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Análisis comparativo de dos compuestos de matriz metálica reforzada aplicados como recubrimientos duros
(Universidad Tecnológica Nacional, 2022-11-04) García Díaz, Carolina; Brandaleze, Elena; Benavidez, Edgardo; García, José Luis
Las aleaciones de matriz metálica base Fe se utilizan ampliamente en la ingeniería de superficies para proporcionar resistencia al desgaste de componentes cuyas superficies están sujetas a condiciones tribológicas severas. La dureza y la resistencia al desgaste de los recubrimientos se consiguen mediante la formación o el agregado de fases duras. El refuerzo de la matriz metálica con partículas duras como carburos metálicos o cementados, le confieren al material un aumento notable de la dureza y una mejora en el comportamiento al desgaste. Cuando existe presencia de estas partículas duras en estas aleaciones, el material se puede clasificar como “compuesto de matriz metálica reforzada con partículas” (CMMRP). En el presente trabajo se comparan los parámetros de deposición, la microestructura resultante, la microdureza y dureza de dos CMMRP, uno comercial (denominado aleación 0) y otro de formulación propia (aleación 1). Ambos CMMRP fueron depositados y consolidados a alta temperatura sobre un sustrato de acero. De los materiales de partida se analizó la distribución de tamaños de partículas (DTP) y las fases cristalográficas presentes por difracción de rayos X (DRX). La microestructura desarrollada en el sistema capa-sustrato fue observada por microscopía óptica. De acuerdo con las mediciones de dureza y microdureza, se concluye que las aleaciones presentan valores de un mismo orden y por lo tanto se podría esperar un rendimiento similar durante su uso.
Analysis of DTA and dilatometric data used to study the behaviour of a mould flux
(2019-06-01) Benavidez, Edgardo; Santini, Leandro; Brandaleze, Elena
In the present work a casting powder containing ≈ 36 wt% SiO2, ≈ 31 wt% CaO, 13 wt% Na2O, and 10 wt% CaF2, was used as starting material. A mass of 10 g of the mould powder was placed in a graphite crucible and melted at 1300°C. After 15 minutes at this temperature, the melt was poured onto a stainless steel inclined plate. By this method, solid glass layers were produced, which were sectioned into bars 10-15 mm in length to be used in dilatometric tests. Some of these bars were ground to powder to perform DTA runs. Both tests (DTA and dilatometry) were carried out at different heating rates: 5, 10 and 15 ºC/min, in air atmosphere, up to 900°C. Data of glass transition temperature (Tg), and crystallization peak temperature (Tc) were obtained from DTA and dilatometric runs. From these data, several non-isothermal methods based on Kissinger, Augis-Bennet, Ozawa, and Cheng models, were used to study the crystallization kinetics. Based on these models, the activation energy of crystallization (E), the frequency factor () and the crystallization rate constant (k) were calculated. A subsequent study was followed to determine the Avrami exponent and the crystallized fraction. The crystallographic phases were determined by XRD and the microstructure of samples, treated between 400-900 ºC, was observed by optical and electronic microscopy.
Caracterización de aleaciones en polvo para deposición por plasma de arco transferido (PTA)
(Universidad de la República Uruguay, 2023-04-21) Brandaleze, Elena; Deacon, Enzo; Benavidez, Edgardo
En este trabajo, se presentan resultados de la caracterización realizada sobre dos materiales en polvo, constituidos por una mezcla de compuestos de dureza elevada acompañados por una liga metálica, con miras a ser utilizados en recubrimientos duros sobre dispositivos aplicados en herramientas de maquinarias agrícolas. En este caso las piezas finales requieren principalmente de alta resistencia mecánica (al desgaste y la abrasión) en contacto con el suelo tanto como resistencia a la corrosión. En este estudio se contemplan dos polvos: P1 (base Fe) y P2 (base Ni). Para establecer si poseen la granulometría adecuada, se determina la curva granulométrica empleando la tecnología de difracción láser. Estos resultados se correlacionan con observaciones de los polvos mediante microscopía óptica. También, se determina la composición química y se identifican las fases cristalinas presentes en cada material mediante difracción de rayos X. El comportamiento térmico se evalúa mediante análisis térmico diferencial DTA-TG. La evolución de las fases durante el enfriamiento del recubrimiento se predice mediante simulación termodinámica (utilizando condiciones de no equilibrio) empleando el software Fact Sage 8.1. Los resultados del trabajo permiten verificar que ambos polvos son aptos para realizar recubrimientos por PTA a nivel industrial sobre piezas de acero al boro, para uso en la maquinaria agrícola. Además, la caracterización realizada ha proporcionado información de gran utilidad acerca del comportamiento térmico de los polvos y de la evolución de las fases durante el enfriamiento del recubrimiento.
Correlación entre viscosidad y estructuras vítreas obtenidas a partir de polvos coladores fundidos
(Universidad Nacional de Rosario, 2019-10-01) Santini, Leandro; Desimone, Mariela; Benavidez, Edgardo; Brandaleze, Elena
En el presente trabajo se analiza, por medio de difracción de rayos X (DRX) y espectroscopia Raman, la estructura de tres polvos coladores comerciales, obtenidos por enfriamiento rápido (templado) desde la fusión (1300°C). El análisis de la estructura es asociado a valores de viscosidad (método del cilindro rotativo) y fluidez (método del plano inclinado) obtenidos a 1300°C.
Diseño de un dispositivo de molienda mecánica para polvos compuestos de matriz metálica
(Universidad de la República Uruguay, 2023-04-21) García Díaz, Carolina; Benavidez, Edgardo; García, José Luis; Brandaleze, Elena
En este trabajo, se presentan resultados de la caracterización realizada sobre dos materiales en polvo, constituidos por una mezcla de compuestos de dureza elevada acompañados por una liga metálica, con miras a ser utilizados en recubrimientos duros sobre dispositivos aplicados en herramientas de maquinarias agrícolas. En este caso las piezas finales requieren principalmente de alta resistencia mecánica (al desgaste y la abrasión) en contacto con el suelo tanto como resistencia a la corrosión. En este estudio se contemplan dos polvos: P1 (base Fe) y P2 (base Ni). Para establecer si poseen la granulometría adecuada, se determina la curva granulométrica empleando la tecnología de difracción láser. Estos resultados se correlacionan con observaciones de los polvos mediante microscopía óptica. También, se determina la composición química y se identifican las fases cristalinas presentes en cada material mediante difracción de rayos X. El comportamiento térmico se evalúa mediante análisis térmico diferencial DTA-TG. La evolución de las fases durante el enfriamiento del recubrimiento se predice mediante simulación termodinámica (utilizando condiciones de no equilibrio) empleando el software Fact Sage 8.1. Los resultados del trabajo permiten verificar que ambos polvos son aptos para realizar recubrimientos por PTA a nivel industrial sobre piezas de acero al boro, para uso en la maquinaria agrícola. Además, la caracterización realizada ha proporcionado información de gran utilidad acerca del comportamiento térmico de los polvos y de la evolución de las fases durante el enfriamiento del recubrimiento.
Failure caused by multiple mechanisms that produce a premature localized wear of a steel ladle slag line
(Research Waves Ltd., 2020-08-30) Brandaleze, Elena; Benavidez, Edgardo
A post mortem MgO-C brick of a steel ladle (slag line) was studied to identify the main causes of a localized wear, produced at initial taps. The extreme low thickness of the lining provokes ladle removed from service. In addition, slag infiltration into the upper horizontal joint promotes corrosion. The slag line presents cracks with a propagation pattern considerably parallel to the hot face. In order to identify the wear mechanisms, the results of the postmorten study were compared with information of the characterization of one brick without use.
Formación de fases en compuestos de matriz metálica base hierro reforzada con carburos
(Centro Científico Tecnológico CONICET Mar del Plata, 2022-05-06) García Díaz, Carolina; Brandaleze, Elena; Benavidez, Edgardo; García, José Luis
En el presente trabajo, se diseñaron dos compuestos de matriz metálica reforzada con partículas (CMMRP), denominados A y B, de bajo punto de fusión mediante modelado termodinámico con el software FactSage, teniendo en cuenta materias primas disponibles en la región (Sudamérica). Ambos compuestos están constituidos por un 65% en peso de matriz metálica base hierro y un 35% en peso de fase reforzante. El refuerzo del compuesto A es un carburo cementado (WC-10Co), mientras que el refuerzo del compuesto B es un carburo metálico (NbC). Las modelizaciones se realizaron en atmosfera oxidante y se compararon con las obtenidas en atmosfera protectora, para evaluar diferencias en las temperaturas de solidus. Las materias primas de cada CMMRP fueron mezcladas y molidas en un molino de bolas convencional con el propósito de homogeneizar los tamaños de partícula y obtener mezclas mecánicas. Se realizaron ensayos de ATD/TG en atmósfera oxidante hasta 1200ºC, HSM (microscopía en temperatura) en atmósfera oxidante hasta 1300ºC y DRX para cada aleación. Los resultados de los ensayos de ATD/TG muestran en ambos compuestos un aumento significativo de masa debido a la oxidación de los elementos que los constituyen. La información obtenida se correlaciona con los resultados del ensayo de HSM, donde se puede observar en el rango de 500–900ºC un aumento abrupto del volumen de las muestras debido a los gases liberados producto de la oxidación acentuada. Del análisis de DRX de los compuestos luego del ensayo de ATD/TG y las modelizaciones en atmósfera oxidante, se constata la formación de óxidos y la degradación del refuerzo de carburos en ambos materiales.
Medición de viscosidad de escorias a altas temperaturas y su impacto sobre la eficiencia de los procesos pirometalúrgicos
(Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería, 2021-09-17) Santini, Leandro; Benavidez, Edgardo; Brandaleze, Elena
El presente trabajo presenta resultados de mediciones de viscosidad de escorias utilizadas en el proceso de colada continua de aceros de ultra bajo contenido de carbono (ULC) en el rango de 1200°C a 1350°C, empleando un viscosímetro de cilindro rotativo de diseño propio. Los valores obtenidos se comparan con datos estimados a partir de modelos teóricos en las mismas condiciones de temperatura, permiten establecer el grado de acierto asociado a cada modelo de cálculo y seleccionar la escoria más adecuada para optimizar la eficiencia del proceso pirometalúrgico. Los resultados obtenidos, están en buen acuerdo con las predicciones teóricas y son validados por los parámetros de calidad relevados a partir de las condiciones del proceso.
Parámetros asociados a la viscosidad de materiales vítreos: caso de escorias siderúrgicas
(Universidad Nacional de La Plata, 2022-11-18) Benavidez, Edgardo; Santini, Leandro; Valentini, Marcelo; Brandaleze, Elena
En el presente trabajo se analiza la relación de la longitud de las capas obtenidas en los ensayos de plano inclinado con la viscosidad teórica (T), estimada a partir de la composición química de las distintas escorias. Los valores de Lc también son relacionados con otros parámetros determinados a partir de las capas de vidrio obtenidas tras el templado desde 1300ºC. Los parámetros seleccionados fueron: la temperatura de transición vítrea (Tg), la temperatura de ablandamiento dilatométrico (Ts), el coeficiente de dilatación térmica lineal () y el coeficiente de dilatación medio determinado a la temperatura de transición vítrea (g).
Relación entre propiedades térmicas y mecánicas con la viscosidad de escorias usadas en el colado de aceros
(Universidad de la República Uruguay, 2023-04-21) Benavidez, Edgardo; Santini, Leandro; Valentini, Marcelo; Brandaleze, Elena
En el presente trabajo se determina la fluidez de diversas escorias de molde, con y sin flúor, a la temperatura de 1300ºC, por medio del método del plano inclinado. Las capas sólidas obtenidas tras el enfriamiento rápido fueron estudiadas por diferentes técnicas de caracterización. El grado de fluidez en el estado fundido es relacionado con varias características del material en estado sólido, como ser: temperatura de transición vítrea (Tg), coeficiente de expansión térmica lineal (), capacidad calorífica a presión constante (Cp) y microdureza Vickers (Hv). Los resultados indican que si se trabaja separadamente en dos grupos: composiciones con flúor (CF) y composiciones sin flúor (SF), se puede relacionar las propiedades térmicas y mecánicas determinadas cuando el material se encuentra en estado sólido (hasta alrededor de 600ºC) con la fluidez, o la viscosidad, de estas escorias en el estado fundido (1300ºC). Se realiza una interpretación a este comportamiento a partir de considerar que la viscosidad (a 1300 ºC) se asocia a la intensidad en sus enlaces y al grado de complejidad de la estructura vítrea; así, a menores temperaturas, con el material en estado sólido, se debería manifestar generando distintos valores de las propiedades térmicas y mecánicas.
Replacement of fluorine in mould powders: influence on the crystallization kinetics
(Springer, 2019-06-01) Benavidez, Edgardo; Santini, Leandro; Brandaleze, Elena
In the present work mould powders were prepared using different raw materials. One powder was fluorine-containing and the others were free-F. The total fluorine content (approx. 10 wt%) was replaced by different percentages of boron, sodium and lithium oxides. Fluorspar (CaF2), borax anhydrous (Na2B4O7), and lithium carbonate (Li2CO3) were employed as source of fluorine, boron, and lithium, respectively. These powders were milling during 2 hours, then were melted at 1300°C and finally fast cooled onto a stainless steel plate. The amorphous solid layers as obtained were milling to produce glass powders which were tested by DTA at different heating rates: 5, 10, and 15°C/min. Several non-isothermal methods (Kissinger, Augis-Bennet, Ozawa, Cheng) were applied to study their kinetics of crystallization. From these models, different parameters associated to crystal growth, such as the activation energy (Ec), the frequency factor () and the nucleation rate (kc), were determined. Crystallographic phases and crystal size distribution were determined by X-ray diffraction and microscopic observation techniques.
Structural evolution of a Al2O3-MgOxAl2O3 castable in the range 1000-1600ºC
(The American Ceramic Society, 2022-07-28) Benavidez, Edgardo; Brandaleze, Elena
Thermal and structural characteristics of an alumina-spinel castable (containing 2.5 wt.% CaO) was studied. The specimens were cast (8.0 wt.% water), cured in air at ambient temperature (48 h), then dried at 100°C (24 h) and prefiring at 500°C (3 h). Thermal behavior was analyzed by dilatometries at constant heating rate (5°C/min) up to 1600°C, and at constant temperature (range: 1000-1500°C). Crystallographic phases were determined by XRD and microstructures were analyzed by SEM/EDS. Specimens heat treated at 1000°C and 1200°C showed Al2O3 (A) and MgAl2O4 (MA) as main phases. Between 1200-1300°C, the 2Al2O3CaO (CA2) formation is promoted. Calcium hexaluminate 6Al2O3CaO (CA6) is detected from 1400°C. The presence of CA6 increases at 1500°C and 1600°C. From dilatometric curve, in the range 1000-1600°C, expansion and shrinkage alternative zones were observed. This behavior is associated to (i) the CA2 and CA6 formation, and (ii) the sintering/densification of ceramic grains with probable liquid assistance. Thus, considering the temperature profile, generated in service, through this material, both the formation of CA2 and CA6 and the sintering evolution during the first hours, lead to volumetric contractions and expansions in different zones. These volumetric changes generate mechanical stresses that can cause faults in the material.
Structural evolution of an Al2O3-MgO•Al2O3 castable in the range 1000-1600°C
(Mind Authors Inc., 2020-11-10) Benavidez, Edgardo; Brandaleze, Elena
Thermal and structural characteristics of an alumina-spinel castable (containing 2.5 wt.% CaO) was studied. The specimens were cast (8.0 wt.% water), cured in air at ambient temperature (48 h), then dried at 100°C (24 h) and prefiring at 500°C (3 h). Thermal behavior was analyzed by dilatometries at constant heating rate (5°C/min) up to 1600°C, and at constant temperature (range: 1000-1500°C). Crystallographic phases were determined by XRD and microstructures were analyzed by SEM/EDS. Specimens heat treated at 1000°C and 1200°C showed Al2O3 (A) and MgAl2O4 (MA) as main phases. Between 1200-1300°C, the 2Al2O3∙CaO (CA2) formation is promoted. Calcium hexaluminate 6Al2O3∙CaO (CA6) is detected from 1400°C. The presence of CA6 increases at 1500°C and 1600°C. From dilatometric curves, alternating expansion contraction zones were observed in the range 1000-1600°C. This behavior is associated to (i) the CA2 and CA6 formation, and (ii) the sintering/densification of ceramic grains with probable liquid phase assistance. Thus, considering the temperature profile, generated in service, through this material, both the formation of CA2 and CA6 and the sintering evolution during the first hours, lead to volumetric contractions and expansions in different zones. These volumetric changes generate mechanical stresses that can cause faults in the material.
Structure-viscosity relationship in mold fluxes using spectroscopy techniques
(Mind Authors Inc.) Benavidez, Edgardo; Santini, Leandro; Piotto, Ana; Brandaleze, Elena
In this work, glassy layers of three commercial mold fluxes were obtained by quenching from 1300°C. These layers were characterized by XRD, Raman and XPS spectroscopy. The viscosity of these materials, measured between 1250-1350°C, were associated with a polymerization index of the silicate networks determined by the deconvolution of the Raman peak between 800-1200 cm-1. The higher content of sodium (Na) and fluorine (F), forming Si-O-Me links (Me = F, Na) it is associated to a lower activation energy of viscous flow. From the analysis of XPS spectra it is proposed that, in addition to Si-O-Na, other species such as Si-O-Ca-F are formed.
Thermal analysis techniques applied to study wear mechanisms of black refractories used in the steel continuous casting process
(Springer, 2019-06-01) Brandaleze, Elena; Benavidez, Edgardo
In this paper, the results are correlated with information obtained through conventional techniques such as optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM) including EDS analysis and EBSD, that are used to characterize different structural aspects on the refractory material and of the interface with the moud flux adhered on the nozzle. The thermodynamic simulation of the corrosion also contribute with relevant information associated to the main goal of this paper. By the thermochemical simulations, the chemical reactions in the system between nozzle and mold flux are justified. All this information is useful to stablish the coorrosion mechanisms and to predict the dynamic process conditions that cause the damage in the refractory material, in order to improve the nozzle performance.
Viscosidad de polvos coladores: comparación entre valores experimentales y modelos teóricos
(Universidad Nacional de Rosario, 2019-10-01) Santini, Leandro; Martin, Alejandro; Benavidez, Edgardo; Brandaleze, Elena
En este trabajo se presenta el desarrollo, montaje y puesta en servicio de un equipo para realizar mediciones de viscosidad a altas temperaturas. En particular, se mide la viscosidad de tres polvos coladores comerciales formulados para el colado de aceros ULC identificados como C1, C2 y C3, por el método del cilindro rotativo en el rango de temperatura comprendido entre 1100°C y 1350°C. Los resultados se comparan con modelos teóricos de aplicación industrial, con cálculos termodinámicos empleando el software FactSage 7.2 y con la fluidez evaluada mediante el ensayo del plano inclinado.

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