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I carburi κ sono una classe speciale di carburi metallici. Sono conosciuti per essere presenti negli acciai ad alto contenuto di manganese e alluminio, noti in letteratura come acciai inossidabili leggeri (lightweight stainless steels),[1] dove hanno la formula chimica (Fe, Mn)3AlC.[2]
Struttura
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I carburi κ cristallizzano nella struttura del tipo perovskite con il gruppo spaziale Pm 3 m (Nr. 221).[2] Questa struttura è stata rilevata con diffrazione di raggi X sia in leghe di acciaio contenenti precipitati di carburo κ ma anche su cristalli singoli di carburi k di manganese con una formula molecolare di Mn 3.1 Al 0.9 C e un parametro reticolare di a = 3.87Å .[3] Negli acciai dove sono possibili diverse disposizioni degli atomi, è stato osservato un effetto considerevole dell'ordinamento a corto raggio, ad esempio del ferro e del manganese, sulle proprietà microscopiche della lega .[4] Ciò è particolarmente importante per il ruolo di trappole dell'idrogeno in questa tipologia di acciai .[5]
Composizione
Un primo sguardo alla composizione di una lega di un acciaio ad alto manganese ed alluminio si puo' ottenere analizzando la sua superficie con la tecnica EDX .[3]
A seconda del contenuto degli elementi di lega dell'acciaio, possono formarsi diversi tipi di carburi κ. Si trovano sia negli acciai ferritici che austenitici (γ-Fe).[6] Gli elementi di lega tipici sono ferro, manganese, alluminio, carbonio e silicio .[2][7]
Magnetismo
Le misurazioni SQUID sul carburo Mn 3.1 Al 0.9 C policristallino hanno rivelato un comportamento ferromagnetico di questo carburo κ con una temperatura di Curie di 295 ± 13 K, un momento magnetico rimanente di 3,22 μ B e un campo coercitivo di 1,9 mT.[3] Le simulazioni DFT hanno confermato questi risultati e hanno indicato che altri carburi k si comportano in modo simile.[8]
I carburi κ si trovano tipicamente come precipitati negli acciai ad alte prestazioni.[9] Un esempio comune è l'acciaio TRIPLEX con la composizione generica Fe x Mn y Al z C contenente 18-28 % manganese, 9-12 % di alluminio e 0,7-1,2 % di carbonio (in massa %). È un acciaio ad alta resistenza e bassa densità costituito da una soluzione solida austenitica γ-Fe (Mn, Al, C), carburi κ di dimensioni nanometriche (Fe, Mn) 3 AlC 1-x e α-Fe (Al, Mn ) ferrite .[10] Altri acciai simili sono noti per la loro elevata duttilità .[4] I carburi κ sono generalmente formati da aree arricchite di carbonio attraverso la decomposizione spinodale e sono fattori chiave delle proprietà di questi acciai.[11] La bassa densità si ottiene ad esempio dopo un post-processo di laminazione a caldo .[6] Dopo il raffreddamento, si formano diversi domini di austenite e ferrite e si formano carburi k ai confini di questi domini. Il proseguimento del processo di raffreddamento porta ad una transizione di fase dell'austenite in ferrite ei carburi κ vengono rilasciati a seguito di una trasformazione eutettoide sotto forma di precipitato .[12]
I carburi κ possono avere un effetto rinforzante aggiuntivo sugli acciai perché possono funzionare come una trappola dell'idrogeno per contrastare l'infragilimento da idrogeno .[3] Le simulazioni Ab-initio DFT hanno dimostrato che l'idrogeno può occupare lo stesso sito del carbonio nei precipitati di carburo κ o in un sito reticolare interstiziale inizialmente vuoto. Con la presente, è stato riscontrato che un contenuto di Mn aumentato migliora il trapping H mediante interessanti interazioni a breve raggio. Il suddetto ordinamento a corto raggio di Fe e Mn nel carburo κ ha un'influenza significativa sulla forza di questo effetto.[5] Questo comportamento può essere utilizzato come metodo aggiuntivo per far fronte all'infragilimento da idrogeno che normalmente viene prevenuto minimizzando semplicemente il contatto tra metallo e idrogeno .[4] Dal punto di vista termodinamico, nel metodo Calphad, recentemente sono stati sviluppati alcuni database che, partendo dal modello del sistema binario[13], si stanno orientando a modelizzare le proprieta' delle leghe multicomponente Fe Al Mn C[14]; gli ultimi recenti sviluppi sono stati pubblicati nell'articolo[15]
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