prac 4 interpretacion

7/26/2019 Prac 4 Interpretacion

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICOFACULTAD DE QUMICA

Factores que modifican en un aluminio A356 el tamao de su espaciamiento dendrtico secundario (E.D.S).

MIGUEL A. ESCALANTE ([email protected]),

MARTNEZ2JORGE ALEJANDRO ([email protected])

BRENDA JACQUELINE AGUIRRE LPEZ ([email protected])

EDGAR APONTE ([email protected])

Alumnos de la carrera de Ingeniera Qumica Metalrgica. Facultad de Qumica de la UNAM, Edificio D, Circuito de la

Investigacin Cientfica s/n Ciudad Universitaria, Coyoacn, Ciudad de Mxico. C.P. 04510

RESUMEN: Uno de los aluminios ms empleados hoy en da es el A356 por las propiedades mecnicas que nos ofrece, sin

embargo, no todos los A356 son iguales, ya que pueden tener distintos niveles de modificacin o refinamiento de grano

que otorgan una micro y macro estructuras propias. El siguiente trabajo busca determinar la relacin entre estos

tratamientos y el E.D.S (espaciamiento dendrtico secundario) o D.A.S. por sus siglas en ingls (Dendritic Arm Spacing),

empleando distintas piezas de colada A356 que contienen distintos niveles de modificacin y refinamiento, as como una

muestra testigo o blanco que no presenta ningn tratamiento.

Palabras Clave:Aluminio A356, Modificacin, Refinacin, Tamao Espaciamiento Interdendrtico Secundario, D.A.S.

OBJETIVOS: Determinar la relacin entre tiempo de solidificacin, los grados de refinamiento y modificacin de un

aluminio A356 y su el D.A.S.

I. Introduccin.

Tamao de grano y dendritas

Durante la solidificacin de la aleacin Al-Si-Mg y

durante la formacin de la red dendrtica, cada grano

contiene una familia de dendritas de aluminio que se

originaron del mismo ncleo, entre los brazos seencuentra la mezcla eutctica. El crecimiento de estos

granos est determinado por la velocidad de

solidificacin, aunque tambin se puede optar por el

uso de una aleacin maestra base Al-Ti-B, que se emplea

como un refinador de grano, es decir que disminuye el

tamao grano.

El refinamiento de grano como ya se mencion

anteriormente se logra al incrementar o disminuir la

tasa de nucleacin. Una primera alternativa es

utilizando una velocidad de enfriamiento alta para

desfavorecer todo proceso difusivo dentro del material,

lo que impide el reacomodo de los tomos en la redcristalina para formar granos de mayor tamao, sin

embargo, debido al difcil control en la velocidad de

enfriamiento, se opta por una segunda opcin que es

por medio qumico, esto es agregandoaleacin maestrabase Al-Ti-B que funge como un agente nucleante en el

bao metlico, en otras palabras al aumentar el nmero

de ncleos se aumenta el nmero de granos que se

formaran y por consiguiente tendern a ser de menor

tamao.

En los metales y aleaciones durante la solidificacin se

requiere de un cierto subenfriamiento antes de la

nucleacin as una partcula slida que originalmente

desarrolla brazos en varias direcciones, formando

cristales generalmente en una configuracin que

consiste en un brazo principal con muchos apndices o

brazos secundarios y terciarios a cuya morfologa se le

llama dendrita, su formacin se muestra

esquemticamente en la figura 1

Figura 1 Crecimiento de una dendrita.

Representacin esquemtica del crecimiento de un

cristal dendrtico en un lquido. a) Ncleo esfrico, b)

Inestabilidad de la interface, c) brazos primarios con

crecimiento en las direcciones , d) representacin

de un cristal dendrtico en 3D, e) desarrollo de brazos

secundarios y terciarios.


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La porcin central de cada una de las dendritas se le

conoce como brazo dendrtico primario, ste crece

aproximadamente en la direccin del flujo de calor, pero

en sentido contrario. Las protuberancias que crecen

perpendicularmente del brazo dendrtico primario

reciben el nombre de brazos dendrticos secundarios, a

la distancia de separacin entre estos ltimos se le

conoce como espaciamiento dendrtico secundario

(E.D.S).

Modificacin

Una aleacin no modificada contiene una estructura de

Si eutctico acicular, este tipo de estructura

proporciona una mayor fragilidad actuando como

bandas internas de baja resistencia en la

microestructura medio por el cual se propagan las

grietas. Con la modificacin del eutctico Al-Si la

morfologa de este se vuelve ms fina y el si licio se torna

redondeado, este cambio contribuye en el incremento

de la resistencia mximo a tensin e incrementa suductilidad. Durante la modificacin, la fase de aluminio

no es afectada estructuralmente.

Es sabido que algunos elementos pueden proporcionar

el efecto de modificacin del Si. Como los elementos de

la tabla peridica que corresponden a Grupo IA y grupo

IIA (La, Ce As, Sb, Se, y Cd) han sido reportados como

elementos que aportan un efecto modificador. Aunque

slo El Na y Sr son los ms efectivos y su empleo es

limitado por cuestiones econmicas, el Sb tambin es un

buen elemento modificador, pero no es usado debido a

su toxicidad.

La cantidad de elemento modificador depender de la

composicin qumica de la aleacin, pero simplemente

un alto contenido de Si requerir una mayor cantidad de

modificador.

En una aleacin A356 lo que determina directamente las

propiedades mecnicas es la morfologa del Si eutctico

y el D.A.S, por lo tanto, el proceso de modificacin y el

refinamiento de grano son importantes para cuando se

desean alcanzar determinadas propiedades mecnicas.

En la figura 2 se muestra un esquema del tamao de

grano y los elementos estructurales bsicos de una

aleacin Al-Si.

Figura 2 Elementos estructurales de una aleacin Al-Si

II.

Desarrollo Experimental.

Para el desarrollo de este trabajo, se tuvieron distintas

piezas con distintos niveles de modificacin y de

refinamiento de grano, que se identificaran con un signo

+ o dependiendo si presentan una mayor o una menor

cantidad de refinador o modificador, de estos se sabe

que todos tuvieron tiempos de solidificacin similares

ya que fueron obtenidos de un molde para obtener

monedas (tickets) para su anlisis qumico . As como 2

cilindros de distinto tamao de los cuales no se tiene

certeza de su fabricacin.

A todas las piezas se les realizo una preparacin

metalogrfica para su posterior ataque qumico con el

reactivo Keller.

Se tomaron fotografas para su posterior anlisis y

mediciones de DAS empleando el software de Image ProPluss (versin 6.0.0.260) de Media Cybernetics, Inc.

III. Resultados y Anlisis de resultados.

Las primeras piezas en ser analizadas fueron los cilindros

de distintos tamaos, como se muestran en las

siguientes imgenes.

En la figura 3 se observan las mediciones que se tienen

con el software, del cilindro ms grande, donde

encontramos un promedio aproximado de 35m a

40m en el tamao de D.A.S.


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Figura 3 Mediciones del Cilindro grande

Para la siguiente imagen (figura 4), se observan lasmediciones de la pieza cilndrica ms pequea y en esta

encontramos valores que oscilan entre 20m y unos

mximos de 25m.

Figura 4 Mediciones de Cilindro pequeo

Como se observa, el cilindro pequeo muestra menores

tamaa de D.A.S. como no se conoce el origen de la

pieza, si asumiramos que no presentan ningn grado

de refinamiento, el factor influyente en estos tamaos

de D.A.S es la velocidad de enfriamiento.

El cilindro pequeo presenta un tamao menor de D.A.S

debido a que, por el volumen de material es menor se

enfra a una mayor velocidad que el cilindro grande,

impidiendo que el proceso difusivo en el material fuera

impedido dando como resultado la obtencin de un

tamao de grano menor al del cilindro de mayor

dimetro.

Figura 5 Orientacin de las dendritas: Cilindro Grande

(der.) y Cilindro Pequeo(izq.)

Como se observa en la figura 5, el cilindro grande

presenta una orientacin ms definida que la observada

en el cilindro pequeo. Una caracterstica de un

enfriamiento lento es el permitir que las dendritas

adems de adquirir un mayor tamao, obtienen una

orientacin preferencial hacia los puntos de extraccinde calor.

Figura 6 Medidas de Pieza Sr (+) y Ti (-)

En las figuras 6 y 7 se

observan las imgenes de las

medidas obtenidas de D.A.S y

el ordenamiento que

presentan las dendritas

dentro del material.

Igualmente se mostrarn a

continuacin las imgenes de

cada pieza con los resultados

de los resultados y al finalizar

la tabla 1 que resume los

resultados obtenidos.Figura 7 Ordenamineto

de las dendritas en la

pieza Sr (+) y Ti (-)


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Figura 8Pieza Sr(-) y Ti(+)

Una observacin que se puede

hacer entre las piezas que

nicamente varan la cantidad

de Ti, es que la que posee una

mayor cantidad del refinador

presenta una mayor variacin

en la orientacin de las

dendritas.

As mismo vemos disminuido el

D.A.S. ya que se encuentrandistribuidos mayormente

entre las 15 - 20m.

Figura 10 Medidas de la pieza Sr (+) y Ti (+)

En esta pieza que cambia con

respecto a la anterior en la

cantidad de Sr, nos muestra

tamaos de D.A.S similares

incluso ordenamiento similar

de las dendritas.

Lo cual indicara que el Ti tieneun mayor efecto sobre el

tamao del D.A.S y que el Sr.

Lo anteriormente tiene

sentido, porque al aumentar la

cantidad del Ti, este genera

puntos de nucleacin en el

bao metlico y se puede

afirmar esto debido a que

consideramos que todas las piezas presentaron el

mismo tiempo de solidificacin durante su obtencin.

Por consiguiente, se puede concluir en que los tamaos

de grano de las piezas con mayor cantidad de Ti sonmenores y a su vez disminuye el tamao del D.A.S.

As mismo no se observ diferencia en el tamao del

D.A.S. con la variacin del Sr, lo que demuestra que su

influencia directa se encuentra en la modificacin de la

morfologa de Si y no en el refinamiento de grano o en

el tamao del D.A.S.

Tabla 1 Resultados Finales

Pieza Rango de TamaosD.A.S (m)

Ordenamientode las Dendritas

Sr (+) y Ti (-) 20 a 25 Ms ordenado

Sr (-) y Ti (+) 15 a 20 desordenadoSr (+) y Ti (+) 15 a 20 desordenado

IV.

Conclusiones

Una mayor velocidad de enfriamiento y/o el aumento

de agente refinador, provoca una disminucin el

tamao de grano.

El tamao de grano tiene relacin directa con el tamao

del D.A.S., es decir, a mayor tamao de grano, mayor

tamao de D.A.S.

Con respecto al tiempo, a enfriamientos lentos (tiempos

largos) mayor tamao de D.A.S. y a enfriamientos

rpidos (tiempos cortos) menor amao de D.A.S.

El Sr no tiene influencia directa sobre el tamao del

D.A.S.

Figura 9

Ordenamineto de las

dendritas en la pieza

Sr (-) y Ti (+)

Figura

11Ordenamiento de

las dendritas de la

pieza Sr (+) y Ti (+)


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V.

Referencias

G.K. Sigworth, T.A. Kuhn. Grain Refinement of

Aluminum Casting Alloys, Page 1 of 12 AFS

Transactions 2007 American Foundry Society,

Schaumburg, IL USA

http://www.materiales-sam.org.ar/sitio/biblioteca/CONAMET-

SAM2008/pdfs/h19.pdf(consultada 28 de mayo 2016)

http://www.materiales-

sam.org.ar/sitio/biblioteca/CONAMET-

SAM2007/sam%20conamet%2007/pdf/Sesiones%20Es

peciales/Sesi%C3%B3n%20especial%20del%20aluminio

/02-38%20E%20SAM2007-PereyraG.pdf(consultado 29

de mayo 2016)

Zhiwei Liu, Effects of the addition of Ti powders on the

microstructure and mechanical properties of A356

alloy

http://www.sciencedirect.com.pbidi.unam.mx:8080/sci

ence/article/pii/S0032591014000059

(consultado 29 de mayo 2016)
http://www.materiales-sam.org.ar/sitio/biblioteca/CONAMET-SAM2008/pdfs/h19.pdfhttp://www.materiales-sam.org.ar/sitio/biblioteca/CONAMET-SAM2008/pdfs/h19.pdfhttp://www.materiales-sam.org.ar/sitio/biblioteca/CONAMET-SAM2008/pdfs/h19.pdfhttp://www.materiales-sam.org.ar/sitio/biblioteca/CONAMET-SAM2008/pdfs/h19.pdfhttp://www.materiales-sam.org.ar/sitio/biblioteca/CONAMET-SAM2007/sam%20conamet%2007/pdf/Sesiones%20Especiales/Sesi%C3%B3n%20especial%20del%20aluminio/02-38%20E%20SAM2007-PereyraG.pdfhttp://www.materiales-sam.org.ar/sitio/biblioteca/CONAMET-SAM2007/sam%20conamet%2007/pdf/Sesiones%20Especiales/Sesi%C3%B3n%20especial%20del%20aluminio/02-38%20E%20SAM2007-PereyraG.pdfhttp://www.materiales-sam.org.ar/sitio/biblioteca/CONAMET-SAM2007/sam%20conamet%2007/pdf/Sesiones%20Especiales/Sesi%C3%B3n%20especial%20del%20aluminio/02-38%20E%20SAM2007-PereyraG.pdfhttp://www.materiales-sam.org.ar/sitio/biblioteca/CONAMET-SAM2007/sam%20conamet%2007/pdf/Sesiones%20Especiales/Sesi%C3%B3n%20especial%20del%20aluminio/02-38%20E%20SAM2007-PereyraG.pdfhttp://www.materiales-sam.org.ar/sitio/biblioteca/CONAMET-SAM2007/sam%20conamet%2007/pdf/Sesiones%20Especiales/Sesi%C3%B3n%20especial%20del%20aluminio/02-38%20E%20SAM2007-PereyraG.pdfhttp://www.materiales-sam.org.ar/sitio/biblioteca/CONAMET-SAM2007/sam%20conamet%2007/pdf/Sesiones%20Especiales/Sesi%C3%B3n%20especial%20del%20aluminio/02-38%20E%20SAM2007-PereyraG.pdfhttp://www.sciencedirect.com.pbidi.unam.mx:8080/science/article/pii/S0032591014000059http://www.sciencedirect.com.pbidi.unam.mx:8080/science/article/pii/S0032591014000059http://www.sciencedirect.com.pbidi.unam.mx:8080/science/article/pii/S0032591014000059http://www.sciencedirect.com.pbidi.unam.mx:8080/science/article/pii/S0032591014000059http://www.sciencedirect.com.pbidi.unam.mx:8080/science/article/pii/S0032591014000059http://www.materiales-sam.org.ar/sitio/biblioteca/CONAMET-SAM2007/sam%20conamet%2007/pdf/Sesiones%20Especiales/Sesi%C3%B3n%20especial%20del%20aluminio/02-38%20E%20SAM2007-PereyraG.pdfhttp://www.materiales-sam.org.ar/sitio/biblioteca/CONAMET-SAM2007/sam%20conamet%2007/pdf/Sesiones%20Especiales/Sesi%C3%B3n%20especial%20del%20aluminio/02-38%20E%20SAM2007-PereyraG.pdfhttp://www.materiales-sam.org.ar/sitio/biblioteca/CONAMET-SAM2007/sam%20conamet%2007/pdf/Sesiones%20Especiales/Sesi%C3%B3n%20especial%20del%20aluminio/02-38%20E%20SAM2007-PereyraG.pdfhttp://www.materiales-sam.org.ar/sitio/biblioteca/CONAMET-SAM2007/sam%20conamet%2007/pdf/Sesiones%20Especiales/Sesi%C3%B3n%20especial%20del%20aluminio/02-38%20E%20SAM2007-PereyraG.pdfhttp://www.materiales-sam.org.ar/sitio/biblioteca/CONAMET-SAM2007/sam%20conamet%2007/pdf/Sesiones%20Especiales/Sesi%C3%B3n%20especial%20del%20aluminio/02-38%20E%20SAM2007-PereyraG.pdfhttp://www.materiales-sam.org.ar/sitio/biblioteca/CONAMET-SAM2008/pdfs/h19.pdfhttp://www.materiales-sam.org.ar/sitio/biblioteca/CONAMET-SAM2008/pdfs/h19.pdfhttp://www.materiales-sam.org.ar/sitio/biblioteca/CONAMET-SAM2008/pdfs/h19.pdf

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