ESTUDIO DE LA MICROESTRUCTURA DE UNA ALEACIÓN BASE COBRE

DE ALTA CONDUCTIVIDAD A TRAVÉS DE ENSAYOS DE IMPACTO

J.M Echarri 1, N. Hoffman 1, A. Bruno 1, A. González 1, E.G. Maffia (*)

(1) LIMF (laboratorio de Investigaciones en Metalurgia Física), Departamento de Mecánica, Facultad

de Ingeniería, Universidad Nacional de La Plata, (UNLP), 1900, BA, Argentina

(*) ernesto.maffia@ing.unlp.edu.ar

Los ensayos estáticos son ampliamente utilizados para determinar las propiedades mecánicas de resistencia y deformabilidad de los metales. Sin embargo, el conocimiento de la tenacidad al impacto da una referencia de las propiedades de la estructura que no siempre quedan bien definidas en los ensayos de tracción por causa del alargamiento y la estricción. Por lo tanto, es importante en las instancia de selección de materiales para órganos de máquinas y estructuras, analizar las consecuencias que generan en la microestructura la aplicación de cargas prácticamente instantáneas, pues estas pueden ser las causantes de fragilidad aun en aquellos materiales considerados dúctiles, ya que el brevísimo tiempo en que actúan las ondas de tensión no permite el libre desarrollo de las deformaciones.

Existen numerosos trabajos que utilizan este ensayo para caracterizar diferentes modificaciones micro estructurales y sus propiedades resultantes. Por ejemplo, G: Purcek et. al estudiaron el modo de optimizar las propiedades y la tenacidad al impacto en materiales severamente deformados por extrusión. Sus resultados indican que a medida que aumenta la cantidad de deformación por extrusión, se mejora la tenacidad al impacto y el modo de fractura cambia de frágil a dúctil [1]. Otros investigadores estudiaron los efectos de la reducción del tamaño de grano y la temperatura en aleaciones con memoria de forma (CuAlBe). Según V.H C. de Albuquerque et al, aquellas aleaciones de granos refinados, absorben mayor energía de impacto que las aleaciones de grano grande [2]. Este ensayo también permite evaluar la evolución (o la cinética) de precipitación resultante de un tratamiento térmico [3]. MA Dang-sheri, et al, estudiaron, mediante ensayos de impacto, el efecto que produce la temperatura del tratamiento térmico de homogeneizado de una microestructura de un acero H13. Sus resultados indican que se produce una modificación sustancial en la microestructura a través de la eliminación de la segregación.

En este trabajo se estudia la cinética de precipitación y sus efectos en la microestructura y en las propiedades de una aleación base cobre (CuNiSiCr) [4] a través de ensayos de impacto y fractografia.

Las superficies de fractura se analizan mediante microscopía electrónica de barrido con el equipo ESEM FEI Quanta 200, disponible en el Laboratorio de Investigaciones de Metalurgia Física – FI – UNLP. Se obtienen mediante esta técnica indicios de las causas de la nucleación de la fisura, mecanismo y dirección de la propagación de la misma. El aspecto de la fractura indica, en modo cualitativo, la energía absorbida en la fractura y los mecanismos que actuaron en la falla.

Del estudio realizado sobre la aleación termotratable CuNiSiCr, resulta evidente que la temperatura del tratamiento térmico afecta la microestructura y las propiedades.

En las figuras siguientes se comparan los efectos de la diferente cinética de precipitación sobre las superficies de fractura. A la izquierda de la figura 1 se observa

un material que absorbe una alta energía de impacto (142,8J y una dureza de 87HRb), mientras que a derecha se observa una morfología de aspecto “rocoso” y muestra las formas parciales de los granos individuales (70,99 J y una dureza de 93,5 HRb). Sin dudas, el aspecto de la fractura es mixto, o sea que existen dos modos de fractura: por un lado, se ven algunas regiones donde el modo de fractura es dúctil (flecha) con exhibición de hoyuelos y en otras regiones se observa una fractura intergranular, tipo frágil (circulo).

Figura 1- diferentes morfologías de fractura de la aleación CuNiSiCr [4] El mecanismo de fractura es fuertemente influenciado por la temperatura y el tiempo

de envejecido. Mientras que a 595°C la naturaleza de la fractura es dúctil a menores temperaturas se observa un modo de propagación de la fisura tipo ductil-fragil en circunstancias de una cinética de precipitación más lenta y, probablemente, una morfología de precipitados diferentes.

Se concluye que, el aumento de temperatura no produce la precipitación de compuestos fragilizantes en los límites de grano, o directamente la precipitación no llega a extenderse por toda la superficie del grano como para debilitarlo, con lo cual se favorece la tenacidad al impacto y se genera un material más dúctil. Esta condición puede resultar interesante en la industria por el escaso tiempo de aplicación del tratamiento térmico.

Referencias 1. Gencaga Purcek, Onur Saray, Ibrahim Karamanb, Tevfik Kucukomeroglu, Materials Science

and Engineering A 490 (2008) 403–410

2. Victor Hugo C. de Albuquerque, Tadeu Antonio de A. Meloa, Rodinei M. Gomesa, Severino

Jackson G. de Lima, João Manuel R.S. Tavares, Materials Science and Engineering A 528

(2010) 459–466

3. MA Dang-sheri, ZHOU j ian, CHEN Zai-zhi , ZHANG Zhong-kan ,CHEN Qi-an, LI De-hui,

JOURNAL OF IRON AND STEEL RESEARCH. INTERNATIONAL. 2009. 16(5): 56-60

4. W. W. Edens y Q. F. Ingerson, US patent N° 4191601.