Mejora de la estabilidad del vidrio, de la capacidad de formación de cristales y de afinado microestructural.

Compuesto de aleación de hierro, que comprende:

Un porcentaje atómico de Mn del 1-5 %,

un porcentaje atómico de Cr del 15-25 %, un porcentaje atómico de Mo del 1-10 %, un porcentaje atómico de W del 1-5 %, un porcentaje atómico de B del 10-20 %, un porcentaje atómico de C del 0,1-10 %; un porcentaje atómico de Si del 1-5 %; un porcentaje atómico de Nb del 0,01-6 % y un porcentaje atómico de Fe del 40-65 %, donde los porcentajes son relativos con respecto a la composición total de la aleación;

Presentando dicho compuesto de aleación de hierro una temperatura de cristalización superior a 553°C y mostrando una imagen de retrodifusión de un microscopio electrónico que contiene tan sólo una estructura a escala microestructural que comprende las fases definidas por la difracción de rayos x como

1. α-Fe y/o γ-Fe, y

2. fases de carburo de boro que comprenden M23(BC)6 o M7(BC)3.

Mejora de la estabilidad del vidrio, de la capacidad de formación de cristales y de afinado microestructural.

CAMPO DE LA INVENCIÓN 5

La presente invención se refiere a los vidrios metálicos, y más concretamente, a aleaciones de base hierro y Cr-MO-W con base hierro que contienen cristales, y más específicamente, a la adición de Niobio a dichas aleaciones.

ANTECEDENTES

La tecnología convencional del acero se basa en la manipulación de una transformación de estado sólido denominada transformación eutectoide. Mediante este proceso, las aleaciones de acero se calientan en una región monofásica (austenita) refrigerándose o enfriándose posteriormente a diversas velocidades de enfriamiento, a fin de 15 formar estructuras polifásicas (es decir, ferrita y cementita) . En función de la forma en que se enfría el acero, puede obtenerse una gran variedad de microestructuras (es decir, perlita, bainita y martensita) que presentan un amplio abanico de propiedades.

Otro enfoque de la tecnología siderúrgica lo constituye la denominada desvitrificación del vidrio, mediante la cual se obtienen aceros con microestructuras masivas a nanoescala. El material precursor de la solución sólida 20 sobresaturada es un líquido super-refrigerado, denominado vidrio metálico. Al sobrecalentarse, el precursor del vidrio metálico se transforma en múltiples fases sólidas mediante desvitrificación. Los aceros desvitrificados forman microestructuras características específicas a nanoescala, análogas a las que se forman mediante la tecnología del acero convencional, como las descritas en el documento US 4.365.994.

Durante al menos 30 años, desde el descubrimiento de los vidrios metálicos, se ha sabido que podía hacerse 25 que las aleaciones de base hierro se convirtiesen en vidrios metálicos. No obstante, y salvo contadas excepciones, estas aleaciones vítreas con base hierro han tenido una escasa capacidad de formación de cristales, y el estado amorfo tan sólo podía obtenerse con unas velocidades de enfriamiento muy elevadas (>106 K/s) . De este modo, estas aleaciones sólo pueden procesarse mediante unas técnicas que consiguen un enfriamiento muy rápido, como las técnicas de enfriamiento brusco por colisión y rotación. 30

Aunque los aceros convencionales presentan unas velocidades de enfriamiento críticas para la formación de vidrios metálicos, situadas en la banda de 109 K/s, se han desarrollado aleaciones especiales para la formación de vidrio metálico de base hierro que presentan una velocidad crítica de enfriamiento con unos órdenes de magnitud inferiores a los de los aceros convencionales. Se han desarrollado algunas aleaciones especiales que permiten producir vidrios metálicos con unas velocidades de enfriamiento del orden de 104 a 105 K/s. Asimismo, ciertas 35 aleaciones para la formación de vidrio metálico masivo presentan unas velocidades de enfriamiento críticas del orden de 100 a 102 K/s, si bien dichas aleaciones pueden emplear, por lo general, elementos de la aleación raros o tóxicos a fin de aumentar la capacidad de formación de cristales, como la adición de berilio, que es altamente tóxico, o de galio, que resulta muy costoso. El desarrollo de aleaciones para la formación de vidrio que resulten de bajo coste y no resulten nocivas para el medio ambiente ha demostrado ser mucho más difícil. 40

Además de la dificultad que representa el desarrollo de aleaciones rentables y ecológicas, la elevada velocidad de enfriamiento requerida para la obtención del vidrio metálico ha limitado las técnicas de fabricación disponibles para la producción de artículos a partir de vidrio metálico. A su vez, el reducido número de técnicas de fabricación disponibles ha limitado el número de productos que pueden fabricarse a partir de vidrios metálicos, así como las aplicaciones en las que pueden utilizarse los vidrios metálicos. Las técnicas convencionales de 45 procesamiento de aceros a partir de un estado fundido suelen conllevar unas velocidades de enfriamiento del orden de 10-2 a 100 K/s. Las aleaciones especiales que son más susceptibles de formar vidrios metálicos, es decir, que presentan unas menores velocidades de enfriamiento críticas, situadas en el rango de 104 a 105 K/s, no pueden procesarse utilizando técnicas convencionales con dichas velocidades de enfriamiento reducidas y seguir produciendo vidrios metálicos. Incluso las aleaciones para la formación de vidrio masivo con unas velocidades de 50 enfriamiento críticas del orden de 100 a 102 K/s cuentan con limitadas técnicas de procesamiento disponibles, y presentan la desventaja de procesamiento adicional de que no pueden procesarse al aire, sino tan sólo a un vacío muy elevado.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

En un ejemplo de realización resumido, la presente invención se refiere a un compuesto vítreo de aleación con base hierro conforme a la reivindicación 1.

En otro ejemplo de realización resumido, la presente invención se refiere a un método para aumentar la dureza de un compuesto de aleación de hierro, que comprende el suministro de una aleación de vidrio con base hierro con un grado de dureza determinado, la adición de Niobio a la aleación de vidrio con base hierro, y el aumento 60 de la dureza mediante la adición del Niobio a la aleación de vidrio con base hierro.

En otro ejemplo de realización resumido, la presente invención se refiere a un método para aumentar la estabilización del vidrio de un compuesto de aleación de base hierro, que comprende el suministro de una aleación de vidrio con base hierro cuya temperatura de cristalización es inferior a 675º C, la adición de Niobio a la aleación de vidrio con base hierro y el aumento de la temperatura de cristalización por encima de 675º C mediante la adición de Niobio a la aleación de vidrio con base hierro. 5

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

FIG. 1 muestra los gráficos correspondientes a un análisis térmico diferencial de la Aleación 1, fundida por centrifugado y atomizada con gas.

FIG. 2 muestra los gráficos correspondientes a un análisis térmico diferencial de la Aleación 1 modificada 10 mediante Nb2Ni4, fundida por centrifugado y atomizada con gas.

FIG. 3 muestra los gráficos correspondientes a un análisis térmico diferencial de la Aleación 1 modificada mediante Nb2, fundida por centrifugado y atomizada con gas.

FIG. 4 muestra una muestra típica de cordón de soldadura lineal correspondiente a la Aleación 1.

FIG. 5 muestra un micrográfico de electrones retrodispersados de la sección transversal de la soldadura de la 15 Aleación 1, depositada con un precalentamiento a 315º C (600º F) con anterioridad a la soldadura.

FIG. 6 muestra un micrográfico de electrones retrodispersados de la sección transversal de la soldadura de la Aleación 1 modificada mediante Nb2Ni4, depositada con un precalentamiento a 315º C (600º F) con anterioridad a la soldadura.

FIG. 7 muestra una imagen de retrodifusión de un microscopio electrónico de la sección transversal de la 20 soldadura de la Aleación 1 modificada mediante Nb2, depositada con un precalentamiento a 315º C (600º F) con anterioridad a la soldadura.

FIG. 8 muestra la resistencia a la fractura en función de la dureza correspondiente a diversos a materiales de endurecimiento de soldaduras por arco de plasma con base hierro, base níquel y base cobalto, en comparación con la Aleación 1, la Aleación 1 modificada mediante Nb2Ni4 y la Aleación 1 modificada mediante Nb2. 25

DESCRIPCIÓN DETALLADA

La presente invención se refiere a la adición de niobio a aleaciones para la formación de vidrio con base hierro y vidrios con contenido de Cr-Mo-W con base hierro. Más concretamente, la presente invención se refiere a la modificación de la naturaleza de la cristalización, que tiene como resultado la obtención de vidrios que permanecen estables a unas temperaturas mucho más elevadas, aumenta la capacidad de formación de cristales e incrementa la 30 dureza desvitrificada de la estructura del nanocompuesto. Adicionalmente, y sin atenerse estrictamente a ninguna teoría específica, se cree que el efecto de la sobresaturación derivado de la adición del niobio puede tener como resultado la expulsión del niobio del sólido que está solidificándose, lo que puede ralentizar aún más la cristalización, lo que posiblemente de como resultado unos menores tamaños de grano /fase tras la cristalización.

En último término, la presente invención consiste en un método para el diseño de aleaciones que puede 35 utilizarse para modificar y mejorar aleaciones de vidrio con base hierro y sus propiedades resultantes, y que puede preferiblemente relacionarse... [Seguir leyendo]

1. Compuesto de aleación de hierro, que comprende:

Un porcentaje atómico de Mn del 1-5 %, un porcentaje atómico de Cr del 15-25 %, un porcentaje atómico de 5 Mo del 1-10 %, un porcentaje atómico de W del 1-5 %, un porcentaje atómico de B del 10-20 %, un porcentaje atómico de C del 0, 1-10 %; un porcentaje atómico de Si del 1-5 %; un porcentaje atómico de Nb del 0, 01-6 % y un porcentaje atómico de Fe de.

4. 65 %, donde los porcentajes son relativos con respecto a la composición total de la aleación;

Presentando dicho compuesto de aleación de hierro una temperatura de cristalización superior a 553º C y mostrando una imagen de retrodifusión de un microscopio electrónico que contiene tan sólo una estructura a escala microestructural que comprende las fases definidas por la difracción de rayos x como

1. α-Fe y/o γ-Fe, y 15

2. fases de carburo de boro que comprenden M23 (BC) 6 o M7 (BC) 3.

2. El Compuesto de aleación de hierro de la reivindicación 1, que presenta una temperatura de cristalización superior a 675º C.