Thermodynamic and experimental investigation of the MN-NI-B system as a master alloy for obtaining high-performance pm steel

Abstract

Hoy en día, el desarrollo de nuevas aleaciones ha aumentado exponencialmente debido la alta demanda de materiales con propiedades mecánicas mejoradas. El enfoque computacional, junto con los métodos experimentales tradicionales, son esenciales para reducir el tiempo de comercialización de nuevos materiales. Una base de datos representa un recurso esencial en la aplicación de cálculos termodinámicos para un material dado, proporcionando: 1) Información adecuada sobre las propiedades termodinámicas de aleaciones, sistemas complejos y procesos metalúrgicos, b) Información confiable para el proceso de fabricación, es decir, una mejor comprensión del material y su comportamiento durante el procesamiento y el servicio. La selección de sistemas binarios y ternarios, así como la forma de procesamiento de las aleaciones de interés se basaron en una extensa revisión bibliográfica sobre la formación de boruros en sistemas ternarios Fe-Tm-B (Tm= Cr, Mn, Mo, Ni) y Mn-Ni-B como aleación maestra. En particular, se selecciono el sistema ternario Mn-Ni-B para una mayor investigación debido a que la aleación maestra es esencial para diseñar y mejorar la sinterización de aceros aleados al formar una fase líquida a temperaturas razonablemente bajas con densidades y propiedades mejoradas. En la actualidad, no existe una base de datos termodinámica enfocada al diseño de aceros pulvimetalúrgicos que contengan boro, debido a la escasa información en la literatura sobre el comportamiento y formación de boruros complejos, principalmente en sistemas ternarios y cuaternarios. Por lo tanto, el objetivo de esta tesis comprende el desarrollo de una base de datos termodinámica denominada BSTEELS, formada por los elementos Fe, Cr, Mn, Mo, Ni, B y considera los siguientes sistemas ternarios Fe-Cr-B, Fe-Mn-B, Fe-Mo-B, Fe- Ni-B y Mn-Ni-B. La primera parte de esta tesis se centró en la búsqueda exhaustiva de la formación de boruros tanto en sistemas binarios como ternarios, recopilación y análisis de datos tanto experimentales como teóricos. Debido a la escasa información del sistema Mn-Ni-B en literatura, la segunda parte de la tesis consistió en la manufactura y caracterización de aleaciones maestras para obtener datos experimentales específicos para optimizar la descripción termodinámica del sistema Mn-Ni-B. Finalmente, se utilizó la evaluación termodinámica del sistema ternario Mn-Ni-B para predecir el punto de fusión bajo, alcanzando una temperatura mínima de 903ºC con una composición de 53.04Mn-45.48Ni-1.48B wt.-%. Además, otras características fueron calculadas para la aleación maestra y las denominadas CEITALOY (HD y HE) desarrollados en 2005 en el CEIT (Centro de Estudios e Investigaciones Técnicas de Gipuzkoa)