Diseño y Construcción de un Equipo de Solidificación Direccional para el Estudio de la Convección Natural en Aleaciones Base Aluminio (Primeros Avances)

TIRADO MONTOYA JESÚS D.; ZADOROZNE NATALIA S.; ARES ALICIA E.

Posadas

Simposio; 4º SIMPOSIO MUNICIPAL DE INVESTIGACIÓN, EXTENSIÓN Y DESARROLLO LOCAL; 2024

Municipalidad de Posadas

La elaboración de elementos metálicos con características específicas se ha convertido en unreto para la industria metalúrgica. En la etapa de diseño y fabricación de vehículos, aeronavesy elementos para la construcción, se requiere que el procesamiento y manipulación de losmateriales sea de forma controlada para cumplir con las imposiciones y necesidades delmercado. El estudio de las aleaciones en base aluminio cada día cobra más relevancia ya quelas propiedades físicas, químicas y eléctricas que posee este metal lo hace ideal para suaplicación industrial, por esta razón es necesario brindar un buen tratamiento térmico paraaprovechar al máximo cada una de sus cualidades [1]. Para esto se hace fundamental podercontrolar las variables que influyen en el proceso de solidificación. En el laboratorio desolidificación del Instituto de Materiales de Misiones perteneciente a la UNaM, cómo partedel proceso para la recolección de datos para el estudio de aleaciones Al-Zn se diseñó unhorno de solidificación direccional con el fin de controlar la velocidad de enfriamiento, laextracción de calor y el ángulo de solidificación, cuya colección de datos es realizada pormedio de un adquisidor de datos que envía los datos a un ordenador para el procesamiento delos mismos [2]. Para construir el dispositivo fue necesario la fabricación de un cerámico cuyatemperatura de cocción fue de 800°C, al cual se le colocó una resistencia en espiral construidacon alambre Kanthal, el mismo se conecta a la corriente eléctrica y genera el calor necesariopara elevar la temperatura del horno hasta los 900°C si es necesario. Para confeccionar elhorno se utilizó una garrafa metálica de 33 cm de altura y 24,5 cm de diámetro, se utilizó lanade vidrio para aislar el centro cerámico de forma circunscrita. La extracción de calor serealizó desde la base del dispositivo por medio de un enfriador metálico por el cual circulaagua corriente continuamente durante el ensayo. Para la obtención de las probetas se virtió elmaterial fundido en moldes de arcilla de 2,5 cm de diámetro y una altura variable de entre 13cm y 17 cm, dependiendo de la inclinación del horno. A su vez estos moldes tienen 6 espacioscirculares separados 2 cm desde la base del molde para introducir las termocuplas tipo K, lascuales fueron las encargadas de medir las variaciones de temperatura y por medio deldispositivo de colección enviar los datos a la computadora. Después de solidificada lamuestra, y en estado sólido, se cortó la probeta en dos mitades, en dirección del lado másesbelto, y se sometió a un desbaste iniciando con la lija #60 hasta la de #1200, En este puntola probeta cortada y desbastada fue sometida a un ataque químico con el reactivo Keller, conlo cual se pudo observar la macro estructura, diferenciando a simple vista los granoscolumnares de los equiaxiales y la transición de estructura columnar a equiaxial (TCE) [3,4].Se realizaron experiencias iniciales con Al-99% y Al-5%Zn, solidificando direccionalmenteen tres direcciones 90°, 45° y 0°. Se obtuvieron de estas experiencias las curvas deenfriamiento en donde se pudieron observar las mesetas típicas del proceso de solidificación,y se pudieron deducir las velocidades de liquidus y solidus y los gradientes térmicos.También, se pudo observar desde la parte inferior de la probeta el crecimiento de los granoscolumnares, seguidos por la TCE y en la parte superior la formación de los granosequiaxiales. Se realizaron las mediciones del tamaño de estos granos y la influencia de laconvección natural en el proceso de solidificación [5,6].