Analisis mecanico y microestructural de aleaciones ligeras producidas mediantes new rheocasting

Resum

En el año 1971 spencer y Flemings descubrieron las propiedades tixotrópicas que presentaban algunas aleaciones metálicas en estado semisólido, si éstas solidificaban bajo un esfuerzo de cizalla. Desde entonces han surgido distintas rutas que intentan beneficiarse de las ventajas que presenta partir de un metal parcialmente solidificado. En este trabajo se presentan resultados obtenidos con New Rheocasting, una novedosa técnica de procesado en estado semisólido patentada por ube en el año 1996. El mismo equipo produce el lodo semisólido requerido, únicamente mediante la aplicación de un adecuado control térmico. La presente tesis se basa en el trabajo desarrollado dentro del proyecto Rheo-Light, que tuvo lugar entre los años 2002 y 2005, conjuntamente con varios socios industriales. El trabajo realizado se ha dividido en tres partes: caracterización del proceso, selección de las aleaciones y caracterización de los componentes industriales. Para la primera parte se han utilizado las aleaciones clásicas del procesado en estado semisólido A356 y A357, con el objetivo de hallar los parámetros óptimos del proceso y definir las propiedades logradas con éste. También se ha comparado las características del material producido mediante New Rheocasting con material de colada. Para estas aleaciones se ha logrado una microestructura homogénea, adecuada para el conformado semisólido y unas propiedades mecánicas superiores a las obtenidas por colada convencional. A continuación se han analizado aleaciones de aluminio menos habituales en el procesado semisólido y algunas aleaciones experimentales. En esta parte del estudio, también se han utilizado aleaciones de magnesio. Se han caracterizado microestructuralmente, medido sus propiedades de resistencia a la tracción y optimizado el tratamiento térmico de cada una de ellas, se ha observado que mediante la adición de 0,5 % de Cu, puede obtenerse una mejora sensible de la resistencia a la tracción con escasa pérdida de ductilidad. En la última parte se produjeron 3 componentes industriales con las aleaciones seleccionadas previamente, en función de los requisitos del componente y los resultados obtenidos en el apartado anterior. Para todos ellos se realizó un análisis microestructural de las zonas más conflictivas, tratando de identificar posibles defectos. También se midieron distintas propiedades mecánicas: además de los ensayos de tracción, común a todos los componentes, en algunos de ellos se realizaron ensayos de propagación de grieta por fatiga y de tenacidad a la fractura. En general, se ha observado un buen comportamiento de las aleaciones A356 y A357, pero no se han podido conformar componentes reales satisfactorios con el resto de las aleaciones. in 1971 Spencer and Flemings discovered the thixotrophic properties that some metallic alloys exhibit in the semi-solid state, when they are solidified under a shear stress, several industrial routes that try to take profit from the advantage to start with a partially solidified metal have emerged since then. This work presents results obtained by New Rheocasting, an innovative semisolid process patented by ube machines in 1996. The senn-sol id mud is produced in situ by the equipment, only by an exhaustive thermal control of the mixture. The present dissertation is based in the work performed in the Rheo-Light project, which took place between 2002 and 2005, together with several industrial partners. The work performed has been divided into three parts: process characterization, selection of the alloys and characterization of the industrial components. In the first part the classical alloys for the semi-solid processing A356 and A357 have been used with the objective of determining the optimal! Parameters of the process and define the properties achieved. In addition, the material produced by New Rheocasting was compared with material obtained by permanent mould casting. A homogenous microstructure, adequate for the semi-solid processing, has been obtained with these alloys together with better tensile properties than those obtained by permanent mould casting. The next step was to analyze other aluminium alloys, less commonly used in the semi-solid processing and some experimental alloys. In this part several magnesium alloys were also used. Each of them was microstructurally analyzed, íts tensile properties measured and the solution treatment optimized. A considerable increase on tensile strength with an insignificant lost of ductility is observed through the addition of 0.5 % of Cu. At the last part of the project, according to the requirements of each component and the results achieved in the earlier stage, 3 dirferent industrial components were produced using the previously selected alloys. All of them were subjected to a microstructural examination of the most conflictive parts, trying to identify possible defects. Different mechanical properties were also measured: in addition to the tensile tests performed in all the industrial parts, fatigue crack propagation and fracture toughness tests were conducted in some of them. Generally, a good behaviour was obtained with the A356 and A357 alloy, whereas it was not possible to obtain satisfactory components with the other alloys