Diseño y caracterización de esponjas pseudoelasticas
2017
| Nombre | Lucía Helena Prado |
| Directora | Dra. Graciela Bertolino, CAB-CNEA - Argentina |
| Codirector | Dr. Pierre Arneodo Larochette, CAB - CNEA - Argentina |
| Tutor | Dr. Alfredo Hazarabedian . . CAC - CNEA-Argentina |
| Jurado | Dr. Pedro Antonio Ferreirós, CAC-CNEA - Argentina |
| Lugar de realización | Centro Atómico Bariloche - CNEA -Argentina |
| Código | IT/IM-TS--xx/17 |
Título completo
Diseño y caracterización de esponjas pseudoelasticas
Resumen
Las aleaciones con memoria de forma han sido objeto de mucho estudio debido a la gran variedad de aplicaciones que presentan como actuadores y amortiguadores. En el presente trabajo se utilizó una aleación de CuZnAl, la cual presenta excelentes propiedades de memoria de forma y su procesamiento es compatible con el método de fabricación utilizado.
Las esponjas metálicas también fueron ampliamente estudiadas ya que poseen muy buenas propiedades mecánicas, como soportar deformaciones mucho mayores y un peso más bajo que el material sólido. Si esto se combina con la capacidad de recuperar su forma inicial al retirar una carga y la absorción de energía debido al efecto pseudoelástico, se obtiene un material capaz de una excelente amortiguación.
Un aspecto relacionado directamente a la performance de las esponjas es la formación de fisuras intergranulares. El método de fabricación no permite enfriar rápidamente la estructura para lograr un tamaño de grano pequeño. La anisotropía elástica de los granos sumada a las tensiones por transformación y solicitaciones mecánicas hacen que sea necesario buscar un método para refinar el tamaño de grano. Esto llevó a realizar un estudio de dos temas principales. En el primero se buscó optimizar el tamaño de grano de la aleación.
Por otro lado, se caracterizó el funcionamiento de esponjas cuando son utilizadas como amortiguadores. Se prestó particular interés a la posibilidad de determinar el deterioro de las esponjas mediante análisis simples que se puedan hacer sin quitar la pieza de servicio. Los resultados obtenidos muestran que el nivel de deterioro de la estructura se puede estimar realizando mediciones de resistividad eléctrica de la misma. En el trabajo se desarrolló un método para discernir la contribución a la variación de las características eléctricas de los diferentes procesos que ocurren durante las deformaciones, que incluyen los cambios por la transformación martensítica y rotura de la estructura.
Las esponjas metálicas también fueron ampliamente estudiadas ya que poseen muy buenas propiedades mecánicas, como soportar deformaciones mucho mayores y un peso más bajo que el material sólido. Si esto se combina con la capacidad de recuperar su forma inicial al retirar una carga y la absorción de energía debido al efecto pseudoelástico, se obtiene un material capaz de una excelente amortiguación.
Un aspecto relacionado directamente a la performance de las esponjas es la formación de fisuras intergranulares. El método de fabricación no permite enfriar rápidamente la estructura para lograr un tamaño de grano pequeño. La anisotropía elástica de los granos sumada a las tensiones por transformación y solicitaciones mecánicas hacen que sea necesario buscar un método para refinar el tamaño de grano. Esto llevó a realizar un estudio de dos temas principales. En el primero se buscó optimizar el tamaño de grano de la aleación.
Por otro lado, se caracterizó el funcionamiento de esponjas cuando son utilizadas como amortiguadores. Se prestó particular interés a la posibilidad de determinar el deterioro de las esponjas mediante análisis simples que se puedan hacer sin quitar la pieza de servicio. Los resultados obtenidos muestran que el nivel de deterioro de la estructura se puede estimar realizando mediciones de resistividad eléctrica de la misma. En el trabajo se desarrolló un método para discernir la contribución a la variación de las características eléctricas de los diferentes procesos que ocurren durante las deformaciones, que incluyen los cambios por la transformación martensítica y rotura de la estructura.
Complete Title
Abstract
Shape memory alloys are a very active research subject due to the great number of possible applications they can have when used as actuators or shock absorbers. Metal foams have been also extensively studied as they have very good mechanical properties, such as bearing much greater deformations and alower weight than the corresponding solid material. If this is combined with the ability of shape memory alloys to recover its initial shape upon removal of a charge and their energyabsorption due to the pseudoelastic effect, a material capable of excellent damping might be obtained. In this work we studied a Cu-Zn-Al alloy because it presents excellent shape memory characteristics while being compatiblewith the foam’s fabrication method we use.
One aspect which is directly related to the foam’s performance is the formation of intergranular craks. Our current fabrication method doesn’t allow the structure to cool fast enough in order to obtain a small grain size. The elastic anisotropy of the grains added to the transformation tensions and the mechanical strains make it necessary to look for a method to refine the grain size. This led to a study of two main subjects. The first one was to optimize the grain size of the alloy. At the other one, the operation of sponges was characterized when used as shock absorbers. Particular interest was given to the possibility of determining the deterioration of the foams by means of a simple analysis which can be made without removing the piece from service.
From our results we can give recommendations on how to perform ball milling using refining additions to achieve the desired grain size whilepreparing the alloy. We also developed a novel method to determine the mechanical damage of the foam by measuring its electricalconductivity. This method is of particular interest as it can discriminate between variations in the electrical properties due to the martensitic transformations or the physical damage, while being simple to use continuously in-situ.
One aspect which is directly related to the foam’s performance is the formation of intergranular craks. Our current fabrication method doesn’t allow the structure to cool fast enough in order to obtain a small grain size. The elastic anisotropy of the grains added to the transformation tensions and the mechanical strains make it necessary to look for a method to refine the grain size. This led to a study of two main subjects. The first one was to optimize the grain size of the alloy. At the other one, the operation of sponges was characterized when used as shock absorbers. Particular interest was given to the possibility of determining the deterioration of the foams by means of a simple analysis which can be made without removing the piece from service.
From our results we can give recommendations on how to perform ball milling using refining additions to achieve the desired grain size whilepreparing the alloy. We also developed a novel method to determine the mechanical damage of the foam by measuring its electricalconductivity. This method is of particular interest as it can discriminate between variations in the electrical properties due to the martensitic transformations or the physical damage, while being simple to use continuously in-situ.
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