Efecto de la sustitución de V por Ti sobre las temperaturas de transformación de fase y el desajuste de red matriz/ precipitado en la superaleación 76Fe-12Al-12V

Abstract

Las aleaciones basadas en Fe-Al tienen un potencial considerable como materiales para aplicaciones estructuralesen altas temperaturas. Sin embargo, su insuficiente resistencia a la termofluencia ha sido un obstáculopara su aplicación. La adición de un tercer aleante (Nb, Ti, Zr ó Ta) ha conseguido aumentar su resistencia aaltas temperaturas, pero a costa de una baja ductilidad. En trabajos previos y con el fin de resolver estas deficiencias,investigamos aleaciones ferríticas de Fe-Al-V con precipitación coherente de la fase L21 (Fe2AlV)sobre una matriz A2. Entre las posibles aleaciones, por presentar precipitados L21 de morfología esférica ysin efecto de coalescencia en alta temperatura, seleccionamos la superaleación 76Fe-12Al-12V. Buscamosahora un cuarto aleante capaz de incrementar la temperatura de coexistencia del campo de dos fases A2+L21y en consecuencia la máxima temperatura de aplicación. Encontramos que las secciones isotérmicas del rincónrico en Fe de los diagramas de fases ternarios Fe-Al-V y Fe-Al-Ti poseen campos de fases similares.Además, la relación entre las energías de formación calculadas para los intermetálicos L21 con Ti y V, permitepredecir una temperatura de equilibrio mayor para el Fe2TiAl que para el Fe2VAl. Por lo tanto, seleccionamosal Ti como posible 4to aleante en la superaleación 76Fe-12Al-12V. En este trabajo mostramos que lasustitución del vanadio por titanio incrementa levemente la temperatura máxima de existencia del campo A2+ L21, además el desajuste de red matriz/precipitado es anulado para un contenido de Ti entre 0,5 y 1 % atómicoe incrementado en forma positiva a mayores porcentajes de Ti. Analizamos por otro lado la cinética deengrosamiento de los precipitados L21 hallando que la velocidad aumenta con el agregado de Ti y la morfologíase modifica de esférica a cúbica.

Fe-Al based alloys have a remarkable potential for high temperature structural applications, provided that the limitation of their low creep resistance is solved. Third element addition (Nb, Ti, Zr or Ta) has proven to perform the task, at the expense of a low ductility. In previous works we have investigated ferritic alloys in the Fe-Al-V system with coherent precipitation of the L21 phase (Fe2AlV) in the A2 matrix. Among possible alloys, we chose the 76Fe-12Al-12V superalloy for filing a L21 precipitation with spherical morphology and void coalescence at high temperature. The new task is to find a fourth alloy element in order to increase the temperature equilibrium of the two phases A2+L21 field and consequently the maximum application temperature. Isothermal sections of the Fe rich corner on ternary Fe-Al-V and Fe-Al-Ti phase diagrams have similar phase fields. Besides, by comparing the formation energies between L21 intermetallics of Ti and V, it is expected a higher equilibrium temperature for the Fe2TiAl than for Fe2VAl. Therefore we select titanium as a possible 4th alloy element in the 76Fe-12Al-12V superalloy We show in this work that vanadium substitution by titanium slightly increases the temperature limit for the A2 + L21 phase field while cancelling the lattice misfit between matrix and precipitates for Ti content between 0.5 and 1 at. % and positively increasing it for Ti contents greater than 1 at. %. Besides, we demonstrate that coarsening rate is increased with Ti addition and morphology is modified from spherical to cubic.