Millora de la ductilitat i estudi dels mecanismes de deformació plàstica en consolidats de ferro d'estructura nanocristal·lina i ultrafina

Abstract

El present treball fi de master compren dues parts. Una és la realització d’assatjos per aclarir qüestions referents als mecanismes de deformació de consolidats de pols de ferro pur, amb estructura nanocristal·lina i ultra-fina, com ara la presència de bandes de cisalladura. La segona és l'estudi de les possibilitats per tal de millorar la ductilitat del material, mitjançant l'obtenció d'una estructura amb gra nanocristal·lí i gra microcristal·lí alhora, una estructura bimodal. Les etapes del treball han consistit en la preparació del material base , per mitjà de la molta de pols de ferro en un molí de boles. Seguidament s'ha procedit a obtenir els consolidats. Aquest procés ha constat de dues fases de compactació, una en fred a 1300 MPa i una altra en calent a 500ºC i 850 MPa. Obtinguts els compactes, s'han sotmès a diferents tractaments tèrmics i finalment s’han realitzat assajos de tracció. Amb les dades obtingudes s’ha caracteritzat la resistència i ductilitat del material segons el tractament tèrmic. A partir d'aquest punt s'han obtingut i analitzat les diferents estructures bimodals i s'han caracteritzat les seves propietats, per tal d’optimitzar la relació resistència/ductilitat del material. A banda de l’anàlisi de les dades de tracció, s’han estudiat les superfícies de fractura al SEM, així com la microestructura. Cal tenir en compte que el tractament del material de partida i la seva manipulació fins al procés de consolidació s’ha efectuat sota atmosfera controlada d’argó, per tal d’evitar problemes d’oxidació de la pols, i s’ha mantingut un control estricte del contingut en impureses de carboni i crom, per mitjà d’un analitzador d’espurna al Centre Tecnològic de Manresa. Els compactes obtinguts han tingut una compacitat superior al 96%, amb unes dureses pròximes als 700 vickers. Les superfícies de fractura han revelat un cert augment de la ductilitat gràcies a la formació de l’estructura bimodal i als tractaments tèrmics realitzats. Els resultats obtinguts en tracció mostren un augment de la ductilitat dels compactes gràcies als tractaments tèrmics i a la formació de l’estructura bimodal, tot i que acompanyat d’un descens del límit elàstic a causa de l’augment de la mida de gra, passant de rang nanométric (inferior a 100 nanometres) a ultrafi (inferior a 1 micra).