Tesis doctoral de Grégoire Salmi
La presente tesis trata del desarrollo de nuevas aleaciones de ti que por su comportamiento mecánico, resistencia a la oxidación, estabilidad térmica o características multifuncionales pudieran sustituir con ventaja a algunas de las aleaciones comerciales de ti, o extender el rango de aplicaciones de las aleaciones de ti. Como aleación de tipo alfa que pudiera tener un buen comportamiento mecánico a altas temperaturas y una buena resistencia a la oxidación se ha investigado la aleación ti-0,6wt%y2o3. Como aleaciones estables de tipo beta con posibilidad de adquirir características multifuncionales mediante deformación plástica severa se han investigado aleaciones de ti-nb-ta-zr-(v) de diferentes composiciones. ambas aleaciones se han fabricado mediante técnicas de pulvimetalurgia (p/m) consistentes en una fase de mezclado y aleado mecánico, seguida de compactación en frío, sinterización en alto vacío y un tratamiento final de compresión isostática a alta temperatura y presión (hip: hot isostatic pressing). Las aleaciones de ti-nb-ta-zr también se fabricaron mediante fundición y colada. Se ha desarrollado y optimizado el método de preparación de estas aleaciones, investigando el efecto de las condiciones del aleado mecánico, de sinterización y del tratamiento final de hip sobre la microestructura, composición y propiedades de las aleaciones obtenidas. las aleaciones se han sometido a diferentes tratamientos térmicos y termomecánicos: forjado, templado y extrusión angular de sección constante (ecap: equal channel angular pressing), con el objeto de optimizar su microestructura y propiedades mecánicas. Estas aleaciones, que son consideradas como difíciles de procesar mediante ecap, han requerido la investigación de las condiciones específicas para realizar con éxito su procesado ecap. la microestructura de las aleaciones en las distintas etapas de su procesado se analizó mediante diferentes técnicas: difracción de rayos x, metalografía, y microscopía electrónica de barrido y de transmisión. Además, se investigó la textura inducida por el procesado ecap. La caracterización mecánica se realizó mediante medidas del módulo de young, microdureza y ensayos de tracción hasta fractura a diferentes temperaturas. Las características de la fractura de estas aleaciones también se investigaron. Además, las características de la oxidación de las aleaciones de ti-0,6wt%y2o3 y de ti p/m entre 973 y 1173 k se han investigado mediante termogravimetría y microscopia electrónica de barrido. ti-0,6wt%y2o3 el procesado ecap produjo la elongación de los granos en la dirección de la cizalla inducida por deformación ecap, y su fragmentación en subgranos desde la 1ª pasada de ecap. Después de la 4ª pasada, la microestructura estaba compuesta de colonias de granos equiaxiales de tamaños inferiores a 1 µm, separadas por bandas conteniendo una subestructura de subgranos. Las partículas de y2o3 se encontraron heterogéneamente distribuidas formando aglomerados de tamaños <1 µm, o bien ocasionalmente como partículas muy finas en algunas áreas de las muestras. el procesado ecap produjo una mejora cualitativa de las propiedades mecánicas. Este material, que es completamente frágil a t ¿ 473 k, adquirió una buena ductilidad a 473 k después de la 1ª pasada de ecap. Después de someter el material a 4 pasadas de ecap mediante la ruta ba, su resistencia mecánica a 373 k se elevó a ~990 mpa alcanzando deformaciones de fractura del orden del 23 %. El comportamiento frágil del ti-0,6y2o3 a temperatura ambiente es debido a cleavage transgranular en los granos grandes que aún quedan después del ecap. Se encontraron pequeños dimples asociados a partículas de y2o3 localizadas en las fronteras entre las bandas de subgranos. La fractura empieza a ser dúctil, controlada por el mecanismo de coalescencia de microvoids, es decir por ruptura de dimples, a 373 k cuando las muestras son sometidas al menos a 3 pasadas de ecap siguiendo las rutas ba y bc. A 773 k la superficie de fractura en todas las muestras, independiente del número de pasadas, muestran grandes dimples irregulares conteniendo otros más pequeños en su interior. tanto el ti-0,6y2o3 como el ti p/m presentaban una resistencia a la oxidación mucho más alta que el ti puro producido por técnicas no pulvimetalúrgicas; las energías de activación de la oxidación calculadas han sido 314 kj/mol y 324 kj/mol respectivamente, frente a valores entre 165 y 200 kj/mol reportados para ti no p/m. La capa de tio2 densa y compacta formada en la superficie es la responsable la resistencia a la oxidación que muestra el ti p/m. aleaciones de tipo beta: ti-nb-ta-zr-(v) aleaciones producidas por pulvimetalurgia la investigación de las aleaciones de tipo beta producidas mediante p/m se centraron en las composiciones: ti-36wt%nb-2wt%ta-3wt%zr y ti-12wt%nb-31wt%ta-8wt%zr-2wt%v. Las mezclas de polvos elementales con estas composiciones se lograron alear mecánicamente hasta tenerlos completamente en fase beta. Sin embargo, las aleaciones forjadas, templadas o simplemente homogeneizadas, después de ser consolidadas mediante hip a 1273 k y 193 mpa, mostraban una alta fracción de fase alfa. Ambas aleaciones mostraban un comportamiento completamente frágil a t<773 k, y cierta ductilidad a 973 k. Los análisis microscópicos revelan que la fractura frágil se inicia en la fase ¿, mientras en la matriz íY se tienen evidencias de deformación plástica. El comportamiento dúctil de la aleación a altas temperaturas parece ser debido a un cambio en el mecanismo de fractura en la fase ¿, que deja de ser transgranular y por cleavage pasando a intergranular. aleaciones producidas por fundición se prepararon aleaciones con composiciones ti-xwt%nb-ywt%ta-zwt%zr (30
- Título de la tesis: Producción, procesado y caracterización de aleaciones de ti de grano fino
- Autor: Grégoire Salmi
- Universidad: Carlos III de Madrid
- Fecha de lectura de la tesis: 01/12/2010
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Angel Muñoz Castellanos
- Tribunal
- Presidente del tribunal: ramiro Pareja pareja
- robin Schaeublin (vocal)
- José ygnacio Pastor caño (vocal)
- sehila María Gonzalez de vicente (vocal)