Araya Rivera, Nicolás IgnacioLascano Farak, Sheila KatherineOropesa Marquez, Yovany2026-09-032026-09-032026https://repositorio.udec.cl/handle/11594/14488Tesis presentada para optar al grado de Doctor/a en Ciencia e Ingeniería de Materiales.Los cermets basados en Fe–SiC constituyen una alternativa promisoria a los materiales convencionales WC–Co para aplicaciones sometidas a desgaste abrasivo. Su interés radica no solo en el menor costo y la mayor disponibilidad del Fe y el SiC, sino también en la posibilidad de combinar la elevada dureza y estabilidad química del refuerzo cerámico con la capacidad de deformación y procesamiento de una matriz metálica basada en Fe. Su potencial como material antidesgaste requiere alcanzar una alta densificación y un balance entre resistencia mecánica y tenacidad a la fractura, manteniendo la continuidad de la matriz metálica, la retención del SiC y la estabilidad de la interfaz Fe–SiC. Estas características dependen de las condiciones de procesamiento, que controlan la consolidación, la evolución microestructural y las reacciones interfaciales y, en consecuencia, las propiedades mecánicas y tribológicas del material. En este contexto, el objetivo de esta investigación fue evaluar la influencia de las rutas de sinterización Hot Pressing (HP) y Spark Plasma Sintering (SPS) sobre cermets Fe–50 % p/p SiC, estableciendo la relación entre procesamiento, densificación, microestructura, propiedades mecánicas y resistencia al desgaste. Para ello, se fabricaron cermets empleando diferentes distribuciones granulométricas de hierro, temperaturas y condiciones de sinterización. La caracterización incluyó densificación mediante los métodos geométrico, de Arquímedes y análisis de imágenes, microscopía óptica y electrónica de barrido con EDS, difracción de rayos X, espectroscopía Raman, nanoindentación, dureza, tenacidad a la fractura y desgaste abrasivo. En HP, la distribución bimodal del hierro mejoró el empaquetamiento de los polvos, favoreciendo la continuidad de la matriz metálica y reduciendo la porosidad residual. La condición HP50G10Fe30, seleccionada por presentar el mejor balance entre densificación, continuidad de matriz y propiedades mecánicas dentro del dominio experimental evaluado, alcanzó una densificación por Arquímedes de 84,12 %, una dureza de 3,35 GPa y una tenacidad a la fractura de 5,49 MPa·√m. En SPS, el incremento de la temperatura hasta 900 °C, combinado con presión uniaxial y corriente pulsada, favoreció la consolidación, alcanzándose en SPS-Fe59001/1 una densificación por Arquímedes de 90,39 %, una microdureza de 3,91 GPa, una macrodureza de 4,13 GPa y una tenacidad a la fractura de 7,02 MPa·√m, con baja formación de grafito. La caracterización microestructural evidenció que la respuesta mecánica depende de la continuidad de la matriz metálica, la porosidad residual y la evolución de la interfaz Fe–SiC, donde la formación de siliciuros de hierro y carbono libre modifica la transferencia de carga entre las fases. Los ensayos tribológicos demostraron que la resistencia al desgaste no depende exclusivamente de la densificación o la dureza, sino también de la estabilidad química y mecánica de la interfaz Fe–SiC. Aunque SPS alcanzó mayores valores de densificación y tenacidad a la fractura que HP, la condición procesada mediante HP presentó mayor resistencia al desgaste, evidenciando que el desempeño tribológico no puede predecirse a partir de estas propiedades consideradas de manera aislada. En consecuencia, los parámetros de procesamiento mediante HP y SPS controlan la densificación, la evolución microestructural y la estabilidad interfacial y, con ello, las propiedades mecánicas y el comportamiento frente al desgaste de los cermets Fe– 50 % p/p SiC. Estos resultados aportan criterios para su diseño y optimización como alternativa potencial a los cermets convencionales WC–Co.Fe–SiC-based cermets represent a promising alternative to conventional WC–Co materials for applications subjected to abrasive wear. Their appeal lies not only in the lower cost and greater availability of Fe and SiC, but also in the possibility of combining the high hardness and chemical stability of the ceramic reinforcement with the deformability and processability of an Fe-based metallic matrix. Their potential as wear-resistant materials requires achieving high densification and a balance between mechanical strength and fracture toughness, while maintaining metallic-matrix continuity, SiC retention, and Fe–SiC interfacial stability. These characteristics depend on the processing conditions, which control consolidation, microstructural evolution, and interfacial reactions and, consequently, the mechanical and tribological properties of the material. In this context, the objective of this research was to evaluate the influence of Hot Pressing (HP) and Spark Plasma Sintering (SPS) routes on Fe–50 wt.% SiC cermets by establishing the relationships among processing, densification, microstructure, mechanical properties, and wear resistance. To this end, cermets were fabricated using different iron particle-size distributions, temperatures, and sintering conditions. Characterization included densification measurements using geometric and Archimedes methods and image analysis; optical microscopy; scanning electron microscopy coupled with EDS; X-ray diffraction; Raman spectroscopy; nanoindentation; hardness; fracture toughness; and abrasive wear testing. For HP, the bimodal iron particle-size distribution improved powder packing, promoting metallic-matrix continuity and reducing residual porosity. The HP50G10Fe30 condition, selected because it exhibited the best balance among densification, matrix continuity, and mechanical properties within the experimental domain evaluated, achieved an Archimedes densification of 84.12%, a hardness of 3.35 GPa, and a fracture toughness of 5.49 MPa·√m. For SPS, increasing the temperature to 900 °C, combined with uniaxial pressure and pulsed electric current, promoted consolidation. The SPS-Fe59001/1 condition achieved an Archimedes densification of 90.39%, a microhardness of 3.91 GPa, a macrohardness of 4.13 GPa, and a fracture toughness of 7.02 MPa·√m, with limited graphite formation. Microstructural characterization showed that the mechanical response depends on metallic-matrix continuity, residual porosity, and the evolution of the Fe–SiC interface, where the formation of iron silicides and free carbon modifies load transfer between the phases. Tribological testing demonstrated that wear resistance does not depend exclusively on densification or hardness, but also on the chemical and mechanical stability of the Fe–SiC interface. Although SPS achieved higher densification and fracture toughness values than HP, the HP-processed condition exhibited greater wear resistance, demonstrating that tribological performance cannot be predicted from these properties when considered individually. Consequently, HP and SPS processing parameters control densification, microstructural evolution, and interfacial stability and, therefore, the mechanical properties and wear behavior of Fe–50 wt.% SiC cermets. These results provide criteria for their design and optimization as a potential alternative to conventional WC– Co cermets.esCC BY-NC-ND 4.0 DEED Attribution-NonCommercial-NoDerivs 4.0 InternationalMetales cerámicosMateriales AnálisisDesgaste mecánicoAbrasivosErosiónThesis