Los carburos κ son una clase especial de estructuras de carburo . Son más conocidos por aparecer en aceros que contienen manganeso y aluminio, donde tienen la fórmula molecular (Fe,Mn).
3AlC . [1]
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Los carburos κ cristalizan en el tipo de estructura de perovskita con el grupo espacial Pm 3 m (Nr. 221). [2] Esta estructura se determinó, entre otras cosas, mediante mediciones XRD en aleaciones de acero que contienen precipitados de carburo κ, pero también en monocristales de carburos κ de manganeso con una fórmula molecular de Mn 3,1 Al 0,9 C y un parámetro de red de a =3,87Å . [3] En aleaciones de acero donde son posibles diversas disposiciones de los átomos, se ha observado un efecto considerable del ordenamiento de corto alcance, por ejemplo del hierro y el manganeso, sobre las propiedades microscópicas de la aleación . [4] Esto es especialmente importante por su función como trampas de hidrógeno en los aceros . [5]
Se logra un primer vistazo a la composición de una aleación de acero analizando su superficie con la técnica EDX . [3]
Dependiendo del contenido de elementos de aleación del acero , se pueden formar diferentes tipos de carburos κ. Se encuentran tanto en aceros ferríticos (α-Fe) como austeníticos (γ-Fe). [1] Los elementos de aleación típicos son hierro , manganeso , aluminio , carbono y silicio . [2] [6]
Las mediciones de SQUID en Mn 3,1 Al 0,9 C policristalino revelaron un comportamiento ferromagnético suave de este carburo κ con una temperatura de Curie de 295 ± 13 K, un momento magnético remanente de 3,22 μ B y un campo coercitivo de 1,9 mT. [3] Las simulaciones DFT confirmaron estos hallazgos e indicaron que otros carburos κ se comportan de manera similar. [7]
Los carburos κ se encuentran típicamente como precipitados en aceros de alto rendimiento. [8] Un ejemplo común es el acero TRIPLEX con la composición genérica Fe x Mn y Al z C que contiene 18-28 % de manganeso , 9-12 % de aluminio y 0,7-1,2 % de carbono (en % en masa). [9] Es un acero de alta resistencia y baja densidad que consiste en una solución sólida austenítica γ- Fe (Mn, Al, C) , carburos κ de tamaño nanométrico (Fe, Mn).
3AlC
1xy ferrita α– Fe(Al,Mn) . [9] Otros aceros similares son conocidos por su alta ductilidad . [4] Los carburos κ generalmente se forman a partir de áreas enriquecidas en carbono mediante descomposición espinodal y son determinantes clave de las propiedades de estos aceros. [10] La baja densidad se obtiene, por ejemplo, después de un proceso posterior de laminación en caliente . [1] Al enfriarse, se forman diferentes dominios de austenita y ferrita y se forman carburos κ en los límites de estos dominios. [11] La continuación del proceso de enfriamiento conduce a una transición de fase de austenita a ferrita y los carburos κ se liberan como resultado de una transformación eutectoide en forma de precipitado . [11]
Los carburos κ pueden tener un efecto de fortalecimiento adicional en los aceros [5] porque pueden funcionar como una trampa de hidrógeno para contrarrestar la fragilización por hidrógeno . [3] Las simulaciones ab-initio DFT han demostrado que el hidrógeno puede ocupar el mismo sitio que el carbono en los precipitados de carburo κ o un sitio de la red intersticial inicialmente vacío. Por la presente, se encontró que un mayor contenido de Mn mejora la captura de H mediante interacciones atractivas de corto alcance. El ordenamiento de corto alcance mencionado anteriormente de Fe y Mn en el carburo κ tiene una influencia significativa en la fuerza de este efecto. [5] Este comportamiento se puede utilizar como un método adicional para hacer frente a la fragilización por hidrógeno , que normalmente se evita simplemente minimizando el contacto entre el metal y el hidrógeno . [4]