CARACTERIZACIÓN ESTRUCTURAL Y PROPIEDADES MECÁNICAS DE ALEACIONES Al-Cu. PRIMEROS ESTUDIOS

RODRIGUEZ, CARLOS MARÍA; MARIO ROBERTO ROSENBERGER; SCHVEZOV, C. E.; ARES, A.E.

Rosario

Congreso; 11º Congreso Binacional de Metalurgia y Materiales SAM / CONAMET 2011; 2011

ISBN-CD-987-27308-0-2

Casi el 50% del peso total de los aviones comerciales corresponde al avión vacío, sin pasajerosni combustible. Por lo tanto, una reducción en el peso de los aviones puede aumentar el beneficio delas compañías aéreas de forma significativa. Por ello, se intenta utilizar materiales de baja densidad,como el Al. Sin embargo, el Al puro no es muy resistente a la deformación plástica. El cobre seañade a las aleaciones de aluminio para aumentar su dureza, su resistencia a la fatiga, a la deforma-ción y su maquinabilidad.Las fundiciones de aleaciones metálicas pueden presentar, o bien, estructuras de granos comple-tamente columnares o equiaxiales, dependiendo de la composición de la aleación y de las condicio-nes de solidificación. Una estructura más compleja y que se observa a menudo en fundiciones soli-dificadas desde la zona chill, es la compuesta por ambos tipos de granos [1]. Este modo de solidifi-cación, con ambos tipos de estructura, ocurre si los granos equiaxiales pueden nuclear y crecer en ellíquido adelante del avance del frente columnar, resultando en una transición desde la zona colum-nar a la zona equiaxial central de las fundiciones. Como fue sugerido en trabajos previos, la transi-ción de estructura columnar a equiaxial (TCE) se produce por la competencia entre el crecimientocolumnar y el equiaxial, está gobernada, principalmente por parámetros de la fundición tales comola composición, el sobrecalentamiento durante el vaciado, la densidad de núcleos presentes en ellíquido, la velocidad de enfriamiento de la interfase metal/molde y la convección en el líquido [2].Entre los diversos fenómenos presentes en un proceso de solidificación, uno de los más impor-tantes es el crecimiento dendrítico. Cuando una aleación metálica es solidificada, la morfología máscomún es la dendrítica. Generalmente, el crecimiento dendrítico resulta acompañado de microse-gregación de soluto, que afecta significativamente a las propiedades mecánicas del material. En elestudio de la microestructura dendrítica, uno de los principales parámetros es el espaciamiento entrelos brazos dendríticos, que puede ser clasificado como espaciamiento dendrítico primario, secunda-rio ó terciario. De acuerdo con Grugel [2], propiedades como la resistencia mecánica y la ductilidadson influenciadas por las dimensiones y continuidad de los brazos primarios, mientras que los bra-zos secundarios y terciarios permiten aislar las fases interdendríticas que pueden deteriorar el com-portamiento mecánico del material. Una manera interesante de estudiar el crecimiento dendrítico esestableciendo relaciones entre parámetros de solidificación y los parámetros obtenidos de los ensa-yos mecánicos con las dimensiones de la estructura de grano y dendrítica.En la presente investigación se realizan experiencias de solidificación unidireccional en aleacio-nes Al-Cu (entre Al-1%Cu y Al-33,2%Cu, porcentaje en peso) en un dispositivo que consta de unaunidad de calentamiento, sistemas de control y de adquisición de temperaturas y un sistema de ex-tracción calórica direccional (ver la Figura 1), a fin de obtener probetas que presenten la TCE. Lue-go de la solidificación direccional, las probetas fueron cortadas longitudinalmente y lijadas utilizan-do papeles de diferentes granulometrías (desde grado 60 hasta grado 1500) y luego pulidas con alú-mina de 1 Am. El ataque químico para revelar la macroestructura en las aleaciones con contenido deCu menor al 10% fue realizado con un reactivo que contiene 15 ml HF, 4,5 ml HNO3, 9 ml HCl y271,5 ml H2O a temperatura ambiente (25°C) y en el caso de las aleaciones con un contenido de Cumayor al 10% se utilizó 320 ml HCl, 160 ml HNO3 y 20 ml HF. La posición de la TCE fue locali-zada mediante observación visual y microscopía óptica, y la distancia desde la base de las muestrasfue medida con una regla. En la Figura 2 (a) se puede observar la macrografía de una experienciacon Al-1%Cu, mostrando las tres zonas de la probeta: columnar (base), TCE (medio) y equiaxial(arriba) y en la Figura 2 (b) una probeta de composición próxima al eutéctico (Al-30%Cu). Paraanalizar la microestructura, las probetas fueron atacadas con una solución conteniendo 1 gr deNaOH en 100 ml de H2O destilada, durante un tiempo de 15 a 30 segundos. El tamaño de granoequiaxial se mide siguiendo la norma estándar ASTM E112, utilizando intervalos iguales equiespa-ciados en las probetas. Similarmente, la región columnar se divide en intervalos y se mide directa-mente el ancho y la longitud de los granos columnares. Las mediciones de los espaciamientos den-dríticos se realizan utilizando la técnica de intercepción lineal, a distancias equiespaciadas de 1 cm a lo largo de las probetas.