Propiedades de espumas de aluminio fabricadas por fusión de polvos compactados
2004
Título | Propiedades de espumas de aluminio fabricadas por fusión de polvos compactados |
Nombre | Jiménez, Catalina Elena |
Directores | Malachevsky María Teresa . . Argentina . . . . |
Tutor | . |
Jurado | . |
Lugar de realización | CNEA Centro Atómico Bariloche - U.A. Tecnología de Materiales y Dispositivos (TeMaDi) - Grupo Nuevos Materiales y dispositivos (NuMaDi) Argentina |
Código | IT/IM-TS--46/04 |
Resumen
En este trabajo se utilizó una técnica pulvimetal£rgica conocida como fusión de polvos compactados para fabricar espumas de aluminio. Se parte de una mezcla del metal en polvo con un agente espumante generador de gas, en este caso Al mezclado con TiH2. Luego se compacta formando un precursor de alta densidad. Posteriormente, se calienta el compacto en un molde a una temperatura suficiente para producir la fusión del metal y la liberación de gas H2 producto de la descomposición del TiH2 en forma simultánea. Esto provoca la expansión del metal fundido para formar un material metálico poroso con celdas cerradas. Se realizaron mezclas de polvos de composición Al-0,6 wt por ciento TiH2 en un molino de atrición. Fue necesario construir y poner a punto un equipo de prensado uniaxial en caliente bajo atmósfera controlada para obtener compactos precursores libres de porosidad abierta. Se laminó un conjunto de muestras prensadas en caliente para estudiar la correlación entre deformación realizada sobre compactos y densidad resultante de espumas. Sobre estos conjuntos laminados se realizó un seguimiento por microscopía óptica y microscopía electrónica de barrido (MEB) de la microestructura en los estados "prensado en caliente", "laminado" y "espumado". Se identificaron las fases presentes por espectroscopía dispersiva en energía de rayos X (EDS). Se estudió la microestructura de poros por MEB y la meso estructura por macrografías. Se maquinaron probetas para ensayos mecánicos de compresión y flexión. Se tomaron fotografías in situ para seguir la evolución de la deformación y rotura del material en ambas condiciones de ensayo. A partir de las curvas sigma-epsilon en compresión, se calculó la eficiencia de las espumas para absorber energía de deformación y se relacionó la presencia de defectos en la micro y mesoestructura con los mecanismos de deformación y falla. De los ensayos de flexión también se adquirieron imágenes por MEB de las superficies de fractura. Se encontró que a mayor deformación en los precursores compactos, se obtienen densidades de espumas menores. La presencia de partículas grandes de TiH2 en productos compactados en caliente correspondientes a las dos velocidades de mezcla 200 y 600 rpm, indicó que el tiempo de mezclado fue insuficiente. Se encontraron en las espumas defectos a escala microscópica (en el orden de los mu m) como microporos, bordes de grano de partículs originales de Al a 120 grados que no llegaron a encontrarse en puntos triples dejando microentallas; se encontró la fase Al3Ti en la matriz de aluminio y en bordes de granos, alta rugosidad superficial de paredes de poros, y fisuras creadas por tensiones térmicas durante la solidificación. A escala mesoscópica (en el orden de los mm) se encontraron distribuciones de tama¤os de poros y de paredes de poros muy amplias. Las espumas obtenidas resultaron muy anisotrópicas, en secciones superiores perpendiculares a la dirección de compactación se observaron algunos poros de gran tama¤o, otros muy peque¤os y algunas paredes de poros muy delgadas. Las secciones inferiores fueron menos porosas en general, debido a que en el espumado el H2 tiende escapar por la parte superior de la muestra, y el drenaje del metal líquido tiende a producirse hacia abajo por acción de la gravedad. Otra causa de anisotropía fue la densificación no uniforme intrínseca del prensado uniaxial en caliente. Donde las tensiones de corte y la fluencia fueron pobres, no se logró unión metálica entre partículas de aluminio. Esto se tradujo en una porosidad abierta remanente en el compacto precursor; que constituyó una "vía fácil" de escape para el H2 en lugar de un ascenso más tortuoso. En compresión, la deformación tiene una componente plástica desde el comienzo del ensayo. A bajas tensiones, celdas individuales colapsan plásticamente por las paredes más débiles. Luego hay un régimen de deformación con tensión casi constante, en el cual cada celda colapsada hace fallar a su vecina y se van formando zonas aproximadamente planas de alta deformación perpendiculares al eje de compresión contiguas a otras zonas de baja deformación, denominadas en conjunto bandas de deformación. Finalmente se produce un colapso cooperativo de la mesoestructura que da lugar a la densificación de la probeta ensayada con un rápido aumento de la tensión. Se encontró que la eficiencia para absorber energía de deformación aumenta conforme disminuye la densidad relativa. Sin embargo, las tensiones de fluencia medidas fueron bajas. En flexión se determinó que la alta inhomogeneidad de las espumas llevó a que la formación de grietas comience en zonas donde existe concentración de tensiones y en las paredes de celda más delgadas. La propagación de grietas está controlada por la microestructura del material, y la deformación es altamente localizada.
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