Coarsening kinetics of coherent precipitates in Fe-10 % Ni-15 % Al alloy

Abstract

Las propiedades mecánicas de los materiales metálicos endurecibles por precipitación están íntimamente relacionadas con la morfología, distribución espacial, fracción volumétrica y tamaño de partículas de una segunda fase [1 y 2] . Un método efectivo para controlar dichas partículas consiste en tratamientos térmicos de envejecido [3 y 4] . Generalmente, en sistemas de aleación que contienen precipitados que provocan su endurecimiento, p. e., superaleaciones base níquel y, en ausencia de esfuerzos externos, el equilibrio termodinámico se obtiene reduciendo la energía libre interfacial total mediante un proceso de transferencia de masa difusional de regiones de alta curvatura interfacial hacia regiones de baja curvatura interfacial [5 y 6] . Este proceso es, comúnmente, llamado engrosamiento o maduración de Ostwald [7] . Por lo tanto, el proceso de engrosamiento ocurre por la disolución de partículas pequeñas y su transferencia de masa a partículas grandes [8 y 9] . Una de las primeras teorías de engrosamiento de precipitados fue desarrollada por Lifshitz, Slyosov [10] y Wagner [11] , conocida como la teoría LSW. Dicha teoría considera sistemas C Ci in né ét ti ic ca a d de e e en ng gr ro os sa am mi ie en nt to o d de e p pr re ec ci ip pi it ta ad do os s c co oh he er re en nt te es s e en n l la a a al le ea ac ci ió ón n F Fe e--1 10 0 % % N Ni i--1 15 5 % % A Al l (N. Cayetano-Castro * , H.J. Dorantes-Rosales * , V.M. López-Hirata * , J.J. Cruz-Rivera ** , J. Moreno-Palmerin * y J.L. González-Velázquez * R Re es su um me en n La cinética de engrosamiento y la evolución morfológica de precipitados coherentes β' (Fe, Ni)Al en una matriz ferrítica se estudió en la aleación Fe-10 % Ni-15 % Al. Se solubilizaron muestras a 1.100 °C por 24, y posteriormente, se envejecieron a 750, 850 y 920 °C por diferentes tiempos. Los resultados de DRX, MEB y MET mostraron la descomposición, α sss →α+β, durante su envejecido. La distribución de precipitados dentro del grano cambia, gradualmente, de aleatoria a un alineamiento preferencial sobre las direcciones cristalográficas <100> de la matriz. Asimismo, la evolución morfológica de los precipitados fue: esféricos → cúbicos → paralelepípedos → placas. La variación del tamaño de partícula, r 3 , y la densidad de precipitados en función del tiempo se comportan linealmente, como lo predice la teoría de Lifshitz, Slyosov y Wagner (LSW) para el engrosamiento controlado por difusión. La cinética de crecimiento (K) se incrementó a temperaturas de envejecido mayores. La energía de activación para el proceso de engrosamiento fue de alrededor de 220 kJ/mol. P Pa al la ab br ra as s c cl la av ve eEngrosamiento. Transformaciones de fase. Aleación Fe-Ni-Al. Precipitados coherentes. Envejecido.C Co oa ar rs se en ni in ng g k ki in ne et ti ic cs s o of f c co oh he er re en nt t p pr re ec ci ip pi it ta at te es s i in n F Fe e--1 10 0 % % N Ni i--1 15 5 % % A Al l a al ll lo oy y A Ab bs st tr ra ac ct tThe coarsening kinetics and the morphology evolution of the coherent β' (Fe, Ni)...

Coarsening process of coherent β′ precipitates in Fe–10 wt-Ni–15 wt-Al and Fe–10 wt-Ni–15 wt-Al–1 wt-Cu alloys

“…For comparison, the shape invariant distribution function of the LSW theory is also included in these figures. The probability density ρ 2 h ( ρ ) was determined with the following equation6,7 where r* is the average radius of the particle, and N i ( r +Δ r ) represents the number of particles in a given class interval Δ r . The normalised radius is defined as the ratio of r / r* .…”

“…For comparison, the shape invariant distribution function of the LSW theory is also included in these figures. The probability density r 2 h(r) was determined with the following equation 6,7 r 2 h(r)~N i (r,rzDr) P N i (r,rzDr)…”

“…5 The coarsening process of these precipitates is an important issue to keep the mechanical properties at high temperatures. 6,7 Thus, the control of coarsening kinetics of precipitates is crucial for the above purpose. The addition of alloying elements is a good alternative to control the coarsening kinetics because of its effect on the interfacial energy, solubility of precipitates or atomic diffusion.…”

“…The β ′ precipitates are present in different industrial alloys such as maraging steels4 and advanced martensitic hot work steels 5. The coarsening process of these precipitates is an important issue to keep the mechanical properties at high temperatures 6,7. Thus, the control of coarsening kinetics of precipitates is crucial for the above purpose.…”

Ostwald Ripening Process of Coherentβ′ Precipitates during Aging in Fe0.75Ni0.10Al0.15and Fe0.74Ni0.10Al0.15Cr0.01Alloys

“…The Lifshitz-Slyozov-Wagner (LSW) theory for diffusion-controlled coarsening [2] predicts a coarsening growth kinetics with a time dependent on 1/3 considering the spherical precipitates without elastic interaction with the phase matrix and volume fraction close to zero. There are several modified LSW theories for diffusion-controlled coarsening [3][4][5][6] which incorporated higher volume fractions and the precipitate morphology different from spheres, as well as multicomponent alloys. Nevertheless, the temporal power law of 1/3 is sustained in all of the above cases, but the time-independent precipitate size distribution of LSW theory becomes broader and more symmetric with the increase in volume fraction.…”