Cerámicos del CEIT, la segunda parte de esta tesis se ha centrado en el desarrollo de aceros PM de baja aleación y elevada densidad en presencia de boro, elemento que ha sido adicionado a una aleación maestra. La densificación en los materiales estudiados tiene lugar a través del transporte de materia mediante la formación de fases liquidas. Se han determinado los mecanismos de aleación que tienen lugar en los diversos aceros estudiados, demostrándose así también la versatilidad y las buenas propiedades que pueden conseguirse con la aleación maestra. Complementariamente, se han estudiado los beneficios de inducir una capa densa en la superficie de los componentes. Finalmente, en colaboración con un productor industrial, se han escalado los resultados obtenidos en el laboratorio a nivel industrial procesando piezas de geometrías específicas, obteniéndose resultados reproducibles y satisfactorios, lográndose a su vez mantener las tolerancias dimensionales alrededor de las centésimas de milímetro. Palabras clave: Metarlúrgia de polvos, difusión, sistemas Fe-Ni-Cu-Mo-C, sinterización en fase liquida, boro, aleación maestra, aceros PM de elevada densidad.