Conseguir aceros ligeros y resistentes al desgaste mediante nitruración: un método de tratamiento térmico de bajo coste podría mejorar la resistencia al desgaste de los aceros austeníticos al manganeso y al aluminio. - placa de identificación en acero

En los últimos años, se ha realizado un estudio en profundidad del acero ogel con alto contenido de manganeso y aluminio para comprender sus posibles aplicaciones en las industrias militar y de transporte.
Estos aceros tienen una combinación especial de alta resistencia y tenacidad, con excelente resistencia al desgaste.
Añade aluminio del 6% a 8 niveles.
En comparación con el temple y revenido del acero al cromo y molibdeno, el 8 % en peso reduce la densidad entre un 10 % y un 15 %, pero también reduce el endurecimiento por deformación y la resistencia al desgaste.
La resistencia al desgaste puede pasar por debajo de los niveles bajos.
Caso de coste del tratamiento de endurecimiento en atmósfera de nitrógeno (nitruración)
Produce una capa dura de alúmina, AIN.
En el presente estudio, se evaluó el efecto del contenido de aluminio y silicio en la dinámica del proceso de nitruración para Fe-30%Mn-(6-9%)Al-(l-1,6%)Si-0.
Acero con un rango de temperatura de 1,9-652 °C (2,012 F) (900-1,100 C). (
Nota: Todos los porcentajes siguientes se dan en porcentaje de peso).
Los resultados muestran que, dependiendo del tiempo y la temperatura, la capa superficial de la placa de aluminio y nitrógeno puede alcanzar un espesor de hasta 550 µm.
La cantidad de silicio es de 1,1% a 1.
El 6% no tuvo efecto estadístico sobre la difusión de nitrógeno dentro del rango de temperatura de 1652-2012 °F (900-1100 °C).
Sin embargo, la cantidad de aluminio aumentó del 6% al 8.
El 8% reduce la profundidad de la capa superficial de AIN y aumenta la energía de activación calculada de la difusión termodinámica de la nitrogenina de 64 kilojulios/moles a 79 kilojulios/moles.
Para una gran cantidad de difusión de nitrógeno puro en el mismo rango de temperatura, estas energías de activación calculadas se pueden comparar con los valores de 168 kilojulios/moles.
Es probable que los valores computacionales inferiores a los esperados estudiados actualmente sean el resultado del desarrollo de altos canales de difusión en la interfaz entre n-Al y O2.
Se están considerando aceros de aluminio y manganeso de baja densidad para componentes automotrices resistentes y resistentes al desgaste y para blindaje balístico.
Estos aceros pueden considerarse una alternativa ligera a los componentes mineros y terrestres.
Por ejemplo, si Fe-30Mn-9A1-0.
La aleación 9C con una baja densidad del 15 % reemplaza directamente las zapatas de acero SAE 8620 para los vehículos de combate Bradley (BFV).
Ahorre alrededor de 800 libras de peso.
Sin embargo, las propiedades mecánicas del acero fundido Fe-Mn-Al-
Los calloys varían según la composición y la edad.
Dureza y limpieza del acero.
El endurecimiento por envejecimiento mejora en gran medida la resistencia de la aleación fundida, pero reduce en gran medida el endurecimiento, la tenacidad y la resistencia al desgaste del procesamiento.
La modificación de la superficie se utiliza generalmente para mejorar en gran medida la resistencia al desgaste, la fatiga y la corrosión del acero.
Uno de los tratamientos superficiales más eficaces para mejorar la resistencia al desgaste es el proceso con nitrógeno, que produce una "capa blanca" dura que consiste en"]--[Fe. sub. 2](C,N)y/o y -[Fe. sub. 4]N.
La nitruración se utiliza a menudo para mejorar en gran medida la resistencia al desgaste y la resistencia a la corrosión del acero.
El proceso tradicional de infiltración con baños de gas y sal liberará gases tóxicos y contaminará el medio ambiente.
Aunque el nitrógeno plasmático es mucho más limpio, el coste es muy elevado y es necesario utilizar equipos costosos.
El tratamiento con nitrógeno del acero con alto contenido de manganeso y aluminio con raíces de nitrógeno gaseoso puede ser un método rentable para producir capas de nitruro de aluminio duras y resistentes al desgaste.
Acero al manganeso en-
Condiciones de fundición, la práctica habitual es tratar estos aceros en solución a temperaturas de hasta 2.012 F (1.100 C).
Este tratamiento de solución se puede realizar en una atmósfera de nitrógeno para producir un recubrimiento de superficie resistente al desgaste con un coste adicional muy bajo.
En el caso del acero con alto contenido de manganeso y aluminio, ya no existe en forma de [sino en forma de nitrógeno aluminio]Fe. sub. 3]N.
Como todos sabemos, la dureza del nitrógeno aumenta con el aumento de la cantidad de nitrógeno, y se informa que la dureza del nitrógeno y el aluminio es 25.
6 GPa, mucho mayor [Fe. sub. 3]N (11,2-12,4 GPa).
En el estudio actual, el par de aluminio y silicio Fe-
Se determinó acero de 30Mn.
A partir de los resultados del estudio, la muestra de prueba de acero se trató como 1, 92f (1,050C)
Dos horas después, se apagó rápidamente en agua helada.
Pulir la superficie de la muestra a 0,3 [micro]
M se completa y se limpia en etanol antes del nitrógeno.
A una temperatura de 1.652-2.012 °F (900-1.100 °C) por debajo de 99.
9% de N2 puro, se limpia el horno durante 20 minutos para eliminar el oxígeno antes de cargar la muestra.
La sección transversal de la muestra se caracterizó mediante Xiangxue de oro óptico.
Microscopio electrónico de barrido por emisión de campo (SEM)
Dispersión de energía-
Espectro de rayos (EDS)
Se utiliza para caracterizar la morfología y la composición química de la capa de reacción.
Los resultados del análisis químico muestran que la composición del acero varía principalmente en función del contenido de aluminio y silicio.
A 1,92f, la microestructura del acero correspondiente después de dos horas de tratamiento en solución (1,050C)
Como se muestra en la Figura 1, antes del proceso de nitrógeno3.
La estructura es similar, todo el acero es 100% acero inoxidable, solo se encontró una pequeña cantidad de cuerpo de hierro primario en el acero C.
Espaciamiento de los brazos cristalinos de la rama secundaria (SDAS)
, Similar entre acero medido entre 50 y 75 pm.
El proceso de ciclado de 8 horas se llevó a cabo a 1.652, 1.832 y 2.012 °F (900, 1.000 y 1.100 °C).
Tres tipos diferentes de acero al aluminio y al silicio. Figuras 4a-
D muestra una microfotografía óptica de una sección pulida de acero B (8,8 % A1 y 1,6 % Si) y acero C (6 % Al y 1,6 % Si).
Después de dos a seis horas de tratamiento con nitrógeno a 90 °C.
En 1, 65f después de 2 horas (900C)
La profundidad de desarrollo del acero C es el doble de la profundidad del nitrógeno y el aluminio en el acero B.
Para dos aceros que contienen aluminio, la profundidad de la capa de aluminio y nitrógeno aumenta con el aumento del tiempo de nitración, después de 6 horas a 1,65 f (900 C).
Para el acero B y C, la medición de la profundidad de la capa de alúmina es de 170 pm y 230 pm en promedio.
Aumente la temperatura del proceso a 1832 °F (1000 °C)
Se agregó la dinámica del proceso de nitruración y después de 6 horas la profundidad promedio del nitruro de aluminio se incrementó a 200 [micro].
Como se muestra en la figura 4, m en acero B y 370 pm en acero C (e y f).
Por lo tanto, para un contenido de silicio constante de 1.
6%, el contenido de aluminio aumentó del 6% al 8.
El 8% supone una reducción de la profundidad de la capa de nitrógeno-aluminio en todos los tiempos y temperaturas.
Sin embargo, para un contenido constante de aluminio de 8.
8%, silicio del 1,1% al 1.
El 6% sólo muestra una ligera disminución en la profundidad de la capa de nitrógeno y aluminio.
La morfología del nitrógeno de aluminio parece similar en el acero tratado térmicamente y parece precipitar y crecer a lo largo de la dirección cristalina.
Imagen electrónica secundaria del recubrimiento de alúmina en acero (8,8% Al y 1,1% Si) y acero B (8,8% Al y 1,6% Si)
A 1, 65 F, después de 8 horas de nitruro (900C)
Como se muestra en la figura 5 (a y b) y las figuras 5 (c y d).
Profundidad de la concha y placa-
Entre dos aceros diferentes que contienen silicio, la estructura de la alúmina es similar (Figura 5).
Micrografía electrónica secundaria del acero B y del acero C como se muestra en la Figura 6, después de 8 horas de tratamiento con nitrógeno a 2012 °F (1100 °C).
En SteelB, la capa de nitrógeno consta de placas largas, generalmente más delgadas y de alta densidad, con un espaciamiento promedio de menos de las cinco de la tarde.
Dependiendo del avión en Polonia)
Como se muestra en la Figura 6 (a y b).
En el acero C, la densidad de alúmina en la capa de reacción es mucho menor y el espaciamiento promedio entre placas es mayor que las diez en punto PM, como se muestra en la Figura 6 (c y d).
Sin embargo, el espesor de la placa de acero C es mayor, a 2.012 °F, después de 8 horas, la profundidad de la capa es casi 200 µm mayor que la del acero B (1.100 °C).
Como se muestra en la Figura 6, se observó una disposición de alúmina menos escamosa en el acero C (d).
Se encontró que la composición promedio del precipitado de alúmina cambia con la temperatura y la composición del acero.
Para todas las placas individuales muestreadas, la relación quimiométrica de aluminio a nitrógeno es cercana a 1.
A 1.832 °F, acero A y acero C después de seis horas y ocho horas de nitrógeno, la química de la matriz OHS entre las placas (1.000 °C) y 2.012 °F (1.100 °C)
Está casi completamente desprovisto de aluminio y es rico en manganeso y silicio, lo que también puede mejorar la resistencia al desgaste.
Para el acero con un período de envejecimiento de más de 6 horas, se necesitan aproximadamente entre 10 y 20 [micro]
Como se muestra en la figura 5d, la capa de óxido compuesto m se encuentra en la superficie por encima de la capa de nitrógeno.
La presencia de capas de óxido sugiere que no se elimina todo el oxígeno del horno.
Sin embargo, en el proceso del nitrógeno, la capa de óxido no se desarrolló hasta después de un período de tiempo prolongado, y se favoreció la formación de nitruro de aluminio porque la solubilidad y la difusión del nitrógeno en el acero son mucho mayores.
La figura 7 muestra la profundidad de la capa de nitrógeno y aluminio en función del tiempo y la temperatura.
Dependiendo del tiempo y la temperatura se puede conseguir un espesor del recubrimiento de alúmina entre 200 y 550 pm.
Acero No. 8 A y B. 8% Al y 1. 1% Si a 1.
El 6% de Si muestra un espesor de recubrimiento similar en todo momento y temperatura.
Aunque se sabe que el silicio reducirá la solubilidad de las sustituciones de nitrógeno, el nivel de silicio aumentará de 1,1% a 1,1% en el estudio actual.
El 6% tiene poco efecto sobre la profundidad de la capa de alúmina o la densidad aparente de la placa precipitada.
Sin embargo, el contenido de aluminio aumentó del 6% al 8.
El 8% produjo una matriz densa muy fina, pero redujo significativamente la profundidad de la capa de nitrógeno y aluminio.
También reduce el coeficiente de difusión del nitrógeno en un 50%, y en el rango de temperatura de 1.652-1.100 °C la energía de activación aumenta de 64 kilojulios/moles a 78 kilojulios/moles.
Los resultados de las investigaciones actuales muestran que el acero deformado con alto contenido de manganeso y aluminio se puede nitrar en una atmósfera de gas nitrógeno para producir acero duro y resistente al desgaste.
En la profundidad de hasta 550 pm, la capa de resistencia de AIN.
La cantidad de silicio es de 1,1% a 1,6%Si en Fe-30Mn8.8A1-0.
El acero 9C no tiene efecto estadístico sobre la difusión de nitrógeno en el rango de temperatura de 900 a 1100 °C.
Sin embargo, el aumento del contenido de aluminio en el acero con alto contenido de manganeso aumenta la actividad del nitrógeno y reduce la solubilidad y el coeficiente de difusión del nitrógeno.
ESS este artículo se basa en "nitrógeno de acero ligero de manganeso y aluminio" (15-036)
Hizo su debut en la 119.ª Conferencia de Fundición de Metales.
Universidad Estatal de Texas Laura Batlitt y Sabra Cerino