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Fragilización por temple en aceros aleados

1920
Análisis metalúrgico de aceros aleados centrado en la fragilización por revenido en un entorno de laboratorio.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

La fragilización por revenido es una reducción en la dureza de ciertos materiales. aleación Los aceros se deforman al mantenerlos a una temperatura específica (aproximadamente 375–575 °C) o al enfriarlos lentamente a través de ella. Este fenómeno se debe a la segregación de elementos de impureza (por ejemplo, fósforo, estaño, antimonio) en los límites de grano, lo que debilita la cohesión entre los granos y favorece la fractura intergranular.

El mecanismo de fragilización por revenido es un ejemplo clásico de segregación en equilibrio. A temperaturas elevadas, los átomos de impurezas se disuelven dentro de los granos del metal. A medida que el acero se enfría hasta el rango de fragilización, estas impurezas se vuelven menos solubles y encuentran energéticamente favorable migrar hacia el interior. alta energía regiones de los límites de grano. Ciertos elementos de aleación, como el manganeso y el níquel, pueden segregarse junto con las impurezas, exacerbando el efecto. El resultado es un aumento drástico de la temperatura de transición dúctil-frágil (DBTT), lo que significa que el acero puede fracturarse de forma frágil a temperaturas en las que debería ser resistente.

Una característica clave de la fragilización por revenido es su reversibilidad. Si un componente fragilizado se recalienta a una temperatura superior al rango crítico (p. ej., >600 °C) y luego se enfría rápidamente (templado), las impurezas se disuelven en los granos y se recupera la tenacidad. Este descubrimiento supuso una novedad crucial en la metalurgia física, demostrando que las propiedades mecánicas no eran estáticas, sino que podían degradarse por cambios sutiles, dependientes del tiempo, en la microquímica de las interfaces internas. Esto condujo a cambios importantes en la fabricación de acero y en las prácticas de tratamiento térmico de componentes de sección pesada.

UNESCO Nomenclature: 3308
- Ciencia de los materiales

Tipo

Proceso físico

Ruptura

Sustancial

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Desarrollo de aceros aleados mediante la adición de elementos como cromo, níquel y manganeso
  • Avances en metalografía para visualizar la microestructura de los metales
  • comprensión de los procesos de difusión en los sólidos (leyes de fick)
  • Demanda industrial de aceros de alta resistencia para aplicaciones como cañones, calderas y turbinas
  • Desarrollo de pruebas mecánicas estandarizadas como la prueba de impacto Charpy para cuantificar la tenacidad

Aplicaciones

  • Control estricto de los procedimientos de tratamiento térmico para piezas forjadas de acero de gran tamaño, como rotores de turbinas y recipientes a presión.
  • Especificación de grados de acero de alta pureza con bajos niveles de p, sn, sb y para aplicaciones críticas.
  • desarrollo de aleaciones que contienen molibdeno o tungsteno, que ayudan a eliminar impurezas y mitigar la segregación
  • Análisis de fallos de componentes industriales que operan dentro del rango de temperatura de fragilización

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

  • ‘grain boundary engineering’ to create specific boundary types that are inherently resistant to impurity segregation
  • nanoparticles designed to actively scavenge and trap impurity elements within the grains
  • Plataformas de diseño de aleaciones computacionales (por ejemplo, calphad) para predecir la susceptibilidad a la fragilización por revenido a partir de los primeros principios
  • advanced heat treatment cycles that ‘pre-condition’ grain boundaries to make them less favorable for segregation
  • sensores in situ que monitorean los cambios en la resistividad eléctrica para detectar el inicio de la segregación de impurezas
  • Modificación de la superficie basada en láser para crear una capa exterior de grano fino resistente a la fragilización
  • Desarrollo de aceros autorreparadores que contienen microcápsulas que liberan agentes eliminadores de impurezas cuando se forma una grieta.
  • uso de aleaciones de alta entropía que carecen de límites de grano tradicionales, evitando así el mecanismo de segregación
  • ‘de-embrittlement’ services using rapid induction heating for life extension of aged components
  • Microscopía impulsada por inteligencia artificial que identifica y cuantifica automáticamente las superficies de fractura intergranulares
Relacionado con: fragilización por revenido, acero aleado, límite de grano, segregación, tenacidad, tratamiento térmico, fractura intergranular, fósforo, impurezas, metalurgia.

Contexto histórico

Fragilización por temple en aceros aleados

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1922
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1924

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

décimo año aniversario

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