Estudio cinético de la formación de fases laves en cavidades a través de tratamientos térmicos superficiales para aplicaciones de auto-reparación en aceros de alto cromo.
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Date
2026
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Universidad de Concepción
Abstract
Los aceros ferríticos de alto cromo (9-12% Cr) son materiales fundamentales en la infraestructura energética global; sin embargo, su vida útil se ve limitada por el daño por termofluencia (creep). Como estrategia de mitigación, el concepto de autosanación (self-healing) propone el relleno autónomo de micro cavidades de termofluencia mediante la precipitación selectiva de fases intermetálicas, siendo la fase Laves un candidato prometedor por su estabilidad térmica y expansión volumétrica.
El presente trabajo evalúa la cinética de formación de la fase Laves en superficies libres, simulando las condiciones termodinámicas de una cavidad, con el objetivo de validar su potencial como agente sanante. Para ello, se diseñaron tres aleaciones ferríticas modelo (C1, C2 y C3) enriquecidas con elementos promotores de la fase Laves, las cuales fueron sometidas a tratamientos térmicos superficiales a 650°C por tiempos de 12, 24 y 30 horas en atmósfera de argón. La caracterización se realizó mediante microscopía electrónica de barrido (MEB), espectroscopía de dispersión de energía (EDS) siendo los resultados analizados con el apoyo de modelación termodinámica (ThermoCalc).
Los resultados validaron que el tratamiento superficial acelera significativamente la cinética de precipitación, alcanzando etapas de crecimiento y engrosamiento en tiempos menores en comparación con el envejecimiento en volumen. Se identificó exitosamente la fase Laves en las aleaciones C1 y C3, caracterizada por una morfología laminar y enriquecimiento en W/Mo y Si, concordante con las predicciones termodinámicas. Un hallazgo crítico fue la identificación de un mecanismo de nucleación heterogénea cooperativa, donde los carbonitruros ricos en Nb (tipo MX) actuaron como sitios preferenciales para la nucleación de la fase Laves, fenómeno atribuido a la relajación de energía elástica y alta difusividades propias de la superficie libre. Adicionalmente, se determinó que la pureza de la atmósfera inerte es un parámetro de control crítico, dado que la contaminación por oxígeno (observada en la aleación C2) inhibe la precipitación intermetálica deseada. En conclusión, la metodología propuesta permite predecir cualitativamente el potencial de autosanación, confirmando que la superficie libre actúa como un catalizador cinético que desbloquea mecanismos de precipitación complejos viables para la reparación de daño por termofluencia.
Description
Tesis presentada para optar al título de Ingeniero/a Civil de Materiales.
Keywords
Catalizadores, Acero, Cinética química