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MEMORIAS DEL XXIV CONGRESO INTERNACIONAL ANUAL DE LA SOMIM 19 al 21 DE SEPTIEMBRE DE 2018 CAMPECHE, CAMPECHE, MÉXICO
Tema A2a Materiales: Procesamiento de materiales y caracterización
“Síntesis de materiales compuestos con matriz metálica Al-2024 a través de un proceso híbrido en estado semi-sólido”
Sandra Luz Rodríguez Reynaa,b, Luis Salvador Hérnandez Hernándeza, Casimir Casas Quesadab,
Carlos Alberto de la Trnidad Benítezb, José María Cabrera Marrerob
(a Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de San Luis Potosí (FI-UASLP) Dr. Manuel Nava 8. Zona Poniente C.P. 78290 S.L.P, México. b Universitat Politécnica de Cataluña (UPC) Av. Eduard Maristany 10-14 C.P. 08930 Barcelona, España.
*Autor contacto:[email protected] (Deje este espacio en blanco) (Times New Roman 8)
R E S U M E N
Se sintetizaron materiales compuestos con matriz de Aluminio (MCMA) Al-2024 y reforzados con Alúmina (Al2O3) y
Grafito (Gr). Se diseñó para ello un proceso híbrido de fundición por agitación en estado semi-sólido con apoyo de
molienda mecánica. Se prepararon cuatro fundiciones con los siguientes refuerzos (% en peso): 2% Al2O3,, 3%
Al2O3+1%Gr y 2%Gr, así como una colada de referencia Al-2024 sin reforzar. Los refuerzos de Al2O3 y Gr presentaban
un tamaño promedio de partícula de 50 μm y 30 μm, respectivamente. Para lograr una homogeneidad en ambos refuerzos
se introdujeron en un molino vibrador durante 15 minutos a una frecuencia de 1080 rpm. La temperatura del metal base en
estado semi-sólido para la incorporación de los refuerzos fue de 625 ˚C con una velocidad de 600 rpm durante 15 minutos
de agitación. Los resultados demuestran una estructura no dendrítica y buena humectabilidad del Gr. Los compuestos
exhibieron una distribución uniforme de refuerzo dentro de la aleación metálica.
Palabras Clave: Compuestos con Matriz de Aluminio (CMA), Estado Semisólido y fundición por agitación.
A B S T R A C T
Composite materials with aluminum matrix (CMAM) of Al-2024 and reinforced with Alumina (Al2O3) and Graphite (Gr)
were prepared. A hybrid process was design for this purpose, consisting in stirring the melting in semi-solid state aided
by mechanical milling. Four mixtures were prepared, namely: 2% Al2O3, 3% Al2O3+1% Gr and 2% Gr (in weight %),
as well as the reference Al-2024. The reinforcement particles of Al2O3 and Gr had an average particle size of 50 μm and
30 μm, respectively. To achieve homogeneity in both reinforcements, they were introduced into a ball mill for 20
minutes and 1080 rpm. The temperature of the base metal in the semi-solid state for the incorporation of the
reinforcements was 625 ˚C with a speed of 600 rpm during 15 minutes of stirring. The results demonstrate a non-
dendritic structure and good wettability of Gr in the matrix. The compounds exhibited a uniform distribution of
reinforcement particles within the metal alloy.
Keywords: Composite with Matrix of Aluminum (CMA), Semi- Solid State and stirring melting.
1. Nomenclatura
Sigla Descripción
Al2O3/Gr Alúmina/ Grafito
Al-2024 Aleación de aluminio 2024
ASTM American Society Testing Materials
EDAX Microanálisis de composición química de las
partículas
HB Dureza Brinell
HRB Dureza Rockwell B
ISSN 2448-5551 MM 162 Derechos Reservados © 2018, SOMIM
MEMORIAS DEL XXIV CONGRESO INTERNACIONAL ANUAL DE LA SOMIM 19 al 21 DE SEPTIEMBRE DE 2018 CAMPECHE, CAMPECHE, MÉXICO
MEB Microscopio Electrónico de Barrido
MCMA Materiales Compuestos con Matriz de
Aluminio
2. Introducción
Fabricar piezas de alto desempeño y bajo costo
cumpliendo con los requerimientos de calidad, ha generado
especial atención hacia los materiales compuestos en las
últimas décadas. El interés en la producción de materiales
compuestos de matríz metálica (MCMA) radica en la capacidad de combinar las propiedades del metal base, en
este trabajo Al-2024, tales como ductilidad, baja densidad
y resistencia específica alta junto con las de los refuerzos
cerámicos (alta rigidez, resistencia a la temperatura, bajo
costo, etc.)[1].
Las ventajas que presenta la aleación Al-2024 ha
llevado a que esta aleación se emplee en aplicaciones
estructurales, en la industria automotriz y en la industria
aeronáutica. Como materiales de refuerzo pueden
emplearse entre otros grafito y alúmina. El Carbono en
forma de grafito (Gr) tiene una baja densidad, capacidad de auto-lubricación y está disponible en grandes cantidades y
es muy económico, mientras que la alúmina, Al2O3, en
forma de corindón proporciona buenas propiedades
tribológicas además de tener un bajo precio lo que siempre
redunda en reducir el costo del producto final [2-3]. Uno de
los principales desafíos en la fabricación de los MCMA
para homogeneizar sus propiedades mecánicas es conseguir
una dispersión uniforme del refuerzo, así como una unión
apropiada inter-cara entre el refuerzo y la matriz [4].
Entre los diversos métodos de fabricación de los
MCMA la fundición es el método más simple, con una relativa alta productividad, siendo flexible y de bajo costo.
Sin embargo, en los procesos de fundición en estado
líquido (por gravedad o presión) se suele notar una pobre
humectabilidad entre el refuerzo y el metal líquido, lo que
aunado con la contracción de solidificación en el material,
produce cavidades o porosidad en el proceso de llenado en
el molde.
Con respeto a la fundición por agitación, las partículas
(refuerzo cerámico) se distribuyen en la mezcla de
aluminio normalmente por agitación mecánica. Su
principal ventaja se centra en que sus costos son de una 1/3 a 1/10 parte de los costos de la producción de la matriz
metálica [5]. Un problema asociado con este proceso es la
segregación de las partículas de refuerzo debido a la
sedimentación de partículas durante la solidificación [3].
Como solución al problema de segregación del refuerzo,
una investigación reciente ha informado que el añadir Mg a
un MCMA reforzado con grafito mejoró la uniformidad de
la dispersión del refuerzo en la matriz de Al utilizando la
fundición por agitación [1]. Este resultado positivo en el
material compuesto se atribuye a que el Mg es un agente
modificador de la tensión superficial muy poderoso que
aumenta la humectabilidad entre las superficies en contacto
[6]. Sin embargo, la mezcla entre Al y Mg puede presentar
un riesgo inherente de explosión. Por este motivo,
recientemente se desarrolló el proceso de fundición por agitación en dos pasos (Agitación + Estado semisólido).
Su et al. diseñaron un nuevo método de fundición para la
fabricación de compuestos reforzados con nano-partículas,
incorporando un molino vibrador para la mezcla del
refuerzo con partículas de Aluminio [7].
Los procesos de conformado en estado Semi-sólido
pueden mejorar las condiciones de homogeneidad de la
mezcla debido a que este proceso genera menor turbulencia
y una mayor uniformidad en las condiciones de
enfriamiento [8]. Mediante la fundición en estado Semi-
sólido (Thixocasting) se reduce la porosidad y la cantidad de gas atrapado [9].
En este trabajo de investigación, se presenta una nueva
propuesta en la síntesis de MCMA incorporando una
fundición híbrida (agitación en estado semisólido) y
apoyándose con la molienda mecánica como proceso
previo en la mezcla de los polvos. Se compara la fundición
híbrida con un proceso de fundición convencional. Se
determina la microestructura de las siguientes
composiciones (en % en peso) 2% Al2O3, 3%
Al2O3+1%Gr y 2% Gr, así como la de la matriz de
referencia Al-2024. Se analiza la unión inter-cara entre matriz y refuerzo y se detallan las propiedades mecánicas a
través de mediciones de dureza.
3. Desarrollo Experimental
3.1. Materiales
El material utilizado como matriz metálica fue una aleación
de Aluminio con una designación comercial EN AW-Al-
2024. Este material fue adquirido a la empresa Amari
Metals (Barcelona, España), en forma de barra cilíndrica
con un diámetro de 20 mm y 3000 mm de longitud. Su
composición química y las características mecánicas se
pueden encontrar en la Tabla 1.
Tabla 1 – Composición Química y Propiedades Mecánicas Al 2024.
Composición Química Al 2024-O
El. Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al
Wt
%
.50 .50 4.1 0.88 1.8 0.10 0.25 0.15 Resto
Propiedades Mecánicas Al 2024-O
Rm (MPa) Rp0.2 (MPa) A (%)
120 76 18
Como materiales de refuerzos se utilizaron Gr y Al2O3
provenientes de las empresas Aguin Chemie (Alemania), con un tamaño de partícula promedio de 15 m y 50 m y
con una pureza de 99.00% y 99.70% respectivamente.
ISSN 2448-5551 MM 163 Derechos Reservados © 2018, SOMIM
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3.2. Fundición híbrida
En la Tabla 2 se resume el tipo de MCMA sinterizado
mediante fundición y sus condiciones de operación. Se fundieron cantidades ponderadas de una aleación de
aluminio Al-2024 en un crisol de grafito, con una
capacidad de 2 kg utilizando un horno de resistencia
eléctrica. Para medir la temperatura de la masa fundida se
insertó un termopar en su interior . El agitador fue diseñado
de tal manera que podía moverse verticalmente a lo largo
del crisol a una altura de 2/3 de la masa fundida [10]. En la
masa fundida se utilizó una paleta unida a un motor de
velocidad variable (Agitador Heidolph) con un software
para la adquisición de datos Hei-TORQUE Precision
heidolph (ver Fig. 1).
Tabla 2 – Composición y condiciones de las fundiciones.
Matriz Refuerzo
Wt % Fundición
Molienda Agitación Mezclado
matriz/ Ref
min rpm min rpm °C
Al-2024 referencia
Híbrido NA 15 600
630
(Semi-Sólido)
Al-2024 2 %
Al2O3 Híbrido NA 15 600
630
(Semi-Sólido)
Al-2024 2 %
Al2O3 Convencional NA 15 600
730
(Líquido)
Al-2024
3 %
Al2O3 +
1% Gr
Híbrido 30 1080 15 600 630
(Semi-Sólido)
Al-2024 2 % Gr Híbrido NA 15 600 630
(Semi-Sólido)
En el primer paso para la fundición híbrida, el material
de la matriz se calienta por encima de los 730 C,
asegurando que el material se encuentra al 100% por
encima de su temperatura liquidus. Posteriormente la
masa fundida se enfría entre la temperatura solidus y
liquidus (630 C) para llegar a un estado semi-sólido,
asegurando que entre un 40% a un 60% del material está en
estado sólido. En este punto, las partículas (refuerzo
precalentado) se agregan, se agitan y se mezclan junto con
la matriz metálica a una velocidad de 600 rpm durante 15 minutos. Nuevamente, la mezcla se calienta a un estado
totalmente líquido (750 C). Se considera esta temperatura
para asegurar una excelente colabilidad en la mezcla.
Finalmente se vierte la masa fundida en las lingoteras
previamente pre-calentadas minimizando el choque
térmico entre el metal y la superficie interna del lingote;
siendo un proceso continuo de enfriamiento.
3.3. Fundición convencional
El proceso de fundición convencional fue realizado bajo las
mismas condiciones que la fundición híbrida, con la diferencia de que el proceso de mezclado se hizo en
estado líquido. En general, la mezcla de polvos en un
medio líquido incluye tres etapas:
Incorporación del polvo en el medio líquido.
Humectación de las partículas de polvo.
Descomposición de los aglomerados y agregados de
partículas.
Algunas investigaciones afirman que estas primeras dos
etapas dependerán de la naturaleza física y química de las
partículas en el metal base [11]. Por lo tanto, la dispersión
se puede controlar en la etapa final, es decir, controlando la
agitación de la masa fundida. En base a este contexto, se
decidió observar si efectivamente la alúmina se dispersaba
de manera uniforme en la matriz en estado líquido versus
estado semisólido.
(a)
(b)
Figura 1 – (a) Esquema y (b) proceso real por fundición híbrida.
3.4. Molienda Mecánica
Las partículas de Al2O3 y Gr fueron colocadas en un
molino vibrador (Mixer/Mill 8000M) con una proporción
3:1 durante un periodo de 15 minutos a 1080 ciclos/min,
para mejorar la adherencia y homogeneidad de estos
refuerzos, entre ellos mismos y la matriz metálica. Este
proceso se le conoce también como proceso de fundición de tres pasos al incluir la molienda mecánica en el proceso
de fundición por agitación en estado semi-sólido[7]. Es
importante mencionar que el tiempo de molienda en la
mezcla de Al2O3/Gr fue breve ya que el objetivo era
Horno
Extractor
Registrador de datos
Agitador (,)
Moldeo
Termopar
Motor
Crisol
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simplemente mezclar ambos refuerzos en lugar de reducir
el tamaño de partícula.
3.5. Técnicas Experimentales
Una vez solidificadas las fundiciones en base a cada
condición (detallada en la Tabla 2) fueron extraídas
muestras de la sección transversal de los mismos. Las
muestras obtenidas se desbastaron y pulieron siguiendo
procedimientos estándar. Las muestras fueron atacadas
electroquímicamente con el reactivo Keller (HF: 2 ml,
HCl: 3 ml, HNO3: 5 ml, H2O: 190 ml), durante un lapso de
15 segundos en base a la norma ASTM E407-07. Para la
observación metalográfica se utilizó un microscopio
óptico Reichert Mef 4M Olympus. Se observó el flujo de la
colada de cada composición a través de un Estereoscopio
Trinocular SMZ-168-TP obteniendo imágenes tridimensionales del flujo de solidificación y análisis de
macro-porosidad.
Para un estudio de forma y tamaño de las partículas
(refuerzos) se utilizó un Microscopio Electrónico de
Barrido (MEB) JEOL modelo JSM-5600 y el software
Digital Micrograph 3.4. En la obtención de los
microanálisis de composición química de las partículas se
empleó Energía Dispersiva de Rayos-X (EDAX). El
estudio de las propiedades mecánicas se realizo mediante
ensayos de dureza. Para la determinación de durezas se
empleó un durómetro Centaur rb 2, tomando la escala HRB (bola de 1/16” y 100 kg, precarga 10 kg). Se realizaron 24
mediciones por cada muestra obteniendo sus parámetros
estadísticos.
4. Resultados y Discusión
4.1. Particulas Al2O3 y Gr (refuerzos cerámicos)
En la Fig. 2 se presenta el tamaño y distribución de las
particulas de Al2O3 y Gr para las fundiciones que se
realizaron. Las pruebas de tamiz bajo norma ASTM C 117
-95 confirman la presencia de una estrecha gama de
tamaños de partículas en la mezcla. En trabajos recientes
han encontrado que una gama amplia en los tamaños en las
partículas de Gr puede generar efectos negativos para el
control de la mezcla además de añadir una mayor
variablidad en el proceso[12]. Por tal motivo, posterior a la
mediciones de tamizado, en este trabajo se busco reducir el rango de tamaño de las particulas en las mezclas
empleadas.
En la misma Fig. 2 se puede observar que casi 90% de las
partículas tanto de Al2O3 como de Gr se encuentra entre 10
μm a 100μm. El porcentaje de particulas acomuladas a un
50%; las particulas de Al2O3 presenta un tamaño hasta de
50 μm mientras que las particulas de Gr tiene un tamaño
menor de 30 μm; por lo tanto las particulas de Al2O3 son
más grandes en comparación a las partículas de Gr.
Figura 2 – Granulometría de las partículas de Al2O3 y Gr.
La Fig.3 muestra las imágenes de las partículas de Al2O3 (3a), de Gr (3b) y de Al2O3/Gr (3c) obtenidas en el
MEB. Todos los polvos presentaban un tamaño promedio
de partícula inferior de 100 um. Se observó que la densidad
relativa de AA 2900 es más baja con respecto de una AA
2024 con valores de 98.4% a 98.9% correspondientemente.
Esto puede atribuirse a la cantidad de contenido de Si que
facilita el mecanismo de difusión en los compuestos sobre
la matriz metálica.[13].
La Fig.3 (a) muestra la morfología de la Al2O3, también
conocido con el nombre de corindón el cuál es termodinámicamente estable y presenta en forma angular
característica típica de este cerámico [14]. La presencia de
partículas más pequeñas pueden generar
sobrecalentamiento y por otro lado, partículas mucho más
grandes no pueden mezclarse con tanta facilidad; por lo
tanto hay un tamaño óptimo para utilizar este refuerzo [15].
Polvo de tamaño en el rango de 10-40 μm tiene esquinas
agudas y no es esférico [16]. En relación a este trabajo de
investigación, se encontró este tipo de morfología.
La Fig. 3(b) presenta las partículas de Gr globular y
pequeñas partículas de forma esférica que generan aglomerados; no se observa claros límites entre las
partículas. Este tipo de morfología se presenta como
“carbono negro” reportado previamente en literatura
[17,18]. En la Fig. 3(c) se puede observar la combinación
de los refuerzos cerámicos Al2O3 y Gr, siendo una mezcla
uniforme en base a la relación 3:1.
Se puede atribuir que debido a la molienda mecánica (la
accioón de las bolas de acero) y la fricción que generaron
las partículas de Gr; el tamaño de las partículas de Al2O3 se
ve levemente disminuido. En un trabajo de Kanayo et al,
trabajaron en la fabricación de compuestos cerámicos a partir de grafito, alúmina y cascara de arroz; obteniendo
resultados aceptables. No obstante emplearon un proceso
de fundición de dos etapas, sin incorporar la molienda
mecánica [19].
1 10 100 1000
0
20
40
60
80
100
Gr Al2O3
Tamaño de Partícula ( um)
Aco
mu
lad
o (
%)
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(a) Al2O3
(b) Gr
(c) Al2O3/Gr
Figura 3 – Morfología de las partículas (a) Al2O3 (b) Gr y
(c) Al2O3/Gr.
4.2. Flujo de solidificación para la fundición híbrida
Algunos de los factores importantes que necesitan atención
durante la colada de la mezcla son: La dificultad de lograr una distribución uniforme en el
refuerzo.
Humectabilidad entre la matriz metálica y el refuerzo
cerámico.
Porosidad en los compuestos de matriz de metal
fundido.
Reacciones químicas entre el material de refuerzo y la
aleación de la matriz.
Reacción de la matriz/refuerzo con elementos
atmosféricos [4-20].
Por todas las implicaciones anteriormente descritas, fue
necesario observar a detalle la colada para cada MCMA en
macro y micro escala para determinar la calidad de la
fundición. En la Fig. 4 se observan los flujos de
solidificación en escala milimétrica para: Fig. 4(a) Al-
2024, Fig. 4(b) 2%Gr, Fig. 4(c) 2%Al2O3, Fig. 4(d) 3%
Al2O3+1%Gr así como a macro-escala de este último
MCMA (Fig. 4e). Todos las fundiciones híbridas
presentaron una excelente fluidez, y ninguna de ellas
exhibieron rechupes al ser desmoldadas de las lingoteras.
Otro punto a destacar en las Fig. 4(a, b, c y d) es la
ausencia de porosidad en las mezclas.
En relación a las mezclas en las que se añadió un
porcentaje de Gr (Fig. 4b y 4d); se logró una excelente
humectabilidad de este refuerzo. En la Fig. 4(e) 3%
Al2O3+1%Gr se presenta una imagen tridimensional para
observar con mayor detalle la ausencia de discontinuidad
en la matriz metálica-refuerzos.
Es bien sabido, que la cinética de las reacciones inter-
cara en los sistemas metálicos / cerámicos como Al/ /Gr es
función del tiempo de agitación y de la temperatura [21].
Resultados previos indican que las partículas de grafito no presentan humectabilidad en la aleación de aluminio A356
entre temperaturas de 600◦C y 825 ◦C, al menos dentro de
los primeros 100 minutos de agitación [22].
No obstante la cantidad presente de Mg dentro de la
aleación juega un papel muy importante en la capacidad de
humectabilidad del Gr. En otras palabras, al comparar las
aleaciones de aluminio A356 con Al-2024, el porcentaje de
Mg cambia de 0.3% a 1.8% respectivamente. Por lo tanto,
es factible encontrar una mayor humectabilidad en las
partículas de Gr en una matriz metálica de Al-2024.
Adicionalmente, el añadir dentro del proceso de fundición la etapa de molienda mecánica entre los polvos de
Al2O3/Gr, el previo precalentamiento de los polvos
(refuerzos cerámicos) y el realizar la fundición en estado
semi-sólido; mejoró aún más la humectabilidad del Gr en
la matriz metálica.
ISSN 2448-5551 MM 166 Derechos Reservados © 2018, SOMIM
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(a) Al-2024
(b) 2%Gr
(c) 2%Al2O3
(d) 3%Al2O3 + 1%Gr
(e) Flujo Solidificación 3%Al-2024 +1%Gr (Macro-escala).
Figure 4 –Solidificación en escala milimétrica
(a) Al-2024, (b) 2%Gr, (c) 2%Al2O3, (d) 3%Al2O3 +1%Gr y
Macro escala (e) 3% Al2O3 +1%Gr.
4.3. Microestructura de las fundiciones híbridas
En las Fig. 5(a) Al-2024, Fig. 5(b) 2%Gr, Fig. 5(c)
2%Al2O3 y Fig. 5(d) 3%Al-2024 +1%Gr se presentan las
micrografías de cada una de las mezclas fabricadas. Las
cuatro micrografías presentan partículas en forma de
roseta-globular finas de la fase sólida (estructura no
dendrítica), rodeadas por una película continua en estado
líquido. Este tipo de microestructura es característica de un
proceso Thixocasting [23]. Spencer et al. observaron que
agitando una aleación metálica en estado semisólido se
produce una microestructura no dendrítica con propiedades
reológicas interesantes [24].
(a) Al-2024 (b) 2%Gr
(c) 2%Al2O3 (d) 3%Al2O3 + 1%Gr
Figura 5- Micrografías de los MCMA (a) Al-2024, (b) 2%Gr,
(c) 2%Al2O3 y (d) 3%Al2O3 + 1%Gr
La versatilidad que aporta esta estructura en cuanto a sus
propiedades reológicas es un comportamiento intermedio
entre la conformación por moldeo y la conformación en
estado sólido, proporcionando una calidad metalúrgica y
unas propiedades mecánicas superiores a las fundiciones
por molde permanente o en fundición inyectada.
4.4. Fundiciones híbridas/ convencionales
En la Fig. 6 (a, b, c y d) se muestran esquemas de la evolución en la estructura dendrítica a globular, para un
proceso de solidificación por agitación. La transformación
a una estructura Thixocasting depende del incremento de la
velocidad de corte y decremento en la velocidad de
enfriamiento [25].
Figura 6- Representación esquemática de las diversas morfologías
de la evolución de los granos solidificados, obtenidos por fundición:
(a) dendrita, (b) crecimiento dendrítico (c) roseta, y (d) globular
5 mm
5 mm
5 mm
5 mm
100µ 100µ
100µ 100µ
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(a) 2%Al2O3 a 250x
(b) 2%Al2O3 a 1000x
Figura 7- Micrografías de la fundición híbrida
2%Al2O3 (a) 250x y (b) 1000x
En la Fig. 7 (a-b) se observan las microestructuras de un MCMA reforzado con un 2%Al2O3 obtenido mediante
fundición híbrida. En la fig. 7 (a) se muestra una
dispersión uniforme del materia de refuerzo (Alúmina) con
la matriz metálica (Al-2024). En la fig. 7 (b) se puede
observar la micrografía de la fundición híbrida Al-2024+
Al2O3; con porosidad limitada. Se observa una distribución
continúa del refuerzo y de los elementos de aleación, donde
coexiste una fase en forma de roseta-globular. Por medio
de un análisis de EDX se obtuvo el porcentaje en peso y el
porcentaje atómico de los elementos encontrados en
distintas áreas de la muestra; posteriormente se realizaron
cálculos comprobando la estequiometria de la Al203. En la Fig. 8 (a-b) se muestran las microestructuras de un MCMA
reforzado con Al2O3 obtenidos mediante fundición
convencional (estado-líquido). Los resultados de la Fig.
8(a) muestran zonas fracturadas por la poca unión entre el
refuerzo / matriz metálica, además de presentar porosidad.
En la figura 8(b) se muéstra el crecimiento dendrítico que
ocurre con este tipo de fundición en estado líquido.
(a) 2%Al2O3 a 250x
(b) 2%Al2O3 a 1000x
Figura 8- Micrografías de la fundición convencional
2%Al2O3 (a) 250x y (b) 1000x
En la Fig. 9 se resumen los resultados de dureza de las
cuatro fundiciones híbridas: Al-2024, 2%Gr, 2%Al2O3 y
3%Al-2024 +1%Gr, así como la fundición convencional
2%Al2O3. Las mediciones fueron obtenidas en la sección
transversal a la dirección de la colada Con el contenido de
refuerzo, incrementa la dureza con respecto del metal base
(Al-2024). La dureza que presentaron los compuestos de Gr (2%Gr, 2%Al2O3 y 3%Al-2024 +1%Gr), son valores
más altos con respecto de la fundición híbrida base (Al-
2024), atribuida a la propia presencia de partículas de alta
dureza, que generan una restricción para deformación
localizada durante la indentación. No obstante son menores
en comparación a las fundiciones que contienen alúmina.
Una posible justificación es la dureza propia que tiene la
Al2O3 en comparación al Gr; 9 a 2 en la escala Mohs.
Zona de
Fractura
Crecimiento
irregular
Fase
globular
Dispersión
Uniforme Al2O3 en la matriz Al
Partículas Al2O3
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Figura 9- Durezas (HRB) de las fundiciones híbridas
y convencional.
Si se compara la dureza de las fundiciones convencional
vs. híbrida; esta última presenta la dureza más alta. Este se
debe principalmente a la uniformidad del refuerzo en la
matriz base que obtuvo en esta fundición además de una
baja porosidad que se logró en esta condición. Finalmente si se observa a detalle esta misma figura, se puede observar
un leve decremento de las durezas en la fundición del
2%Al203 (convencional) en comparación con el resto de las
fundiciones. La razón es por la discontinuidad en el
refuerzo / matriz, las fracturas superficiales, así como la
presencia de porosidad en la fundición.
4. Conclusión
Los resultados en la microestructura y dureza demuestran
que el proceso de fundición híbrido (Agitación + Estado
Semisólido + Molienda Mecánica) contribuyen de manera
exitosa a la síntesis de MCMA para los compuestos
reforzados con Al2O3, Gr y la mezcla de ambos cerámicos.
Una de los resultados más notables es la dispersión
uniforme de los refuerzos en la matriz metálica.
Se encontró que las fundiciones convencionales (Agitación en estado líquido) para MCMA + 2% Al2O3 contribuye a
un incremento de la dureza con respecto del material de
referencia. No obstante la microestructura formada por
agitación en estado líquido no favorecio como una
estructura globular encontrada en la fundición híbrida.
Agradecimientos
S.L. Rodríguez agradece el apoyo financiero del Consejo
Nacional de Ciencia y Tecnología de México por el apoyo
económico otorgado de la estancia de Investigación
(Convenio: 472373).
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0
20
40
60
Fundición
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reza
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1 Al-2024
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3 3% Al2O3+ 1% Gr
4 2% Al2O3
5 2% Al2O3 (CONVENCIONAL)
ISSN 2448-5551 MM 169 Derechos Reservados © 2018, SOMIM
MEMORIAS DEL XXIV CONGRESO INTERNACIONAL ANUAL DE LA SOMIM 19 al 21 DE SEPTIEMBRE DE 2018 CAMPECHE, CAMPECHE, MÉXICO
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