Nuevos ligantes pulvimetalúrgicos para materiales compuestos sinterizados, diamante-matriz metálica, obtenidos mediante diferentes estrategias de aleación aplicadas a polvos prealeados de fe-co-cu

Resumen

En esta Tesis, se ha estudiado el efecto de las características de los polvos y las condiciones de procesamiento sobre la densificación, microestructura y propiedades mecánicas de dos polvos prealeados comerciales basados en el sistema Fe-Co-Cu (Next 400) y en el sistema Fe-Cu-Sn (Cobalite CNF). Se ha analizado el efecto de cada elemento en el sistema Fe-Co-Cu, a partir de polvos prealeados comerciales con diferentes proporciones de estos elementos. Se ha modificado la composición de los polvos, a través de la incorporación de aditivos, tanto simples (grafito, Fe/P, Ni/P) como complejos (aleaciones maestras multicomponentes), con la finalidad de mejorar sus propiedades mecánicas y hacer más robusto el procesamiento. La caracterización de los polvos ha constado de análisis mediante microscopía electrónica de barrido (SEM), determinación de las reacciones que ocurren durante el calentamiento (DSC y cálculos termodinámicos). Se han estudiado las curvas de compresibilidad y las dilatometrías. La sinterización convencional se ha realizado en atmósfera reductora con diferentes condiciones. Ésta ha tenido lugar durante el calentamiento de los compactos, mediante mecanismos de sinterización en estado sólido, en los que la austenización y la presencia de bronce/Cu han demostrado ser de gran importancia. Los aditivos utilizados tienen un efecto muy marcado sobre la microestructura y las propiedades mecánicas. Se ha logrado un efecto muy positivo en términos de sinterabilidad cuando los mismos aditivos se han utilizado sobre polvos comerciales no aptos para sinterización convencional. En el caso de los materiales base, se ha encontrado que las propiedades mecánicas están influenciadas por la temperatura de sinterización y por la velocidad de enfriamiento. Para explicar estos efectos, se ha caracterizado la microestructura mediante SEM y se han realizado cálculos termodinámicos. Con adiciones de grafito, hay que alcanzar la temperatura de austenización para conseguir la disolución del mismo, y que durante el enfriamiento se modifique la microestructura, dando lugar a importantes mejoras en las propiedades mecánicas por la formación de perlita a las velocidades de enfriamiento habituales en el interior del horno. La presencia de grafito mejora ligeramente la resistencia al desgaste sobre el Next 400, mientras que sobre el CNF la mejora es mayor. Para ambos polvos la resistencia a la tracción y el límite elástico aumentan; la elongación se ve reducida. Las adiciones de fósforo tienen también un efecto endurecedor en el material principalmente por la difusión del fósforo en la ferrita y el consiguiente endurecimiento de ésta por solución sólida. Estas adiciones dan lugar a resultados en dos líneas; el aumento de la dureza como consecuencia de la adición de Fe/P es el responsable del aumento de la resistencia al desgaste del Next 400. Sin embargo, el Ni/P endurece de tal manera que provoca fragilidad en el material ocasionando pequeñas fracturas del mismo durante el ensayo de desgaste que ocasionan un aumento del volumen de material desgastado. Las adiciones de fosfuro sobre el Next 400 suponen una mayor resistencia a la tracción y límite elástico en comparación con los valores obtenidos mediante adiciones de grafito. Sin embargo, la elongación se ve drásticamente reducida. Sobre el CNF, el Fe/P reduce la resistencia a la tracción ligeramente y, aumenta el límite elástico. Las aleaciones maestras en estos sistemas hacen que el Next 400 emperore su respuesta al desgaste como consecuencia del cambio microestructural (falta de asimilación de la aleación por parte del Next 400). El CNF reduce en gran manera los coeficientes de desgaste al introducir las aleaciones maestras en el sistema, lo cual puede ser debido a la dispersión de óxidos y elementos de aleación en la microestructura. Hay que destacar que los resultados obtenidos en la presente Tesis se han trasladado con éxito a la producción industrial (perlinas, segmentos diamantados).