Transiciones estructurales en aleaciones Fe-Mn-Cr.

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En este trabajo se presenta un estudio acerca de las transiciones estructurales en aleaciones Fe-Mn-Cr. En particular se estudió el efecto que tiene la composición química de las aleaciones sobre las temperaturas de transformación martensítica y las de ordenamiento magnético. También se estudiaron l...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal: Guerrero Salazar, Lina M.
Formato: Tesis NonPeerReviewed
Lenguaje:Español
Publicado: 2015
Materias:
Física
Física de materiales
Alloys
Aleaciones
[Structural transitions
Transiciones estructurales
Martensitic transformation
Transformación martensítica
Shape memory
Memoria de forma]
Acceso en línea:http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/521/2/1Guerrero_Salazar.pdf
Aporte de:
Repositorio Institucional Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro (RICABIB) de Instituto Balseiro
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description En este trabajo se presenta un estudio acerca de las transiciones estructurales en aleaciones Fe-Mn-Cr. En particular se estudió el efecto que tiene la composición química de las aleaciones sobre las temperaturas de transformación martensítica y las de ordenamiento magnético. También se estudiaron las variaciones de las temperaturas de transformación estructural con el ciclado térmico a través de la transformación. Para ello se fabricaron aleaciones con un rango de composición entre el 2,6 wt.% y el 10,7 wt.% de Cr y entre el 13 wt.% y el 27,88 wt.% de Mn a las que se les realizó un estudio experimental utilizando las técnicas de medición de resistividad eléctrica y dilatometría. De esta forma fue posible medir las temperaturas de transformación martensítica (M_s y A_s) y de ordenamiento antiferromagnético de la fase fcc (T_N). Se encontró que en aleaciones con contenidos entre 2,6 wt.% y 10,7 wt.% de Cr y 20 wt.% y 23 wt.% de Mn, el ordenamiento magnético ocurre a temperaturas cercanas a las de transformación martensítica (M_S ≈ T_N) y luego de realizar varios ciclos de transformación/retransformación es posible separar estos fenómenos para medir correctamente T_N. En aleaciones con contenidos entre 2,6 wt.% y 10,66 wt.% de Cr y 13 wt.% y 20 wt.% de Mn, la transformación magnética ocurre a temperaturas inferiores a la transformación martensítica, en este caso se pudo hallar una expresión que describe el comportamiento casi lineal de M_S con el contenido de Cr y Mn siempre que se cumpla la condición (M_S > T_N). En estos casos, T_N no puede ser medida directamente, ni siquiera tras realizar ciclos térmicos. Se aplicó un procedimiento consistente en deformar las aleaciones a una temperatura superior a M_d, La temperatura Md se define como aquella por encima de la cual la fase austenítica al ser sometida a tensiones mecánicas, se deforma plásticamente sin transformar martensíticamente [1], lo cual induce una alta densidad de defectos cristalinos en fcc logrando eliminar la transformación martensítica en el enfriamiento. Así fue posible aislar el cambio de fases magnético y medir las T_N correspondientes. En muestras con concentraciones entre 6 wt.% y 12 wt.% de Cr y altos contenidos de Mn (del orden del 27 wt.%), la fase fcc se ordena a temperaturas superiores a la de transformación martensítica (M_S < T_N) y la variación de la M_S se aparta del comportamiento lineal. Este efecto, sumado al efecto que tienen los defectos cristalinos producidos por el ciclado térmico, hace que M_s disminuya hasta el punto de suprimir la transformación martensítica tras unos pocos ciclos térmicos. El efecto del ciclado sobre la temperatura M_S se refleja en una disminución de los valores medidos con cada transformación, mientras que en el caso de la temperatura AS los valores tienden a aumentar para las primeras transformaciones y luego tiende a un valor estable para las transformaciones subsiguientes.
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Para ello se fabricaron aleaciones con un rango de composición entre el 2,6 wt.% y el 10,7 wt.% de Cr y entre el 13 wt.% y el 27,88 wt.% de Mn a las que se les realizó un estudio experimental utilizando las técnicas de medición de resistividad eléctrica y dilatometría. De esta forma fue posible medir las temperaturas de transformación martensítica (M_s y A_s) y de ordenamiento antiferromagnético de la fase fcc (T_N). Se encontró que en aleaciones con contenidos entre 2,6 wt.% y 10,7 wt.% de Cr y 20 wt.% y 23 wt.% de Mn, el ordenamiento magnético ocurre a temperaturas cercanas a las de transformación martensítica (M_S ≈ T_N) y luego de realizar varios ciclos de transformación/retransformación es posible separar estos fenómenos para medir correctamente T_N. En aleaciones con contenidos entre 2,6 wt.% y 10,66 wt.% de Cr y 13 wt.% y 20 wt.% de Mn, la transformación magnética ocurre a temperaturas inferiores a la transformación martensítica, en este caso se pudo hallar una expresión que describe el comportamiento casi lineal de M_S con el contenido de Cr y Mn siempre que se cumpla la condición (M_S > T_N). En estos casos, T_N no puede ser medida directamente, ni siquiera tras realizar ciclos térmicos. Se aplicó un procedimiento consistente en deformar las aleaciones a una temperatura superior a M_d, La temperatura Md se define como aquella por encima de la cual la fase austenítica al ser sometida a tensiones mecánicas, se deforma plásticamente sin transformar martensíticamente [1], lo cual induce una alta densidad de defectos cristalinos en fcc logrando eliminar la transformación martensítica en el enfriamiento. Así fue posible aislar el cambio de fases magnético y medir las T_N correspondientes. En muestras con concentraciones entre 6 wt.% y 12 wt.% de Cr y altos contenidos de Mn (del orden del 27 wt.%), la fase fcc se ordena a temperaturas superiores a la de transformación martensítica (M_S < T_N) y la variación de la M_S se aparta del comportamiento lineal. Este efecto, sumado al efecto que tienen los defectos cristalinos producidos por el ciclado térmico, hace que M_s disminuya hasta el punto de suprimir la transformación martensítica tras unos pocos ciclos térmicos. El efecto del ciclado sobre la temperatura M_S se refleja en una disminución de los valores medidos con cada transformación, mientras que en el caso de la temperatura AS los valores tienden a aumentar para las primeras transformaciones y luego tiende a un valor estable para las transformaciones subsiguientes. This work presents a study on the structural phase transformations of Fe-Mn-Cr alloys. In particular, we have studied the effect of the alloys chemical composition on the fcc/hcp martensitic transformation temperatures and magnetic ordering temperatures. In addition, we have observed the variations of the structural transformation temperatures due to thermal cycling through the transformation. Alloys containing Cr between 2,6 wt.% and 10,7 wt.% Cr and Mn between 13 wt.% and 27,88 wt.% were prepared and studied by means of electrical resistivity and dilatometry experiments. In this way, martensitic transformation temperatures (M_s y A_s) and fcc phase antiferromagnetic ordering temperatures (T_N) were measured. We have found that in alloys containing between 2,6 wt.% and 10,7 wt.% Cr, and between 20 wt.% and 23 wt.% Mn the magnetic ordering reaction occurs at a temperature close to the martensitic transformation temperature (M_S ≈ T_N). These phenomena can be separated by performing several transformation and retransformation cycles which allows measuring T_N. In the case of alloys in the range between 2,6 wt.% and 10,66 wt.% Cr, and 13 wt.% to 20 wt.% Mn, the magnetic transformation temperatures are lower than the martensitic transition. Under these conditions (M_S > T_N) we found that the variation of the Ms temperature with Mn and Cr contents can be described by using a linear expression. In this alloy range, T_N cannot be directly measured, even after performing thermal cycles. A procedure was then applied that consists in deforming the samples at a temperature above M_d, this temperature is defined as above which the austenitic phase is plastically deformed without martensitic transformation when it’s subjected to mechanical stress [1], in order to induce a large density of crystalline defects in the fcc phase to suppress the martensitic transformation on cooling. The method allowed isolating the magnetic transition and measuring the corresponding T_N temperature. In the alloy range with Cr contents between 6 wt.% and 12 wt.%, and high Mn contents (around 27 wt.%), the fcc phase orders at temperatures higher than the martensitic transformation (M_S < T_N) and the variation of M_s is no longer linear. This effect, combined with the effect of the crystalline defects induced by thermal cycling, provokes a decrease in M_s, down to the point where the martensitic transformation is completely suppressed. The general effect of thermal cycling on the martensitic transformation temperature is reflected in a decrease of M_s temperature while the As temperature tend to be increased during the first transformations and to subsequently keep a stable value after some cycles. 2015-12-10 Tesis NonPeerReviewed application/pdf http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/521/2/1Guerrero_Salazar.pdf es Guerrero Salazar, Lina M. (2015) Transiciones estructurales en aleaciones Fe-Mn-Cr. / Structural transitions on Fe-Mn-Cr ALLOYS. Maestría en Ciencias Físicas, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro. http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/521/

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