RESUMEN: La mayoría de las propiedades mecánicas de una pieza metálica dependen del tamaño de grano; a menor tamaño de grano se logra mayor resistencia mecánica. Dentro del grupo de aleaciones de Cu se encuentran las aleaciones Cu-Sn; éstas son un grupo de aleaciones base Cu aleadas con estaño (Sn) con algunas trazas de fósforo (P), que son utilizadas a nivel industrial por sus requisitos de buena resistencia a la corrosión, tenacidad, bajo coeficiente de fricción, de utilidad en aplicaciones como arandelas de sujeción, bujes, resortes y discos de embrague. Durante el proceso de solidificación de un metal o aleación metálica desde el estado líquido se producen transformaciones de fase por mecanismos de nucleación y crecimiento. La nucleación se refiere a la formación de pequeños embriones a partir del líquido, puede ser homogénea o heterogénea. Una vez formados los embriones con tamaño crítico, gracias a la reducción de la energía superficial y al sobreenfriamiento logrado por la disminución de la temperatura, éstos forman núcleos estables que van creciendo espacialmente, formando una estructura conocida como estructura dendrítica, sumando además variaciones de composición en el metal solidificado. Dichas estructuras as-cast, no son favorables para la obtención de buenas propiedades en las aleaciones metálicas; de tal forma que se requieren procesos que promuevan la formación de una estructura no segregada y equiaxial dendrítica con tamaño de grano fino. Uno de estos procesos involucra el empleo de técnicas de inoculación al metal líquido antes de que ocurra el proceso de solidificación. La refinación del tamaño de grano se obtiene mediante la inoculación del metal líquido, con lo cual se provee de un gran número de núcleos dentro del metal líquido, que posibilitan posteriormente la obtención de muchos granos finos. El principal objetivo en la realización de esta investigación fue el de establecer el efecto que tiene el Zr, empleado como refinador de grano sobre las propiedades mecánicas de aleaciones Cu-Sn. La utilización de software de simulación de los procesos de solidificación permitió diseñar las piezas, de las cuales se extrajeron las muestras para la realización de los ensayos de tracción, dureza y análisis micro y macroestructural. Las muestras fueron analizadas mediante diferentes técnicas: a) Observación de macroestructura de granos, b) análisis químico, c) examen de microestructura en microscopia óptica, microscopia electrónica de barrido (MEB) con microanálisis de espectroscopia de energía dispersiva (EED), d) microscopia electrónica de barrido (MEB) de la superficie de fractura. Se observó que la adición de Zr en un contenido de 0,32%peso a los baños líquidos de las aleaciones Cu2Sn, Cu4Sn y Cu8Sn con una fuente de carbono, redujo el tamaño de grano hasta un 85%. Esta reducción del tamaño medio de grano estuvo acompañada de un aumento de la resistencia última (UTS), cedencia (y), resistencia a la rotura (rot) dureza (HB) y reducción de la ductilidad (% alargamiento) para estas aleaciones. El análisis con MEB de las superficies de fractura de las probetas utilizadas en el ensayo de tracción, mostró la transición de la estructura columnar dendrítica a una estructura equiaxial dendrítica, así mismo, se pudo observar un tipo mixto de fractura: desprendimiento dendrítico y coalescencia de microcavidades para estas aleaciones.
Tópico:
Additive Manufacturing and 3D Printing Technologies