Descripció del projecte
En el marc de la pulvimetal·lúrgia es defineix com a aliatge mestre (o master alloy, MA) una pols metàl·lica amb alt contingut d’elements d’aliatge i que s’utilitza com a principal vehicle d’adició d’aquests elements en polsos d’acer. Els aliatges mestres s’addicionen a la pols d’acers durant el procés de mescla per tal d’obtenir la composició química, les propietats mecàniques i la microestructura desitjades.
El concepte d’aliatge mestre sorgeix a la dècada dels anys 70 com a medi per incorporar elements sensibles a l’oxidació (Mn, Si, Cr, V…), interessant en la indústria pel seu efecte en la trempabilitat i el seu baix cost, però amb tendència a formar òxids estables que afecten a la difusió durant l’etapa del sinteritzat. Avui en dia, aquesta problemàtica se soluciona afegint aquests elements d’aliatge amb d’altres amb menys afinitat amb l’oxigen aliant-los per solució sòlida, que dóna lloc als coneguts com a pols prealiats. L’aliatge mestre presenta, front als pols prealiats, una sèrie d’avantatges entre els quals s’inclouen: es manté la compressibilitat característica del Fe sense aliar, aporta flexibilitat a l’hora d’escollir la composició final de l’acer i permet la reducció de costos al afegir baixos continguts de pols de MA a la pols base.
L’objectiu del projecte, per una banda, consisteix en el disseny de composicions d’aliatges mestres en el que s’estudia el rol de cada element d’aliatge present en la MA així com l’efecte combinat d’aquests en relació als acers prealiats existents. Per altra banda, la implementació d’aquests aliatges mestres en el procés industrial de premsat i sinteritzat del grup AMES. Aquest desenvolupament suposa el posicionament diferencial del grup AMES i els seus productes al oferir una alternativa amb valor afegit sobre el mercat actual dels acers sinteritzats.
Dins del camp dels aliatges mestres, AMES presenta dues línies de recerca obertes, cadascuna amb els seus reptes:
– Composicions base FeMnC en el marc de les MA dissolutives, on es busquen alts graus de solubilitat entre els elements d’aliatge i el Fe amb l’objectiu de modificar la composició dels punts adjacents a les partícules de MA i crear microestructures heterogènies amb fases de no equilibri. Aquestes busquen augmentar la trempabilitat i les propietats mecàniques de l’acer front a altres vies d’aliatge en pulvimetal·lúrgia. L’èmfasi d’aquesta línia de recerca se centra en el disseny i introducció industrial d’aquests aliatges per a competir així amb polsos amplament utilitzats en la industria.
– Composicions base FeCuMn en el marc de les MA no dissolutives, que busquen la formació d’una fase líquida amb baixa solubilitat de Fe amb l’objectiu d’obtenir una bona capacitat de distribució del líquid entre partícules i límits de gra. Aquestes fases líquides actuen com a vies de distribució d’elements d’aliatge al llarg de tota l’àrea superficial de la pols de Fe i, per tant, actuen com a homogeneïtzadors de la microestructura i composició química de l’acer. L’objectiu en aquest cas és la millora del control dimensional durant la fase de sinterització, on altres aliatges basats en el Cu presenten nivells de variació dimensional no desitjats. L’interès d’aquesta línia de recerca radica en generar un coneixement científic sobre els diferents elements d’aliatge i el seu efecte (en conjunt i individual) en la generació i el comportament de fases líquides transitòries durant el procés de sinterització.
Per a la realització d’aquest projecte de doctorat industrial, esdevenen una sèrie d’aspectes a desenvolupar:
– Es busca ampliar el coneixement metal·lúrgic que envolta l’ús d’elements d’aliatge com ara el manganès, el silici o el crom, que aporten propietats mecàniques interessants als acers però que veuen limitada la seva introducció en forma de pols donada la seva afinitat amb l’oxigen i la disminució de la compressibilitat dels polsos que els contenen.
– Es vol desenvolupar una metodologia de disseny d’aliatges mestres que sigui eficient, efectiva i compatible amb els mètodes i temps de la industria. La metodologia CALPHAD s’eleva com a principal solució per al desenvolupament d’aquest aspecte.
– Per últim, i un cop desenvolupats els anterior punts, es busca optimitzar les condicions de sinterització que permetin assolir les propietats més favorables al menor cost. L’etapa d’industrialització recull factors com l’optimització de la mida i distribució de partícules; l’estudi en forns industrials per a la determinació de les condicions ideals de temperatura, atmosfera o distribució dins d’aquest; i l’estudi dels tractaments tèrmics, químics o mecànics posteriors al procés de sinterització.
