evaluaciÓn del comportamiento mecÁnico de juntas de

UNIVERSIDAD DE CARABOBO

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA

EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE JUNTAS DE ALEACIONES DE ALUMINIO AA6061 Y AA7075 SOLDADAS MEDIANTE EL PROCESO GTAW

DEFORMADAS EN FRIO PLÁSTICAMENTE.

Caputa, Giovanni

Padrin, Giovanni

Naguanagua, Mayo 2012.





DEFORMADAS EN FRIO PLÁSTICAMENTE

Caputa, Giovanni

Padrin, Giovanni

Naguanagua, Mayo 2012.





DEFORMADAS EN FRIO PLÁSTICAMENTE

Trabajo especial de grado presentado ante la Ilustre Universidad de Carabobo para optar al título de Ingeniero Mecánico

Tutor académico: Ing. Franklin Camejo

Autores:

Caputa, Giovanni

Padrin, Giovanni

Naguanagua,Mayo 2012




CERTIFICADO DE APROBACIÓN

Quienes suscriben, Miembros del Jurado designado por el

Consejo de Escuela de Ingeniería Mecánica para examinar la Tesis de

Pregrado titulada “Evaluación del comportamiento mecánico de

juntas de aleaciones de aluminio AA6061 y AA7075 soldadas

mediante el proceso GTAW deformadas en frio plásticamente”,

presentada por los bachilleres: Giovanni J. Caputa Graterol, y

Giovanni R. Padrin Perfetti, portadores de la Cédula de Identidad Nº:

18.106.316, y 17.905.816, respectivamente; hacemos constar que

hemos revisado y aprobado el mencionado trabajo.

_______________________

Prof. Franklin Camejo,Ing. Tutor, Presidente del jurado

_______________________ Prof. Sandra Cabello Miembro del jurado

________________________ Prof. Oswaldo Urbano

Miembro del jurado

En Naguanagua a los 22 días del mes de Mayo de 2012.

DDeeddiiccaattoorriiaa

A Dios, porque sin el nada es posible, por enseñarnos a tener fe y fe de

que se puede lograr es necesario para cumplir esta meta profesional.

Especialmente a mis Padres, pilares principales en la edificación de mi

ser. Se lo debo todo a ellos: salud, educación, valores, creencia y honor. Mi

Padre; Giovanni Caputa y mi Madre; Lilia Y. Graterol. Siempre han estado

cuando los he necesitado y más aun en el proceso del desarrollo del

presente trabajo de grado. Siempre estaré en deuda con ustedes.

Mi novia, Ing. Jenniffer J.Vigas A., por su incalculable ayuda en el

desarrollo de la investigación, su apoyo incondicional. Le agradezco por

estar a mi lado en los momentos buenos y malos, por brindarme su cariño,

consuelo, amor y paciencia. Estaré de por vida agradecido.

Amigos, de la vida, de la universidad, de la infancia todos ellos han

influido en la forja de mi personalidad, somos las experiencias que vivimos y

con quien las vivimos.

Especialmente a Giovanni Padrin, Humberto Díaz, Adriana Perales,

Ernesto López, piezas fundamentales para el logro de este proyecto.

A los profesores de la Universidad de Carabobo por ser nuestros tutores y

mentores en desarrollo de esta carrera. Especialmente Ing. Franklin Camejo

nuestro tutor, que siempre ha estado para nosotros cuando hemos

necesitado de sus consejos y conocimientos.

Giovanni Caputa

Al más especial de todos, a ti señor porque hiciste realidad este sueño,

por el amor con el que siempre me has rodeado. Esta meta alcanzada es

para ti.

A mi madre, Alba Perfetti de Padrin y a mi padre, Antonio Padrin por su

enseñanza, amor e incondicionalidad. Por su educación, sus consejos y

porque en cada momento vivido, bueno o malo, siempre supieron dejarme

una enseñanza de vida.

A mis hermanos, porque son parte de mi y su apoyo es algo con lo que

siempre conté y contaré, siempre empujándome a superarme y ser mejor.

Mis compañeros, los cuales siempre brindaron una mano amiga y

desinteresada para ayudar en momentos difíciles, así como por los

innumerables momentos de alegría compartidos, en especial personas como

Humberto Díaz, Jenniffer Vigas, Julio Tobia y mi compañero de investigación

Giovanni Caputa, con el cual palmo a palmo he recorrido cada etapa de mi

carrera, siendo lo más importante de de esta, el cariño y la amistad de las

personas con la que compartí tan preciados momentos.

Por último, a Carla Bonaguro, porque presente o no, siempre sentí tu

apoyo e incondicionalidad, este logro es para ti también y será el comienzo

de muchas satisfacciones más.

Giovanni Padrin

AAggrraaddeecciimmiieennttooss

A Dios por iluminarnos durante todo el camino.

A nuestro tutor de tesis por sus inagotables consejos, asesoramiento y

disponibilidad durante el periodo de investigación.

A todo el personal del Laboratorio de Materiales, por su paciencia y

ayuda.

Al personal de las empresas TRIME C.A, KBT C.A por facilitarnos las

instalaciones y equipos para la ejecución de los ensayos experimentales.

A todos los compañeros de estudios que tuvimos durante la carrera, que

nos ayudamos mutuamente para lograr esta meta.

A la Universidad de Carabobo por ser nuestra casa de estudios

Un agradecimiento de Corazón

RReessuummeenn

El presente trabajo especial de grado tiene como objetivo general el

estudio de la influencia de la deformación plástica en frio en juntas de

aleaciones de aluminio AA6061 y AA7075 soldadas a través del proceso

TIG. La soldadura se ejecutó con un equipo GTAW o TIG de manera

manual, sin material de aporte y un flujo de gas argón constante, la

deformación en frio se generó a través de un proceso de laminación con tres

diferentes porcentajes de reducción de espesor. En ambos aluminios se

realizaron ensayos de tracción, dureza y metalografía, se evaluaron los

cambios en el comportamiento mecánico que la deformación en frio produce

en las uniones soldadas mediante la realización de ensayos de tracción. La

mejor predisposición para la soldadura resultó tenerlo el AA6061, así como

mantener sus propiedades durante el proceso de deformación y en el caso

de la reducción de espesor de 8% mejorar sus propiedades. Para el AA7075

mediante el proceso de soldadura autógena GTAW no se pudo lograr una

unión permanente válida para ser ensayada. Al comparar ambas aleaciones,

se determinó que el aluminio 7075 obtuvo las mayores propiedades

mecánicas con una gran tenacidad. Además se determinó que la soldadura

hecha sin aporte en la aleación de aluminio 6061 presentaba propiedades

mecánicas iguales o mejores que el material base.

RReeccoommeennddaacciioonneess

Realizar el proceso de soldadura TIG con equipos donde se pueda

ajustar las intensidades de corrientes a los rangos recomendados y

controlar la velocidad de soldadura, ya que este último parámetro

influye en la calidad del cordón de soldadura y su aplicación manual

exige una gran habilidad por parte del soldador para minimizar las

imperfecciones.

Cambiar los rodillos del laminador que se encuentra en el taller

metalmecánico de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de

Carabobo por rodillos nuevos, para realizar deformaciones plásticas en

frío, que produzcan la mejor variación posible de espesor en toda la

sección del material.

Probar métodos de soldadura no convencionales en el AA7075 o en su

defecto los convencionales utilizando aportes.

Evaluar el comportamiento de juntas soldadas y deformadas

plásticamente en frío para otros materiales.

Realizar un trabajo especial de grado utilizando el método de

evaluación cruzada para obtener la validación de los datos obtenidos.

106 “Evaluación del comportamiento mecánico de juntas de aleaciones de aluminio AA6061 y AA7075

soldadas mediante el proceso GTAW deformadas en frio plásticamente”.

Para futuros trabajos de investigación con el material AA7075 se

recomiendan cuidados adicionales de almacenamiento, preparación,

evaluación y transporte.

Se recomienda utilizar silica liquida coloidal, como abrasivo, para el

pulido de las probetas de aluminio y así obtener un mejor acabo para la

evolución de los ensayos de metalografía

UNIVERSIDAD DE CARABOBO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA FORMATO TG-5 SOLICITUD DE JURADO EXAMINADOR

Naguanagua, 22de Mayo de 2012

Ciudadano Prof. Sandra Cabello Director-Presidente y demás miembros del Consejo de Escuela de Ingeniería Mecánica Presente.- De acuerdo a lo establecido en el artículo 24 del “Reglamento de Trabajo Especial de Grado”, me remito a usted con la finalidad de solicitar se sirva nombrar el Jurado Examinador de la investigación titulada: “Evaluación del comportamiento mecánico de juntas de aleaciones de aluminio AA6061 y AA7075 soldadas mediante el proceso GTAW deformadas en frio plásticamente”, realizada por los bachilleres: Giovanni Caputa Graterol y Giovanni Padrin Perfetti, portadores de la cédula de identidad: 18.106.316 y 17.905.816, respectivamente; y del cual fui designado como tutor. De igual manera doy fe de que he revisado y bajo mi única responsabilidad solicito la designación del Jurado. Se consignan tres (03) copias provisionales de la monografía de acuerdo a lo establecido en el Artículo 25 del mencionado reglamento.

Profesor Tutor: Prof Franklin Camejo. _________________________

Firma

FORMATO TG-5-A DESIGNACIÓN DE JURADO EXAMINADOR De acuerdo a lo establecido en el Artículo 24 del “Reglamento del Trabajo Especial de Grado”, este Consejo designa a los profesores:

Prof. Franklin Camejo (Presidente)

Prof._________________ (Miembro del Jurado)

Prof. _________________ (Miembro del Jurado)

Prof._________________ (Suplente)

Jurado examinador del Trabajo de Grado propuesto En Naguanagua, a los 22 días del mes de Mayo de 2012.

________________________________ Director-Presidente Consejo de Escuela

Ingeniería Mecánica

IInnttrroodduucccciióónn

La tecnología evoluciona sin detenerse y se necesitan nuevos estudios

e investigaciones para sustentar su continuo progreso y sin lugar a duda los

materiales no ferrosos, se han convertido un punto importante en la búsqueda

de nuevos avances.

Para la unión de estos materiales existen procesos de fabricación de

gran calidad como: GTAW (soldadura por arco con electrodo de tungsteno,

por sus siglas en ingles). Mediante esta tecnología se logra que materiales

como el aluminio se puedan utilizar en una gran cantidad de aplicaciones con

resultados altamente satisfactorios, bajo regulaciones y estándares de calidad

elevados como son en los de la industria automotriz, aeronáutica civil y militar.

El aluminio, es el elemento metálico más abundante en la corteza

terrestre, el cual forma más del 7% del total de la masa total del planeta. Su

ligereza, conductividad eléctrica, resistencia a la corrosión y bajo punto de

fusión, le convierten en un material idóneo para multitud de aplicaciones. Por

esta importante razón, en el presente trabajo especial de grado se realiza la

Evaluación del comportamiento mecánico de juntas de aleaciones de

aluminio AA6061 y AA7075 soldadas mediante el proceso GTAW

deformadas en frio plásticamente, se realizó la selección de este material

por sus determinadas características y la gran cantidad de aplicaciones del

aluminio en la industria.



Para la presentación de este trabajo de grado fue necesario fragmentarla

en cuatro (4) capítulos, muy bien definidos y los cuales se encuentran

constituidos de la siguiente forma:

Inicialmente, en el primer capítulo, se suministra la información necesaria

para conocer el problema planteado, la justificación del mismo; así como

también, los objetivos para llevar a cabo la investigación, las diversas

limitantes que se presentan, y el alcance que se desea obtener.

Posteriormente, en el segundo capítulo, se presentan los antecedentes,

que comprenden los estudios previos y trabajos de grado relacionados con el

problema planteado. Además, de las bases teóricas que guardan una

estrecha relación con el objeto del estudio. Ambos aspectos son

fundamentales para la realización de este proyecto.

En el tercer capítulo, se muestra la metodología que se va a implementar,

se describe el tipo de investigación las técnicas y los procedimientos para

llevar a cabo la indagación. Donde, se explica detalladamente las diversas

fases y actividades que conforman el aspecto experimental.

El Desarrollo del trabajo se describe en último capítulo (4) donde se

desarrolla la metodología planteada en el capitulo anterior. Corresponden a la

presentación de los resultados y el análisis de los mismos.

UNIVERSIDAD DE CARABOBO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA COORDINACIÓN DE PROYECTOS DE GRADO

SINOPSIS DEL PROYECTO DE GRADO TITULO DEL TRABAJO “EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE JUNTAS DE ALEACIONES DE ALUMINIO AA6061 Y AA7075 SOLDADAS MEDIANTE EL PROCESO GTAW DEFORMADAS EN FRIO PLÁSTICAMENTE” FECHA DE APROBACIÓN DEL TG-II: FECHA DE EX. FINAL: FECHA DE ENTREGA DE EJEMPLARES DEFINITIVOS A DIRECCIÓN DE ESCUELA: 22/05/12

El presente trabajo especial de grado tiene como objetivo general el estudio de la influencia de la deformación plástica en frio en juntas de aleaciones de aluminio AA6061 y AA7075 soldadas a través del proceso TIG. La soldadura se ejecuto con un equipo GTAW o TIG de manera manual, sin material de aporte y un flujo de gasa argón constante, la deformación en frio se genero a través de un proceso de laminación con tres diferentes porcentajes de reducción de espesor. En de ambos aluminios se realizaron ensayos de tracción, dureza y metalografía, se evaluaron los cambios en el comportamiento mecánico que la deformación en frio produce en el cordón de soldadura en gran parte de las muestras al realizarse los ensayos de tracción. La mejor predisposición para la soldadura resulto tenerlo el AA6061, así como mantener sus propiedades durante el proceso de deformación y en el caso de la reducción de espesor de 8% mejorar sus propiedades. Para el AA7075 mediante el proceso de soldadura autógena GTAW no se pudo lograr una unión permanente valida para ser ensayada. Así que una comparación. Al comparar ambas aleaciones, se determinó que el aluminio 7075 obtuvo las mayores propiedades mecánicas con una gran tenacidad. Además se determino que la soldadura hecha sin aporte en el Aleación de aluminio 6061 presentaba propiedades mecánicas iguales o mejores que el material base.

CEDULA DE IDENTIDAD NOMBRES FIRMA

18.106.316 Caputa, Giovanni ____________________

17.905.816 Padrin, Giovanni ____________________

Tutor: Ing.Franklin Camejo.

ÍÍnnddiiccee ggeenneerraall

Índice general, i

Índice de figuras, v

Índice de tablas, ix

INTRODUCCION, 1

CAPITULO I El Problema, 3

1.1 Situación Problemática, 3

1.2 Objetivos, 6

1.2.1 Objetivos Generales, 6

1.2.2 Objetivos Específicos, 6

1.3 Justificación, 7

1.4 Alcance, 7

1.5 Limitaciones, 8

1.6 Antecedentes, 9

CAPITULO II Marco Teórico, 13

2.1 Bases Teóricas, 13

ii

2.1.1 El Aluminio, 14

2.1.2 Aplicaciones del Aluminio, 15

2.1.3 Influencia de los tratamientos térmicos y mecánicos en las

propiedades mecánicas, 16

2.1.4 Series del Aluminio, 19

2.2 Aleación de Aluminio AA6061, 20

2.2.1 Aplicación del AA6061, 21

2.3 Aleación de Aluminio AA7075, 21

2.3.1 Aplicación de AA7075, 22

2.4 Soldadura, 23

2.4.1 Soldadura TIG - GTAW, 25

2.4.1.1 Beneficios, 26

2.4.1.2 Descripción del proceso de soldadura TIG, 26

2.4.2 Soldabilidad, 29

2.5 Procesos de Fabricación, 29

2.5.1 Laminación, 30

2.5.1.1 Laminación en frio, 30

2.6 Ensayos Mecánicos, 32

2.6.1 Ensayos de Tracción, 32

2.6.1.1 Curva Esfuerzo – Deformación, 34

2.6.2 Ensayo de Dureza, 36

2.7 Ensayos Metalúrgicos, 38

2.7.1 Ensayo de Microscopia, 39

CAPITULO III Marco Metodológico, 39

3.1 Nivel de la investigación, 41

3.2 Tipo de Investigación, 41

3.3 Método de Investigación, 42

3.4 Material Base, 45

iii

3.5 Caracterización del Material, 45

3.6 Soldadura, 46

3.7 Laminación, 50

3.8 Técnicas e Instrumentos de recolección de Datos, 52

3.8.1 Población y muestra, 54

3.8.2 Ensayo de Tracción, 55

3.8.3 Dureza, 57

3.8.4 Microscopia Óptica, 59

3.9 Exposición de Resultados Finales, 60

CAPITULO IV Resultados y Análisis de Resultados, 61

4.1 Caracterización del Material, 61

4.1.1 Composición Química de los Materiales, 62

4.1.2 Ensayo de Tracción para Caracterización del Material, 63

4.1.3 Ensayo de Dureza para Caracterización del Material, 67

4.1.4 Metalografía para Caracterización, 69

4.2 Deformación Plástica en Frio, 71

4.3 Resultados de los Ensayos de Tracción, 73

4.3.1 Ensayos de Tracción AA6061, 74

4.3.2 Ensayos de Tracción AA7075, 80

4.4 Resultados de Ensayos de Dureza, 86

4.5 Resultados de Análisis Metalográfico, 91

4.5.1 Microscopia del AA6061, 91

4.5.2 Microscopia del AA7075, 96

4.6 Análisis de resultados de la juntas de AA7075, 98

CONCLUCIONES, 101

RECOMENDACIONES, 105

REFERENCIAS, 107

ANEXOS, 110

ÍÍnnddiiccee ddee ffiigguurraass

CAPITULO II

2.1. Láminas de aluminio, 14

2.2. Soldador, 24

2.3. Proceso de soldadura TIG, 25

2.4. Proceso de Laminación, 31

2.5. Ensayo de Tracción, 33

2.6. Curva Tensión-Deformación, 36

2.7. Penetrador Vickers y Huella, 38

CAPITULO III

3.1. Esquema del proceso experimental, 44

3.2. Sentido de laminación y dimensionamiento, 47

3.3. Representación de cordón de soldadura, 47

3.4 Taller TRIME C.A. Zona Industrial Castillito, Edo. Carabobo, 48

vi

3.5 Electrodo de Tungsteno Puro, 48

3.6 Magic Wave Fronius 2200 tig welder, 49

3.7. Laminadora Experimental Laboratorio de Procesos de Fabricación,

Facultad de Ingeniería, Universidad de Carabobo, 50

3.8 Fresadora INDUMA modelo 41085, 52

3.9 Cizalla motorizada WEINGARTEN, 53

3.10 (a) Datos de la GALDABINI, 56

3.10 (b) GALDABII CTM 20, 56

3.11 Dimensionamiento de probetas ASTM – E8m, 56

3.12. Elaboración de probetas Fresadora 3 ejes. Taller TRIME CA, 57

3.13. Durómetro de Rockwell marca BUEHLER, 58

3.14 Zonas a estudiar, 58

CAPITULO IV

4.1Grafico esfuerzo-deformación de AA6061 al 0%RE, 63

4.2 Grafico esfuerzo máximo y ultimo de AA6061 al 0%RE, 64

4.3 Grafico esfuerzo-deformación de AA7075 al 0%RE, 65

4.4 Grafico esfuerzo máximo y ultimo de AA7075 al 0%RE, 65

4.5 Microscopia óptica: a) AA6061, b) AA7075 400X de aumento, 70

4.6 Probetas de AA6061 deformadas plásticamente en frio a distintos

%RE, 71

4.7 Probetas de AA7075 deformadas plásticamente en frio a distintos

%RE, 72

vii

4.8 Muestra de grietas en los extremos de una probeta, 73

4.9 Grafico esfuerzo-deformación al 0%RE (con cordón de soldadura), 74

4.10 Grafico esfuerzo máximo y ultimo al 0% RE, 74

4.11 Grafico esfuerzo-deformación al 8%RE (con cordón de soldadura),

75



76



78


4.17 Grafica de esfuerzo promedio de Ruptura - %RE, 79

4.18 Grafico esfuerzo-deformación al 0%RE, 80




4.22 Grafico esfuerzo-deformación al12%RE, 83




viii

4.26 Grafica de Esfuerzo promedio de ruptura - %RE, 86

4.27Grafico de dureza de AA6061, 87

4.28 Grafico de dureza de AA6061 con 0% RE (Zona transición y cordón),

87

4.29Grafico de dureza de AA6061 con 0% RE (Material base), 88

4.30 Grafico de dureza del AA7075 a distintos % RE, 89

4.31 Dureza Rockwell F de AA7075 con 6% RE, 90

4.32 Material base AA6061 a) 200X b) 400X a 0%RE, 91

4.33Cordón de soldadura de AA6061 a) 200X b) 400X a 0% RE, 92

4.34 Material Base de AA6061 a) 200X b) 400X a 8% RE, 92

4.35 Cordón de soldadura de AA6061 a) 200X b) 400X a 8% RE, 93


4.37 Cordón de soldadura de AA6061 a) 200X b) 400X a 16% RE, 94


4.39 AA7075 a) 200X b) 400X con un 0% RE, 96

4.40AA7075 a) 200X b) 400X con un 6% RE, 97

4.41 AA775 a) 200X b) 400X con un 12% RE, 97

4.42 AA775 a) 200X b) 400X con un 12% RE, 98

4.43 Grieta en junta de AA7075, 100

ÍÍnnddiiccee ddee TTaabbllaass

CAPITULO II

2.1. Clasificación de aleaciones de aluminio por número De serie, 19

2.2 Composición química en porcentaje % del 6061, 21

2.3 Comportamiento Mecánico del 6061, 21

2.4 Composición química en porcentaje % del 7075, 22

2.5 Comportamiento Mecánico del 7075, 22

CAPITULO III

3.1. Composición química en porcentaje % del AA6061-Real, 45

3.2. Composición química en porcentaje % del AA7075-Real, 45

3.3. Dimensiones láminas, 45

3.4. Población y Muestra, 55

CAPITULO IV

4.1. Composición química experimental del aluminio AA6061-T0, 62

4.2 Composición química experimental del aluminio AA7075-T0, 62

4.3 Esfuerzo de fluencia, máximo y esfuerzo ultimo de AA6061 al 0% RE, 63

4.4 Esfuerzo de fluencia, máximo y esfuerzo ultimo de AA7075 al 0% RE, 66

4.5 Valores experimentales esfuerzos de fluencia, esfuerzo máximo y reducción

de espesor máximo en fractura, 66

4.6 Propiedades Mecánicas teóricas de tracción de los aluminios AA6061 y

AA7075 según el ASM Handbook, 67

4.7 Medidas de Dureza de Rockwell, 68

4.8 Esfuerzos del AA6061 al 0% RE, 75








4.16 Promedios de dureza de AA6061, 88

4.17 Promedios de dureza de AA7075, 90

CAPÍTULO 1

El Problema

En el presente capítulo, se describe el problema, sus posibles causas,

consecuencias y justificación; a partir de lo cual han surgido los objetivos de

esta investigación, así como, se definen los alcances y limitaciones. De esta

manera, se lleva a cabo una revisión de los estudios realizados

recientemente en el área de interés.

1.1 Situación problemática

Venezuela, por ser un país de inmensa abundancia y variedad de

minerales, cuenta con grandes cantidades de plantas industrial distribuidas

en una diversidad de campos tales como son la minería, metalurgia así como

también el sector automotriz; ampliamente representada en el estado

Carabobo por empresas ensambladoras automotrices como: Ford Motors de

Venezuela, General Motors y Daimler Chrysler; y de maquinaria. Dentro de

las muchas aplicaciones que se desarrollan dentro ellas se encuentra las

uniones permanentes por medio de soldadura, principal método usado para

unir tanto elementos mecánicos como estructuras. Su amplia utilización

4 “Evaluación del comportamiento mecánico de juntas de aleaciones de aluminio AA6061 y

AA7075 soldadas mediante el proceso GTAW deformadas en frio plásticamente”.

radica en que casi todos los materiales metálicos pueden ser unidos de

manera fiable por medio de este método, como por ejemplo el aluminio, el

cual posee una larga vida útil, una gran relación resistencia/peso, bajo

mantenimiento, no inflamable y por su relativa ductilidad, se presenta como

un material fácil de incorporar en cualquier construcción.

Las ventajas anteriormente mencionadas hacen que el aluminio se pueda

trabajar en casi todos los procesos de conformado, como por ejemplo, en

laminación en frío, troquelado, extrusión entre otros procesos de gran

importancia que se encuentran en la industria actualmente, y que a su vez se

han introducido de manera innovadora en el sector automotriz. La razón de

esto es la inclusión de nuevos materiales que optimizan el desempeño final

del producto así como la mejora de herramientas y técnicas de conformado.

En este punto la laminación en frío se ve como uno de los procesos

altamente productivos para la fabricación de perfiles en aluminio, debido

principalmente al endurecimiento por deformación como resultado del

conformado, lo cual se puede convertir en una gran ventaja en muchos

casos.

Otro proceso importante en la manufactura del aluminio es la extrusión,

por ejemplo, en la empresa Extrudal extrusión de aluminio, C.A. para hacer

marcos para vidrios y ventanas, las cuales en muchas oportunidades son de

gran longitud. En estos casos en los cuales para obtener la longitud

requerida es necesario unir 2 o más piezas de aluminio por medio de la

soldadura antes del proceso de extrusión, dicha soldadura debe ser capaz de

resistir la deformación plástica ocasionada por el proceso de extrusión de

manera de obtener un producto con una superficie homogénea y libre de

agrietamiento en las uniones que hayan sido requeridas, para de esta forma

conformar una sola pieza.

Capítulo 1. Introducción 5

Es de gran importancia comentar que en el momento de la soldadura en

sí, el material depositado así como el material adyacentes a la unión,

alcanzan altas temperaturas, que posteriormente al enfriarse se contraen

creando esfuerzos entre las fibras del material, y si estas no se encuentran

limitadas por los elementos que rodean a la soldadura, se originan

deformaciones tales como acortamientos o deformaciones angulares, que en

conjunto con las deformaciones subsiguientes que se producen en la

soldadura por el proceso de deformación plástica, generando, durante el

proceso de manufactura (laminado, extrusión, etc.), esfuerzos, fatiga u otra

situación adversa que podría generar fallas o el colapso de la soldadura y por

consiguiente la falla en el elemento soldado.

En el ámbito de la soldadura tenemos dos grandes grupos, las soldaduras

con aporte y las soldaduras sin aporte. Entre las soldaduras con aporte,

como la GMAW/MIG mientras en el otro grupo tenemos soldadura por

microondas y tipo GTAW/TIG. El sistema TIG es un tipo de soldadura en el

que se utiliza el intenso calor producido por un arco eléctrico, generado entre

un electrodo de tungsteno no consumible y la pieza a soldar. Dicho proceso

de soldadura es ampliamente utilizado en el ámbito industrial, principalmente

para soldar planchas de bajo espesor de aceros al carbono, aceros

inoxidables y aluminio.

Las aleaciones de aluminio AA6061 y AA7075 son ampliamente utilizadas

en procesos de manufactura. En particular en la construcción de elementos

mecánicos y piezas estructurales debido a sus propiedades mecánicas

parecidas a la del acero pero con un menor peso.



Por esto y por la gran cantidad de aplicaciones del aluminio en la industria,

se requiere evaluar la influencia de la deformación plástica en frío en juntas

de aluminio soldadas con el proceso de arco por electrodo de tungsteno y

protección gaseosa (TIG).

1.2 Objetivos

1.2.1 Objetivo General

Evaluar el comportamiento mecánico de las juntas de aluminio

AA6061 y AA7075 soldadas mediante el proceso GTAW deformadas en

frío plásticamente.

1.2.2 Objetivos Específicos

1. Identificar las propiedades mecánicas por ensayos de tracción, dureza

y determinar la composición química de las aleaciones de aluminio

AA6061 y AA7075.

2. Determinar las propiedades mecánicas y microestructurales de juntas

soldadas de las aleaciones de aluminio AA6061 y AA7075 por medio

de análisis metalográfico y ensayos de tracción luego de aplicar la

deformación en frío mediante laminación.

3. Evaluar bajo el código ASTM E8M el comportamiento de la soldadura

luego de ser sometida a un proceso de laminado en frio.

4. Comparar el efecto de la deformación plástica en frío entre las

soldaduras de ambas aleaciones, AA6061 y AA7075.


1.3 Justificación

En gran parte de los procesos de manufactura de la actualidad se están

usando grandes cantidades de aleación de aluminio AA6061 y AA7075, las

cuales junto a la aplicación de un proceso de soldadura GTAW se construye

maquinaria industrial, armamento, blindaje de grado militar, chasis de

vehículos, carrocerías y muchas partes donde se necesita una construcción

ligera pero de gran resistencia a los esfuerzos. En la industria automotriz las

corporaciones que hacen uso de este proceso de soldadura son: Nissan,

Lotus, Bugatti, Volvo, Subaru entre otras.

La soldadura GTAW es un proceso ampliamente utilizado para unión

permanente de componentes mecánicos de gran variedad de tamaño. Su

uso se puede ver en las empresas automotrices, donde las diferentes piezas

al ser ensambladas y puestas en funcionamiento dentro de dicho vehículo

quedan sometidas a distintos esfuerzos, los que luego de un largo período de

servicio pudieran llevar a una deformación superior a la que soporta las

partes soldadas, lo que conduciría a fallas mayores incluyendo la rotura total

de la pieza, que de ocurrir durante el uso del vehículo puede poner en riesgo

vidas humanas.

1.4 Alcance

Se analizó el efecto de la deformación plástica en frío de treinta y cinco

(35) probetas, diecinueve (19) probetas del aluminio AA6061 y dieciséis (16)

del aluminio AA7075 respectivamente, mediante la realización de ensayos

de tracción en cada una de ellas.



Ocho (8) probetas se destinaron para los ensayos de dureza, cuatro de

cada Aleación y otras ocho (8) se sometieron a un análisis de microscopia

donde también se designaron cuatro (4) para cada material

La selección de las probetas para los análisis de dureza y microscopía se

realizó con el objetivo de tener una muestra por cada una de las

deformaciones así como su estado original (sin deformaciones)

Las láminas se soldaron utilizando un electrodo de tungsteno; no

consumible; a través de un proceso de soldadura GTAW, utilizando el argón

como gas protector y sin la utilización de ningún tipo de aporte.

También se realizaron una serie de comparaciones entre ambas

aleaciones, para evaluar los diferentes parámetros en las distintas

condiciones, y en función a los porcentajes de deformación utilizados, se

estableció un límite de deformación al cual podía ser sometido el material, el

cual tiene un espesor al momento de ser recibido de: 3,175 mm.

Se procedió también a seleccionar los parámetros adecuados para la

soldadura TIG en aleaciones AA6061 y AA7075 por medio de la utilización

de catálogos y manuales.

1.5 Limitaciones

Importación del aluminio, AA6061 y AA7075, por no ser materiales de

producción nacional.


Accesibilidad de las máquinas del laboratorio de materiales y procesos,

para realizar: la soldadura, laminación en frío, tracción y observación

metalográfica a las láminas de aluminio.

Disponibilidad del operario para el manejo de la máquina de soldar.

Obtención del abrasivo: Silica líquida coloidal.

1.6 Antecedentes de la investigación

Gomes (2008), Las aleaciones de las series AA6XXX y AA7XXX están

consideradas como de media y alta resistencia, y se utilizan con gran

profusión en tecnologías como: aeronáutica, automoción, etc. Pero su

aplicación como materiales estructurales pasa, sin duda, por el adecuado

desarrollo de sus procesos de unión. En dicho trabajo, se realiza una

evaluación microestructural, tanto mediante técnicas de microscopía óptica

(MO) como electrónica (MEBREDS) y de las propiedades mecánicas

(evolución de la dureza) de estas aleaciones, una vez que han sido

sometidas a procesos de soldadura con arco, como son GTAW (TIG) y

GMAW (MIG), empleando un aporte de aleación de aluminio de composición

Al-5Mg, cuya denominación es AWS A5.10-92 (AA5356).

Gracias a la investigación antes mencionada, se logró entender los

parámetros más influyentes para ser tenidos en cuenta durante los procesos

de soldadura de ambas aleaciones.



Egizabal (2010), Una de las vías desarrolladas, en los últimos años, para

la mejora de las propiedades mecánicas de las aleaciones de aluminio es la

de la incorporación de refuerzos cerámicos en forma de partículas cerámicas.

El objetivo principal del trabajo ha sido desarrollar el proceso de fabricación

de una aleación de aluminio 6061 reforzada con partículas de diboruro de

titanio, TiB2, y analizar las propiedades del material obtenido. Se ha

observado que el proceso de fabricación planteado, consiste en la

fabricación de las partículas por medio del proceso de síntesis auto

propagada a alta temperatura SHS (Self-propagatinghigh temperatura

synthesis, por sus siglas en inglés) y su posterior incorporación a la aleación

6061, es un proceso viable para la fabricación de aleaciones reforzadas

adecuadas para la realización de procesos subsiguientes de extrusión o

forja. El resultado final es la obtención de un material adecuado para la

fabricación de componentes extruidos y que presenta una mejora de sus

propiedades de tracción y fatiga, en comparación a la aleación base.

La investigación antes mencionada, expandió la percepción sobre los

posibles usos, así como la posibilidad de lograr aleaciones más sofisticadas y

más importante aún, entender y comprender que en materiales no ferrosos

pueden ser incorporados a las aleaciones de aluminio y el efecto que se

genera en las uniones permanentes entre dichas aleaciones.

Cabot (2003), El proceso por Fricción-Agitación (FSW) “Friction Stir

Welding” desarrollado por el Instituto Tecnológico para la Soldadura (TWI

“Technological Welding Institute”) de Inglaterra en la última década es un

nuevo concepto en soldadura en fase sólida por fricción especialmente apto

para la soldadura del aluminio y sus aleaciones que ofrece aspectos

interesantes y que en muchos casos puede remplazar con ventaja a los

procesos usuales por arco. Es un proceso automático que permite soldar


juntas a tope y a solape de gran longitud y por consiguiente supera la mayor

limitación del proceso convencional por fricción que consiste precisamente

en la restricción de su aplicación a piezas con simetría de revolución. El FSW

se basa esencialmente en la utilización de una herramienta cilíndrica de un

perfil especial, la cual se inserta entre las superficies de encuentro de los

materiales a unir con una cierta velocidad de rotación y bajo una fuerza

determinada. Las piezas deben estar rígidamente vinculadas a tope o

superpuestas para evitar su movimiento cuando avanza la herramienta a lo

largo de la junta produciendo la dispersión de los óxidos, la plastificación

localizada del material y la soldadura. En este trabajo se repasan principales

características y equipamiento y se presentan resultados de experiencias

efectuadas para evaluar la influencia de la velocidad de avance sobre las

propiedades mecánicas de la unión a tope de chapa AA6061 T6 de 6,25mm

de espesor. Adicionalmente, se comentan diversos aspectos de la

experiencia acumulada.

El acercamiento científico antes mencionado fue fundamental para la

comprensión de las dificultades inherentes de los procesos de soldadura en

aluminio así como la aplicación de diferentes formas de unión que sirvieron

en gran medida para evaluar las ventajas y desventajas de uniones

permanentes como la TIG.

CAPÍTULO 2

Marco Teórico

A continuación, se describen los aspectos teóricos que serán empleados

para la evaluación del comportamiento mecánico de juntas de aleaciones de

aluminio AA6061 y AA7075 soldadas mediante el proceso GTAW

deformadas en frío plásticamente. Inicialmente, se presentan las bases

teóricas, luego se definirá el proceso de soldadura GTAW y por último se

explicarán los ensayos a realizar.

2.1 Bases teóricas

Comprende un conjunto de conceptos y proposiciones que constituyen un

punto de vista o enfoque determinado, dirigido a explicar el fenómeno o

problema planteado en el capitulo uno (1). Se definen las leyes y principios

dentro de las cuales se sitúa el trabajo de investigación.



2.1.1 El aluminio

Es el elemento metálico más abundante en la corteza terrestre, el cual

forma más del 7% del total de la masa total del planeta. Su ligereza,

conductividad eléctrica, resistencia a la corrosión y bajo punto de fusión, le

convierten en un material idóneo para multitud de aplicaciones,

especialmente la aeronáutica, sin embargo, la elevada cantidad de energía

necesaria para su obtención dificulta su mayor utilización, dificultad que

puede compensarse por su bajo costo de reciclado, su dilatada vida útil y la

estabilidad de su precio. (Figura 2.1 láminas de aluminio).

Figura. 2.1. Láminas de aluminio.

Características Físicas

El aluminio es un elemento muy abundante en la naturaleza, sólo

aventajado por el silicio y el oxígeno. Se trata de un metal ligero, con una

densidad de 2700 kg/m3, y con un bajo punto de fusión (660 °C). Su color es

blanco y refleja bien la radiación electromagnética del espectro visible y el

térmico. Es buen conductor eléctrico (entre 34 y 38 m/(Ω mm2)) y térmico (80

a 230 W/(m·K)).

Capítulo 2. Marco Teórico 15

Características mecánicas

Mecánicamente es un material blando (Escala de Mohs: 2-3-4) y maleable.

En estado puro tiene un límite de resistencia en tracción de 160-200 N/mm2

[160-200 MPa]. Todo ello le hace adecuado para la fabricación de cables

eléctricos y láminas delgadas. Para su uso como material estructural se

necesita alearlo con otros metales para mejorar las propiedades mecánicas,

así como también, aplicarle tratamientos térmicos. Permite la fabricación de

piezas por fundición, forja y extrusión.

Características químicas

La capa de valencia del aluminio está poblada por tres electrones, por lo

que su estado normal de oxidación es III. Esto hace que reaccione con el

oxígeno de la atmósfera formando con rapidez una fina capa gris mate de

Alúmina Al2O3, que recubre el material, aislándolo de ulteriores corrosiones.

Esta capa puede disolverse con ácido cítrico. A pesar de ello es tan estable

que se usa con frecuencia para extraer otros metales de sus óxidos. Por lo

demás, el aluminio se disuelve en ácidos y bases. Reacciona con facilidad

con el ácido clorhídrico y el hidróxido sódico.

2.1.2 Aplicaciones del aluminio

La utilización industrial del aluminio ha hecho de este metal uno de los

más importantes, tanto en cantidad como en variedad de usos, siendo hoy un

material polivalente que se aplica en ámbitos económicos muy diversos y que

resulta estratégico en situaciones de conflicto. Hoy en día, tan sólo superado

por el acero. El aluminio se usa en forma pura, aleado con otros metales o en



compuestos no metálicos. En estado puro se aprovechan sus propiedades

ópticas para fabricar espejos domésticos e industriales, como pueden ser los

de los telescopios reflectores. Su uso más popular, sin embargo, es como

papel aluminio, que consiste en láminas de material con un espesor tan

pequeño que resulta fácilmente maleable y apto por tanto para embalaje

alimentario. También se usa en la fabricación de latas y Tretrabriks®.

Por sus propiedades eléctricas es un buen conductor, capaz de competir

en coste y prestaciones con el cobre tradicional. Dado que, a igual longitud y

masa, el conductor de aluminio tiene más conductividad, resulta un

componente útil para utilidades donde el exceso de peso resulta oneroso. En

el campo aeronáutica, así como en el diseño de tendidos eléctricos donde el

menor peso implica en un caso menor gasto de combustible y mayor

autonomía y en el otro la posibilidad de separar las torres de alta tensión

Además de eso, aleado con otros metales, se utiliza para la creación de

estructuras portantes en la arquitectura y para fabricar piezas industriales de

todo tipo de vehículos. También está presente en enseres domésticos tales

como utensilios de cocina y herramientas. Se utiliza así mismo como

combustible químico y explosivo por su alta reactividad. Como presenta un

buen comportamiento a bajas temperaturas, se utiliza para fabricar

contenedores criogénicos.

2.1.3 Influencia de los tratamientos térmicos y mecánicos en las

propiedades mecánicas.

Deformación en frío: la resistencia a la tracción, el límite elástico 0,2% y

la dureza aumentan por deformación en frío, mientras que el alargamiento a

la rotura y la estricción a la rotura, disminuyen.


El límite elástico 0,2% sube con la deformación en frío más fuertemente

que la resistencia a la tracción, aproximándose cada vez más a esta de

modo que se llega casi a una rotura por fragilidad sin deformación, lo que

supone que la deformación en frío tiene sus limitaciones. El comportamiento

en cuanto al aumento de resistencia por deformación en frío depende de la

composición. También juegan un papel importante el estado de la estructura

antes de la deformación y el tipo de deformación, la velocidad y la

temperatura de trabajo.

Mediante la deformación en frío se pueden modificar también otras

características como la conductividad eléctrica, que disminuye muy poco. La

influencia de una deformación en frío sobre la resistencia a la corrosión es

escasa.

Ablandamiento: mediante recocido a elevadas temperaturas se elimina la

acritud en los metales deformados en frío, lo que supone, que el aumento de

la resistencia conseguida con la deformación en frío, se puede aminorar en

mayor o menor medida. Una eliminación total de la acritud hasta conseguir el

estado inicial se produce cuando el recocido se realiza a temperaturas por

encima del umbral de la recristalización. A temperaturas por debajo de este

umbral aparece solamente una eliminación parcial del ablandamiento

(regeneración). Bajo estas circunstancias se supone que comienza la

recristalización a unos 240°C. El curso exacto de la curva de ablandamiento

depende, además del material, muy fuertemente del nivel de la deformación

en frío sufrida. Otras magnitudes que influyen son: el tiempo de recocido, la

velocidad de calentamiento y el estado de la estructura antes de la

conformación, es decir, los tratamientos térmicos y mecánicos sufridos, a los

que se le puede añadir el procedimiento de fundición que se haya seguido en

el material de partida.



Recocido de ablandamiento, estabilización: el recocido de

ablandamiento sirve para transformar materiales a un estado de resistencia

muy baja y alto alargamiento. Se realiza de ordinario para facilitar trabajos de

conformación o para hacerlos posible. En los materiales endurecidos en frío,

el recocido de ablandamiento consiste en un recocido de recristalización,

habiendo de tenerse en cuenta el tamaño de grano, la duración del recocido,

el nivel del grado de deformación en frío y los recocidos intermedios.

Normalizado: el normalizado sirve para la eliminación de tensiones

propias, que pueden surgir debido a un rápido enfriamiento de las piezas al

colarlas, por enfriamiento rápido después del proceso de endurecimiento o

por trabajo mecánico. Debido a las tensiones propias, pueden producirse

deformaciones en las piezas.

El endurecimiento por precipitación tiene lugar, fundamentalmente en tres

fases:

Por calentamiento a temperatura elevada se disuelven en la solución

sólida de aluminio la mayor parte de los componentes de la aleación,

que provocan el endurecimiento (recocido de disolución).

Por enfriamiento rápido, la solución sólida, enriquecida en estos

componentes de la aleación se transforma, en primer lugar, en un

estado sobresaturado (temple).

Por permanencia, a la temperatura ambiente o a una temperatura más

elevada, se producen precipitaciones de la solución sólida

sobresaturada, que provocan un aumento de la resistencia a la

tracción, del límite elástico 0,2% y de la dureza (envejecimiento o

maduración).


2.1.4 Series de aluminio.

El aluminio puro es un material blando y poco resistente a la tracción. Para

mejorar estas propiedades mecánicas se alea con otros elementos,

principalmente magnesio, manganeso, cobre, zinc y silicio, a veces se añade

también titanio y cromo. (Tabla 2.1. Clasificación de las aleaciones)

Tabla 2.1.Clasificación de aleaciones de aluminio por número de serie.

Serie

Designación

Aleante principal

Fase principal presente en la

aleación

1000 1XXX Al menos 99% aluminio -

2000 2XXX Cobre (Cu) Al2Cu - Al2CuMg

3000 3XXX Manganeso (Mn) Al6Mn

4000 4XXX Silicio (Si) AlSi

5000 5XXX Magnesio (Mg) Al3Mg2

6000 6XXX Magnesio (Mg) y Silicio (Si) Mg2Si

7000 7XXX Zinc (Zn) MgZn2

Fuente: Asociación europea de aluminio (EAA)

La primera aleación de aluminio, el popular duraluminio fue descubierta

casualmente por el metalúrgico alemán Alfred Wilm y su principal aleante era

el cobre. Actualmente las aleaciones de aluminio se clasifican en series,

desde la 1000 a la 7000.

Las series 2000, 6000 y 7000 son tratadas térmicamente para mejorar sus

propiedades. El nivel de tratamiento se denota mediante la letra T seguida de

varias cifras, de las cuales la primera define la naturaleza del tratamiento. Así

T3 es una solución tratada térmicamente y trabajada en frío.

Serie 1000: realmente no se trata de aleaciones sino de aluminio con

presencia de impurezas de hierro o aluminio, o también pequeñas

cantidades de cobre, que se utiliza para laminación en frío.

http://es.wikipedia.org/wiki/Duraluminio



Serie 2000: el principal aleante de esta serie es el cobre, como el

duraluminio o el avional. Con un tratamiento T6 adquieren una

resistencia a la tracción de 442 MPa, que lo hace apto para su uso en

estructuras de aviones.

Serie 3000: el principal aleante es el manganeso, que refuerza el

aluminio y le da una resistencia a la tracción de 110 MPa.

Serie 4000: el principal aleante es el silicio.

Serie 5000: el principal aleante es el magnesio que alcanza una

resistencia de 193 MPa después del recocido.

Serie 6000: se utilizan el silicio y el magnesio. Con un tratamiento T6

alcanza una resistencia de 290 MPa, apta para perfiles y estructuras.

Serie 7000: el principal aleante es el zinc. Sometido a un tratamiento

T6 adquiere una resistencia de 504 MPa, apto para la fabricación de

aviones.

2.2 Aleación de aluminio AA6061

El 6061 es aluminio aleación, con magnesio y silicio como los elementos

de aleación. Tiene características mecánicas generalmente buenas y es

calor tratable y soldable. Es una de las aleaciones más comunes del aluminio

para el uso de fines generales. En la Tabla 2.2 se muestra la composición

química del 6061 y en la tabla 2.3 se muestra el comportamiento mecánico.

http://www.multilingualarchive.com/ma/enwiki/es/Aluminium

http://www.multilingualarchive.com/ma/enwiki/es/Alloy

http://www.multilingualarchive.com/ma/enwiki/es/Magnesium

http://www.multilingualarchive.com/ma/enwiki/es/Silicon


Tabla 2.2 Composición química en porcentaje % del 6061

% Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Otros Al

Min 0,40 0,00 0,15 0,00 0,80 0,04 0,00 0,00

Max 0,80 0,70 0,15 1,20 0,35 0,25 0,15 0,15 0,15 Resto

Fuente: Laboratorio Kaiser Aluminum – Spokane, WA

Tabla 2.3 Comportamiento Mecánico del 6061.

Densidad (g/cm2) 2,7

Coef. De dilatación (0 a 100°C)

(°C-1

x106)

23,6

Rango de Fusión (C°) 575-650 Conductividad Térmica(0 a

100°C) (W/m.°C)

Temple T6:

167

Módulo de elasticidad

(mPa) 69500 Resistividad a 20° (µΩcm)

Temple T6:

4,0

Coeficiente de Poisson 0,33 Calos especifico (0 a 100°C) 940

Fuente: Resistencia de materiales – Andrew Pytel, Ferdinand L. Singer – Cuarta edición

2.2.1 Aplicaciones AA6061

Componentes de chapa conformada y/o soldada, piezas mecánicas,

industria del plástico, camiones, torres, canoas, vagones, muebles, cañerías,

construcción de estructuras de avión, marcos de la bicicleta, y otras

aplicaciones estructurales donde se requiera soldabilidad y resistencia a la

corrosión y mecánica.

2.3. Aleación de aluminio AA7075

Se trata de una de las aleaciones con características más elevadas dentro

de los aluminios. El desarrollo de esta aleación ha hecho posible su

utilización en campos hasta ahora reservado a los aceros. En la Tabla 2.4 se

http://www.multilingualarchive.com/ma/enwiki/es/Bicycle_frame



muestra la composición química del 7075 y en la tabla 2.5 se muestra el

comportamiento mecánico.

Tabla 2.4 Composición química en porcentaje % del 7075.

% Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Zr+Ti Otros Al

Min 0,00 0,00 1,20 0,00 2,10 0,18 5,10 0,00 0,00 0,00

Max 0,40 0,50 2,00 0,30 2,90 0,28 6,10 0,25 0,15 Resto


Tabla 2.3 Comportamiento Mecánico del 7075.

Densidad (g/cm2) 2,80

Coef. de dilatación (0 a 100°C)

(°C-1

x106)

23,5

Rango de Fusión (C°) 475-630 Conductividad Térmica(0 a

100°C) (W/m.°C)

Temple T6:

130

Módulo de elasticidad

(mPa) 72000 Resistividad a 20° (µΩcm)

Temple T6:

5,2

Coeficiente de Poisson 0,33 Calos especifico (0 a 100°C) 915

Fuente: Resistencia de materiales – Andrew Pytel, Ferdinand L. Singer – Cuarta edición

2.3.1 Aplicaciones AA7075

Se aplica en armamento, aeronáutica y en la industria del automóvil.

Construcción de maquinaria, moldes para inyección de plásticos, moldes de

soplado, moldes de embutición profunda al vacío, moldes para extrusión de

plásticos, soportes para todo tipo de moldes, tornillería, moldes para

inyectado de gomas, etc.


2.4. Soldadura

Es un proceso de fabricación en donde se realiza la unión de dos

materiales, usualmente logrado a través de coalescencia (fusión), en la cual

las piezas son soldadas fundiendo ambas y pudiendo agregar un material de

relleno fundido (metal o plástico), para conseguir un baño de material fundido

(el baño de soldadura) que, al enfriarse, se convierte en una unión fija.

A veces, la presión es usada conjuntamente con el calor, o por sí misma,

para producir la soldadura. Esto está en contraste con la soldadura blanda

(en inglés soldering) y la soldadura fuerte (en inglés brazing), que implican la

fusión de un material de bajo punto de fusión entre piezas de trabajo para

formar un enlace entre ellos, sin fundir las piezas de trabajo.

Muchas fuentes de energía diferentes pueden ser usadas para la

soldadura, incluyendo una llama de gas, un arco eléctrico, un láser, un haz

de electrones, procesos de fricción o ultrasonido. La energía necesaria para

formar la unión entre dos piezas de metal generalmente proviene de un arco

eléctrico. La energía para soldaduras de fusión o termoplásticos

generalmente proviene del contacto directo con una herramienta o un gas

caliente.

Mientras que con frecuencia es un proceso industrial, la soldadura puede

ser hecha en muchos ambientes diferentes, incluyendo al aire libre, debajo

del agua y en el espacio. Sin importar la localización, sin embargo, la

soldadura sigue siendo peligrosa, y se deben tomar precauciones para evitar

quemaduras, descarga eléctrica, humos venenosos, y la sobre exposición a

la luz ultravioleta. Los sistemas para proteger al soldador se aprecian en la

figura 2.2

http://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_de_fabricaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Coalescencia

http://es.wikipedia.org/wiki/Fusi%C3%B3n_(cambio_de_estado)

http://es.wikipedia.org/wiki/Fusi%C3%B3n_(cambio_de_estado)

http://es.wikipedia.org/wiki/Soldadura_fuerte

http://es.wikipedia.org/wiki/Fuego

http://es.wikipedia.org/wiki/Arco_el%C3%A9ctrico

http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%A1ser

http://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Fricci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Ultrasonido



http://es.wikipedia.org/wiki/Espacio_exterior

http://es.wikipedia.org/wiki/Electrocuci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Luz_ultravioleta



Figura 2.2. Soldador usando careta, guantes y gruesas vestimentas.

Fuente: Kobelco – Manual de soldadura.

Hoy en día, la ciencia continúa avanzando. La soldadura robotizada está

llegando a ser más corriente en las instalaciones industriales, y los

investigadores continúan desarrollando nuevos métodos de soldadura y

ganando mayor comprensión de la calidad y las propiedades de la soldadura.

Se dice que es un sistema porque intervienen los elementos propios de

este, es decir, las 5 M: mano de obra, materiales, máquinas, medio ambiente

y medios escritos (procedimientos). La unión satisfactoria implica que debe

pasar las pruebas mecánicas (tracción y doblez). Las técnicas son los

diferentes procesos (SMAW, SAW, GTAW, etc.) utilizados para la situación

más conveniente y favorable, lo que hace que sea lo más económico, sin

dejar de lado la seguridad.

http://es.wikipedia.org/wiki/Soldadura_robotizada


2.4.1. Soldadura GTAW- TIG

Figura 2.3. Proceso de soldadura TIG

Es un proceso en el cual un arco eléctrico controlado es establecido entre

la pieza a ser soldada (obra) y un electrodo no-consumible como se observa

en la figura 2.3. La región de la soldadura es protegida contra

contaminaciones del medio ambiente por atmósfera gaseosa que fluye a

través de la antorcha.

El calor generado del arco es concentrado y funde las partes a ser

soldadas. Este proceso es conocido como Soldadura TIG (Tungsteno Gas

Inerte) o GTAW (Gas Tungsteno Arco de Soldadura) por sus siglas en ingles.

El proceso es ampliamente utilizado, en producción y mantenimiento

industrial, para soldar planchas de bajo espesor (0,2 mm a 8 mm) de aceros



carbono, aceros inoxidables, aluminio y sus aleaciones, cobre y sus

aleaciones, titanio, circonio, níquel y sus aleaciones. Utiliza una fuente de

energía de corriente continua (rectificador o transformador), cables,

antorchas, gas de protección y refrigeradores de agua. Cuando fuese

necesario acrecentar material de adición, se emplean varillas con

composición química compatible con el material de base, a ejemplo de lo que

ocurre con la soldadura oxiacetilénica.

2.4.1.1. Beneficios

» Adecuada para soldaduras de responsabilidad (pase de raíz)

» El proceso puede ser mecanizado o robotizado

» Facilita la soldadura en lugares de difícil acceso

» Ofrece alta calidad y precisión

» Óptimas resistencias mecánicas de la articulación soldada

» Poca generación de humo

» Soldaduras claras, brillantes y con óptimo acabado, sin usar flujo de

limpieza, prescindiendo de acabado final y reduciendo costos de

fabricación

» Soldadura en todas las posiciones

» Versatilidad - suelda prácticamente todos los metales industrialmente

utilizados

2.4.1.2 Descripción del proceso Soldadura TIG

1.- Condiciones generales de Inicio:

1.1.- Los electrodos de Tungsteno estos deberán estar libres de todo tipo

de contaminación como polvo o grasa, libre de humedad así como las

superficies a soldar.


1.2.- Todo proceso de soldadura siempre se realizarse en ambientes libres

de corrientes directas de aire, el extremo del electrodo no deberá salir del

radio de protección del flujo de gas inerte.

2.- Materiales y Equipos

2.1.- Gas Argón. Según la información del proveedor se seleccionará el de

elevada pureza con contaminantes menores a 500 ppm.

2.2.- Equipo de transformación de corriente alterna de 5 a 500 Amperes y

variación de voltaje entre 70 y 80 V de circuito abierto en el Arco.

2.3.- Electrodos de Tungsteno, (según Norma ISO 6848).

3.- Procedimiento

3.1.- El caudal de gas deberá cubrir en amplio radio la superficie a soldar

(baño) de manera que permanezca brillante sin opacidades en el cordón, de

lo contrario, se deduce que el caudal de gas es insuficiente. El flujo de gas

debe empezar antes del cebado, y mantenerse hasta después de la extinción

del arco.

3.2.- Posicionamiento de la antorcha.

La antorcha debe mantenerse poco inclinada (10 a 20°) respecto la

vertical y dirigida de manera que el arco vaya por delante del baño de fusión.

Luego de ser preparado el arco y manteniendo el flujo de gas inerte se

mantiene la antorcha sobre la junta hasta la aparición de un punto brillante

indicando que el metal de la pieza ha llegado a su punto de fusión. Este

punto brillante es aumentado de tamaño cuando el soldador realiza



movimientos pequeños y circulares con la antorcha según sea el

desplazamiento de derecha a izquierda y regulando según la habilidad del

operador su velocidad de avance y la extensión del cordón.

Este detalle se apreciará cuando se mantiene una soldadura brillante y

regular, sin sobre espesores.

4.- Verificación. Se verifica la calidad de los cordones de soldadura por

empleo de planes de inspección y técnicas de preferencia homologadas,

realizando las correcciones respectivas y su posterior verificación.

La soldadura TIG puede presentar variantes en método utilizado a la hora

de aportar el calor, entre otras se encuentran:

Soldadura de pulso largo: Se puede utilizar tanto en la soldadura con

corriente continua como alterna. Se trabaja con dos niveles de

corriente, de los cuales el más bajo se elige para que no se apague el

arco. La ventaja radica en que se puede conseguir una soldadura

perfecta con una intensidad de corriente media, más baja que en la

soldadura normal. Con la combinación corriente continua y pulso se

pueden llegar a soldar espesores del orden de 0,05 mm, sin llegar a

producir perforaciones.

Onda Rectangular: En comparación con la corriente alterna sinusoidal

se consigue un paso por el cero mucho más rápido. Esto da lugar a

que el riesgo de que el arco se apague sea muy pequeño y que la

corriente de alta frecuencia sea necesaria sólo cuando se encienda el

arco. Además la onda rectangular tampoco presenta pico, de modo

que se pueden usar electrodos de volframio más delgados.


2.4.2. Soldabilidad

La calidad de una soldadura también depende de la combinación de los

materiales usados para el material base y el material de relleno. No todos los

metales son adecuados para la soldadura, y no todos los metales de relleno

trabajan bien con materiales bases aceptables.

La soldabilidad de las aleaciones de aluminio varía significativamente

dependiendo de la composición química de la aleaciones usadas.

Las aleaciones de aluminio son susceptibles al agrietamiento caliente, y

para combatir el problema los soldadores aumentan la velocidad de la

soldadura para reducir el aporte de calor. El precalentamiento reduce el

gradiente de temperatura a través de la zona de soldadura y por lo tanto

ayuda a reducir el agrietamiento caliente, pero puede reducir las

características mecánicas del material base y no debe ser usado cuando el

material base está restringido.

El diseño del empalme también puede cambiarse, y puede seleccionarse

una aleación de relleno más compatible para disminuir la probabilidad del

agrietamiento caliente. Las aleaciones de aluminio también deben ser

limpiadas antes de la soldadura, con el objeto de quitar todos

los óxidos, aceites, y partículas sueltas de la superficie a ser soldada. Esto es

especialmente importante debido a la susceptibilidad de una soldadura de

aluminio a la porosidad debido al hidrógeno y a la escoria debido al oxígeno.

2.5. Procesos de fabricación

Es el conjunto de operaciones necesarias para modificar las

características de las materias primas. Dichas características pueden ser de

http://es.wikipedia.org/wiki/Aluminio

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido

http://es.wikipedia.org/wiki/Aceite

http://es.wikipedia.org/wiki/Porosidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3geno

http://es.wikipedia.org/wiki/Escoria

http://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgeno

http://es.wikipedia.org/wiki/Materias_primas



naturaleza muy variada tales como la forma, la densidad, la resistencia, el

tamaño o la estética. Se realizan en el ámbito de la industria.

2.5.1. Laminación

El laminado es un proceso de deformación volumétrica en el que se

reduce el espesor inicial del material trabajado mediante las fuerzas de

compresión que ejercen dos rodillos sobre la pieza/material de trabajo. Los

rodillos giran en sentidos opuestos para que fluya el material entre ellos,

ejerciendo fuerzas de compresión al pasar entre ellos y de cizallamiento

originadas por el rozamiento que se produce entre los rodillos y el metal. Los

procesos de laminado requieren gran inversión de capital, debido a ello los

molinos de laminado se usan para la producción de grandes cantidades de

productos estándar (láminas, placas, etc.).

2.5.1.1 Laminación en frío

Los metales cristalinos se deforman por deslizamiento y, en la escala

atómica, por la propagación y multiplicación de las dislocaciones. Se requiere

un esfuerzo mayor para trasladar una sucesión de dislocaciones sobre el

mismo plano y se necesita un esfuerzo mucho mayor para moverlas, una vez

que se enredan las dislocaciones que se propagan sobre los diferentes

planos. Este esfuerzo mayor es causa del incremento en el esfuerzo de

fluencia. Un material sometido al trabajo en frío, por ejemplo la laminación,

también se endurece por deformación. La microestructura cambia: los

cristales (granos) se alargan en dirección de la deformación mayor, como se

aprecia en la figura 2.4.

En sentido coloquial, el término de trabajo en frio se refiere a los procesos

que recibe el material por debajo de la temperatura de recristalización. En

http://es.wikipedia.org/wiki/Industria


ausencia de enfriamiento y oxidación pueden obtener tolerancias mas

estrechas, un mejor acabado superficial y también paredes mas delgadas

Figura. 2.4. Proceso de Laminación.

Fuente: Lange, K. (ed.2): Manual de conformado de material. McGraw-Hill, 1985

El endurecimiento por deformación es importante por varias razones.

Puesto que muchos materiales trabajados en frío tienen un nivel razonable

de ductilidad; el trabajo en frío ofrece al diseñador un método de bajo costo

para obtener materiales de resistencia elevada.

La reducción de la ductilidad puede causar la fractura de la pieza de

trabajo. Esto se transforma en un problema importante cuando se van a

realizar grandes reducciones como se aprecia en la figura 2.4. Entonces, es

necesario remover los efectos del trabajo en frío por medio de un recocido.



2.6. Ensayos mecánicos

A su vez, se denomina ensayo de materiales a toda prueba cuyo fin es

determinar las propiedades mecánicas de un material. Los ensayos de

materiales pueden ser de dos tipos, ensayos destructivos y ensayos no

destructivos. Estos últimos permiten realizar la inspección sin perjudicar la

probeta a ensayar.

2.6.1. Ensayo de tracción

Consiste en someter a una probeta normalizada a un esfuerzo axial

de tracción creciente hasta que se produce la rotura de la probeta. Este

ensayo mide la resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada

lentamente. Las velocidades de deformación en un ensayo de tracción

suelen ser muy pequeñas (v = 10–4 a 10–2 s–1).

En un ensayo de tracción pueden determinarse diversas características de

los materiales elásticos:

Módulo de elasticidad o Módulo de Young, que cuantifica la

proporcionalidad anterior.

Coeficiente de Poisson, que cuantifica la razón entre el alargamiento

longitudinal y el acortamiento de las longitudes transversales a la

dirección de la fuerza.

Límite de proporcionalidad: valor de la tracción por debajo del cual el

alargamiento es proporcional a la carga aplicada.

Límite de fluencia o límite elástico aparente: valor de la tracción que

soporta la probeta en el momento de producirse el fenómeno de la

cedencia o fluencia. Este fenómeno tiene lugar en la zona de

transición entre las deformaciones elásticas y plásticas y se

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Ensayo_destructivo&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Ensayo_no_destructivo


http://es.wikipedia.org/wiki/Probeta_(mec%C3%A1nica)

http://es.wikipedia.org/wiki/Tracci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%B3dulo_el%C3%A1stico

http://es.wikipedia.org/wiki/Coeficiente_de_Poisson

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=L%C3%ADmite_de_proporcionalidad&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADmite_de_fluencia


caracteriza por un rápido incremento de la deformación sin aumento

apreciable de la carga aplicada.

Límite elástico (límite elástico convencional o práctico): valor de la

tracción a la que se produce un alargamiento prefijado de antemano

(0,2%, 0,1%, etc.) en función del extensómetro empleado.

Carga de rotura o resistencia a tracción: carga máxima resistida por la

probeta dividida por la sección inicial de la probeta.

Alargamiento de rotura: incremento de longitud que ha sufrido la

probeta. Se mide entre dos puntos cuya posición está normalizada y

se expresa en tanto por ciento.

Estricción: es la reducción de la sección que se produce en la zona de

la rotura.

Normalmente, el límite de proporcionalidad no suele determinarse ya que

carece de interés para los cálculos. Tampoco se calcula el módulo de Young,

ya que este esta ampliamente estudiado en una gran variedad de

documentos científicos, sus valores son extensamente conocidos para cada

material bajo esfuerzos dentro de los límites elásticos

Figura2.5. Ensayo de Tracción.

http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADmite_el%C3%A1stico

http://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_a_tracci%C3%B3n



2.5.1.1. Curva Esfuerzo-Deformación

En el ensayo se mide la deformación (alargamiento) de la probeta entre

dos puntos fijos de la misma a medida que se incrementa la carga aplicada,

como muestra la figura 2.5, y se representa gráficamente en función de la

tracción (carga aplicada dividida por la sección de la probeta). En general, la

curva tracción-deformación obtenida mediante la utilización del dispositivo

presentado en la figura anterior presenta cuatro zonas diferenciadas:

1. Deformaciones elásticas: Las deformaciones se reparten a lo largo de

la probeta, son de pequeña magnitud y, si se retirara la carga

aplicada, la probeta recuperaría su forma inicial. El coeficiente de

proporcionalidad entre la tracción y la deformación se denomina

módulo de elasticidad o de Young y es característico del material. Así,

todos los aceros tienen el mismo módulo de elasticidad aunque sus

resistencias puedan ser muy diferentes. La tracción más elevada que

se alcanza en esta región se denomina límite de fluencia y es el que

marca la aparición de este fenómeno. Pueden existir dos zonas de

deformación elástica, la primera recta y la segunda curva, siendo el

límite de proporcionalidad el valor de la tracción que marca la

transición entre ambas. Generalmente, este último valor carece de

interés práctico y se define entonces un límite elástico (convencional o

práctico) como aquél para el que se produce un alargamiento

prefijado de antemano (0,2%, 0,1%, etc.). Se obtiene trazando una

recta paralela al tramo proporcional (recto) con una deformación

inicial igual a la convencional.

2. Fluencia o cedencia. Es la deformación brusca de la probeta sin

incremento de la carga aplicada. El fenómeno de fluencia se da

cuando las impurezas o los elementos de aleación bloquean

las dislocaciones de la red cristalina impidiendo su deslizamiento,

mecanismo mediante el cual el material se deforma plásticamente.

Alcanzado el límite de fluencia se logra liberar las dislocaciones

http://es.wikipedia.org/wiki/Deformaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Aleaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Dislocaci%C3%B3n_(defecto_cristalino)


produciéndose la deformación bruscamente. La deformación en este

caso también se distribuye uniformemente a lo largo de la probeta

pero concentrándose en las zonas en las que se ha logrado liberar las

dislocaciones. No todos los materiales presentan este fenómeno, en

cuyo caso la transición entre la deformación elástica y plástica del

material no se aprecia de forma clara.

3. Deformaciones plásticas: si se retira la carga aplicada en dicha zona,

la probeta recupera sólo parcialmente su forma quedando deformada

permanentemente. Las deformaciones en esta región son más

notables que en la zona elástica.

4. Estricción. Llegado un punto del ensayo, las deformaciones se

concentran en la parte central de la probeta apreciándose una notable

reducción de la sección de la probeta, momento a partir del cual las

deformaciones continuarán acumulándose hasta la rotura de la

probeta por esa zona. La estricción es la responsable del descenso

de la curva tracción-deformación; realmente las tensiones no

disminuyen hasta la rotura, sucede que lo que se representa es el

cociente de la fuerza aplicada (creciente) entre la sección inicial y

cuando se produce la estricción la sección disminuye, efecto que no

se tiene en cuenta en la representación gráfica. Los materiales

frágiles no sufren estricción ni deformaciones plásticas significativas,

rompiéndose la probeta de forma brusca. Terminado el ensayo se

determina la carga de rotura, carga última o resistencia a la tracción:

la máxima resistida por la probeta dividida por su sección inicial, el

alargamiento en (%) y la estricción en la zona de la rotura.

Otras características que pueden caracterizarse mediante el ensayo de

tracción son la resiliencia y la tenacidad, que son, respectivamente, las

energías elásticas y total absorbida y que vienen representadas por el área

comprendida bajo la curva tracción-deformación (como se observa en la

figura 2.6) hasta el límite elástico en el primer caso y hasta la rotura en el

segundo.

http://es.wikipedia.org/wiki/Resiliencia

http://es.wikipedia.org/wiki/Tenacidad



Figura 2.6. Curva Esfuerzo-Deformación

2.6.2. Ensayo de dureza

La dureza es la oposición que ofrecen los materiales a la penetración, la

abrasión, el rayado, la cortadura, las deformaciones permanentes, etc.

También puede definirse como la cantidad de energía que absorbe un

material ante un esfuerzo antes de romperse o deformarse.

En metalurgia la dureza se mide utilizando un durómetro para el ensayo

de penetración. Dependiendo del tipo de punta empleada y de la carga

aplicada, existen diferentes escalas, adecuadas para distintos rangos de

dureza.

El interés de la determinación de la dureza en los aceros estriba en la

correlación existente entre la dureza y la resistencia mecánica, siendo un

método de ensayo más económico y rápido que el ensayo de tracción, por lo

que su uso está muy extendido.

http://es.wikipedia.org/wiki/Metalurgia

http://es.wikipedia.org/wiki/Dur%C3%B3metro

http://es.wikipedia.org/wiki/Acero

http://es.wikipedia.org/wiki/Ensayo_de_tracci%C3%B3n


Hasta la aparición de la primera máquina Brinell para la determinación de

la dureza, ésta se medía de forma cualitativa empleando una lima de acero

templado que era el material más duro que se empleaba en los talleres.

Las escalas de uso industrial actuales son las siguientes:

Dureza Brinell: Emplea como punta una bola de acero templado o

carburo de W. Para materiales duros, es poco exacta pero fácil de aplicar.

Poco precisa con chapas de menos de 6mm de espesor. Estima

resistencia a tracción.

Dureza Knoop: Mide la dureza en valores de escala absolutas, y se

valoran con la profundidad de señales grabadas sobre un mineral

mediante un utensilio con una punta de diamante al que se le ejerce una

fuerza estándar.

Dureza Rockwell: Se utiliza como punta un cono de diamante (en

algunos casos bola de acero). Es la más extendida, ya que la dureza se

obtiene por medición directa y es apto para todo tipo de materiales. Se

suele considerar un ensayo no destructivo por el pequeño tamaño de la

huella.

Rockwell superficial: Existe una variante del ensayo, llamada Rockwell

superficial, para la caracterización de piezas muy delgadas, como

cuchillas de afeitar o capas de materiales que han recibido algún

tratamiento de endurecimiento superficial.

Dureza Rosiwal: Mide en escalas absoluta de durezas, se expresa como

la resistencia a la abrasión medias en pruebas de laboratorio y tomando

como base el corindón con un valor de 1000.

Dureza Shore: Emplea un escleroscopio. Se deja caer un indentador en

la superficie del material y se ve el rebote. Es adimensional, pero consta

de varias escalas. A mayor rebote, mayor dureza. Aplicable para control

de calidad superficial. Es un método elástico, no de penetración como los

otros.

Dureza Vickers: Emplea como penetrador un diamante con forma de

pirámide cuadrangular, tal como se observa en la figura 2.7. Para

http://es.wikipedia.org/wiki/Acero_templado

http://es.wikipedia.org/wiki/Acero_templado

http://es.wikipedia.org/wiki/Dureza_Brinell

http://es.wikipedia.org/wiki/Dureza_Knoop

http://es.wikipedia.org/wiki/Dureza_Rockwell

http://es.wikipedia.org/wiki/Diamante


http://es.wikipedia.org/wiki/Dureza_Rockwell#Ensayo_Rockwell_Superficial

http://es.wikipedia.org/wiki/Escala_de_Rosiwal

http://es.wikipedia.org/wiki/Corind%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Dureza_Shore

http://es.wikipedia.org/wiki/Dureza_Vickers



materiales blandos, los valores Vickers coinciden con los de la escala

Brinell. Mejora del ensayo Brinell para efectuar ensayos de dureza con

chapas de hasta 2mm de espesor.

Dureza Webster: Emplea máquinas manuales en la medición, siendo

apto para piezas de difícil manejo como perfiles largos extruidos. El valor

obtenido se suele convertir a valores Rockwell.

Figura 2.7. Penetrador Vickers y Huella (fuente: propia).

2.7. Ensayo metalúrgico

La metalografía es la parte de la metalurgia que estudia las características

estructurales o de constitución de los metales y aleaciones, para

relacionarlas con las propiedades físicas, mecánicas y químicas de los

mismos. La importancia del examen metalográfico radica en que, aunque con

ciertas limitaciones, es capaz de revelar la historia del tratamiento mecánico

y térmico que ha sufrido el material.

A través de este estudio se pueden determinar características como el

tamaño de grano, distribución de las fases que componen la aleación,

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Dureza_Webster&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Extrusi%C3%B3n


inclusiones no metálicas como sopladuras, micro cavidades de contracción,

escorias, etc., que pueden modificar las propiedades mecánicas del metal.

2.7.1 Ensayo de microscopia

Es el conjunto de técnicas y métodos destinados a hacer visible los

objetos de estudio que por su pequeñez están fuera del rango de resolución

del ojo normal.

Si bien el microscopio es el elemento central de la microscopía, el uso del

mismo requiere para producir las imágenes adecuadas, de todo un conjunto

de métodos y técnicas afines pero extrínsecas al aparato. Algunas de ellas

son, técnicas de preparación y manejo de los objetos de estudio, técnicas de

salida, procesamiento, interpretación y registro de imágenes, etc.

Exceptuando técnicas especiales como las utilizadas en microscopio de

fuerza atómica, microscopio de iones en campo y microscopio de efecto

túnel.

La microscopía generalmente implica la difracción, reflexión o refracción

la de algún tipo de radiación incidente en el sujeto de estudio.

http://es.wikipedia.org/wiki/Microscopio_de_fuerza_at%C3%B3mica

http://es.wikipedia.org/wiki/Microscopio_de_fuerza_at%C3%B3mica

http://es.wikipedia.org/wiki/Microscopio_de_iones_en_campo

http://es.wikipedia.org/wiki/Microscopio_de_efecto_t%C3%BAnel

http://es.wikipedia.org/wiki/Microscopio_de_efecto_t%C3%BAnel

CAPÍTULO 3

Marco Metodológico

En este capítulo se presenta de forma detallada la metodología para el

desarrollo del proyecto, incluye el tipo de investigación, las técnicas y

procedimientos que utilizan para llevar a cabo la investigación.

3.1 Nivel de la investigación

Experimental debido al análisis comparativo que se llevó a cabo ya que

está fundamentado en ensayos mecánicos normalizados y en el estudio de

las muestras en una forma experimental. A fin de analizar comparativamente

el comportamiento mediante las propiedades mecánicas y la metalurgia de

uniones soldadas por el método GTAW y sometida a una deformación

plástica por medio de un laminado en frío en aleaciones de aluminio AA6061

y AA7075.

3.2 Tipo de investigación

Este trabajo requiere de la ejecución de una secuencia de procesos para

obtener una serie de resultados que permita concluir acerca de la

investigación.



La investigación se ajusta a un estudio de factibilidad y está enmarcado

dentro de una investigación de campo. Un proyecto factible consiste en la

elaboración de una propuesta de un modelo operativo viable, se puede

afirmar que este tipo de estudio, se enmarca dentro de la modalidad de

campo, ya que los datos serán obtenidos de estudios reales.

3.3 Método de investigación

En el desarrollo de la investigación es necesario efectuar una serie de

pasos sistemáticamente organizados, como por ejemplo, la revisión

bibliográfica donde se consultaron informes técnicos, trabajos de grado,

investigaciones entre otros, todas estas fuentes de información se revisaron

con el fin de establecer el soporte teórico necesario para cumplir los objetivos

propuestos en el trabajo de investigación.

Un factor fundamental es el diseño de la investigación, siendo la misma

diseñada como una investigación experimental.

Experimental: ya que se realizaron ensayos normalizados y se obtuvieron

resultados experimentales.

Dicho procedimiento experimental consta de los siguientes pasos:

Obtención de los materiales, aleaciones de aluminio AA6061 y

AA7075 en láminas de al menos 3 mm de espesor.

Capítulo 3. Marco metodológico 43

Se verificó la composición química de las aleaciones.

Se mecanizó el material para obtener probetas de tracción para la

caracterización del material y la aplicación de la soldadura.

Se realizó la soldadura mediante un proceso TIG tomando como

referencia el ASM Manual de Soldadura (Handbook Welding)

Se mecanizó el material, rectificado del cordón de soldadura y corte de

las láminas para obtener las probetas para el proceso de laminación.

Se aplicó deformación plástica en frío por laminación a las probetas

obtenidas previamente.

Se aplicó ensayos de tracción a las muestras deformadas

plásticamente en frío por laminación.

Se preparó las muestras de ambas aleaciones en condición original,

así como de cada una de los porcentajes de reducción de área para

metalografía.

Se preparó ambas aleaciones en condición original y deformada

plásticamente, para ensayos de dureza.

Estos pasos serán resumidos en un esquema para facilitar la compresión,

en dicho esquema se puede observar en orden cronológico los pasos

efectuados durante la investigación. Dicho esquema se muestra en la figura

3.1.



Figura 3.1. Esquema del proceso experimental.

Obtención de las Materiales

Análisis de composición Química

Corte y mecanizado de material para soldadura y elaboración de probetas

de caracterización

Ensayos de caracterización

Proceso de soldadura

Corte y mecanizado del material para elaboración

de probetas para el proceso de laminación

Proceso de laminación

Mecanizado de material para la obtención de las probetas de tracción metalografía y

dureza.

Ensayos de Tracción

Ensayo de dureza

Metalografía


3.4. Material Base.

En este trabajo especial de grado se ensayó las aleaciones de aluminio

AA6061 y AA7075, ambas en un estado T0, las cuales se consiguieron en el

mercado, certificadas por el laboratorio Laboratorio Kaiser Aluminum -

Spokane, WA y suministradas por el distribuidor.

Tabla 3.1. Composición química en porcentaje % del AA6061-Real.

% Si Fe Cu Mn Mg Cr NI Zn Ti

6061 0,71 0,49 0,25 0,13 0,98 0,18 0,007 0,03 0,03


Tabla 3.2. Composición química en porcentaje % del AA7075-Real.

% Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti V Zr Otro

7075 0,11 0,18 1,60 0,02 2,50 0,20 5,80 0,03 0,03 0,01 0,03


Las láminas fueron obtenidas con las medidas mostradas en la tabla 3.3.

Tabla 3.3. Dimensiones láminas.

Tipo de Aluminio Cantidad de laminas Dimensiones (mm)

AA6061 1 3657,6x1219,2x3,175

AA7075 1 3657,6x1219,2x3,175

3.5. Caracterización del material

Se han caracterizado microestructuralmente mediante análisis

metalográfico, tanto en los materiales de partida, así como los sometidos a



ciclos de soldadura, para así tener conocimiento de las características del

material antes de ser sometidos a deformaciones plásticas

Se realizaron ensayos de tracción, para determinar las propiedades

mecánicas tales como el porcentaje de reducción de espesor y los esfuerzos

máximos y de ruptura. Dichos ensayos se utilizaron para determinar los

porcentajes de reducción de espesor que se aplicaron a las probetas en el

laminador.

A su vez, se realizaron ensayos de dureza ROCKWELL a muestras no

soldadas, como parte de la caracterización. Se tomaron cinco (5) mediciones

de dureza para luego promediarlas y tener una referencia del material antes

de soldar. Se seleccionó la dureza Rockwell debido a su fácil aplicación, la

disposición de un equipo donde realizar los ensayos y lo más importante:

tanto el material como las probetas se encontraban aptos para la ejecución

de dicho ensayo y los resultados obtenidos fueron validos.

3.6. Soldadura

De las láminas de aluminio obtenidas comercialmente, se cortaron de

cada una, dos tiras de 110x1200mm de manera perpendicular al sentido de

laminación como se muestra en la figura 3.2. Posteriormente se les realizó un

cordón de soldadura a cada par de tiras de cada material para lograr así la

unión entre las mismas como se observa en la figura 3.3.

Como lo muestra la figura 3.3, el cordón de soldadura se aplica en el

costado más largo de la lámina (1200mm) de manera que la junta entra las

dos tiras sea perpendicular al sentido de laminación. Esto se debe a que

tanto al momento de laminar las probetas, como al momento de realizar los

ensayos de tracción, la soldadura debe estar perpendicular al eje de tracción


para poder poner a prueba la fuerza de las juntas, y para (al momento de

laminar en frío) no cambiar el sentido original de laminación.

La figura 3.3 se muestra el sentido de la junta, y la separación entre las

tiras. Para los espesores utilizados no se uso bisel, y entre las láminas no

existía separación para que exista una buena fusión entre los materiales

debido a la ausencia de material de aporte. Estos parámetros fueron

obtenidos del manual ASM (Handbook) la cual establece que para espesores

inferiores a 5mm no es necesario el bisel. Como se ha nombrando

anteriormente, el tipo de soldadura usada en esta investigación es la

GTAW/TIG, específicamente usando como técnica la ¨AUTOGENA¨, es

decir, que no usa material de aporte.

Figura 3.2.Sentido de laminación

y dimensionamiento.

Figura 3.3.Representación de

cordón de soldadura.



La soldadura se realizó mediante un equipo manual TIG ubicado en la

empresa TRIME C.A (Figura 3.4 y 3.12), en la cual sus especificaciones

indican que está compuesta por una fuente de poder constante y que

funciona tanto con corriente alterna como directa.

Figura 3.4 Taller TRIME C.A. Zona Industrial Castillito, Edo. Carabobo.

Gas de protección usado: el Argón, debido a su buena acción limpiadora

y perfil de penetración, es el gas de protección comúnmente usado para la

soldadura del aluminio. Para láminas inferiores a 25mm se recomienda el uso

de argón al 100%. Otros parámetros usados en la soldadura:

Electrodo no consumible: Tungsteno Puro (EWP)

Figura 3.5 Electrodo de Tungsteno Puro. (Fuente propia)


Calibre del electrodo: 3/32

Código de color del electrodo según AWS: Verde

Preparación del electrodo: Cónica

Equipo de soldar: MAGICWAVE FRONIUS (Figura 3.6)

Figura 3.6 (Magic Wave Fronius 2200 tig welder) TRIME. C.A

Tipo de corriente: AC

Amperaje: 70 Amp.

HF: 280.000 Hrz

Angulo de trabajo: Empuje entre 15 y 20

Encendido de arco: HF

Equipo: digital completo

Movimiento aplicado: rectilíneo uniforme

Tobera de aplique: 6 con filtro



3.7. Laminación

La calidad de la laminación en frío suele ser mayor que la que la de

laminación en caliente, también en frío es posible tomar medidas de los

espesores, realizando un mejor control del proceso, por lo mencionado

anteriormente se selecciono realizar en este trabajo especial de grado

laminación en frio. Para laminar las probetas fue necesario eliminar cualquier

exceso del cordón y garantizar que las probetas a laminar posean en toda su

superficie el mismo espesor incluso en la sección del cordón. El proceso de

laminación se realizó en el laboratorio experimental del Taller de Máquinas y

Procesos de Fabricación de la Facultad de Ingeniería en la Universidad de

Carabobo. (Figura 3.7)

Figura 3.7. Laminadora Experimental Laboratorio de Procesos de Fabricación, Facultad de Ingeniería, Universidad de Carabobo.


Los porcentajes de deformación se determinaron a partir de laminar

distintas probetas de manera progresiva de cada aleación hasta el punto don

empezaran a mostrar fallas o gritas. De esta manera obtenemos un

porcentaje de reducción de espesor máximo al cual puede ser sometida cada

aleación. Habiendo obtenido dicho valor se procede a elegir los porcentajes

de reducción de espesor comprendidos en un rango entre el 90% y el 20%

del porcentaje de reducción de espesor máximo obtenido.

A cada aleación se aplicó tres (3) porcentajes de reducción de área, donde

se llevó al material desde un estado sin deformación hasta la máxima

deformación permitida por el mismo sin generar fallas. Se decidió tres

porcentajes de reducción por dos razones principales: la incapacidad del

equipo usado de generar de forma repetidas las reducciones necesarias y

con tres intervalos se puede construir de manera satisfactoria una población

para comparar las deformaciones. De esta manera comparar las propiedades

mecánicas entre dichos porcentajes y la condición original. Las probetas para

cada porcentaje de reducción de espesor y para ambas aleaciones fueron

sometidas a los ensayos de dureza, tracción y metalografía, esto con el fin

de determinar las propiedades mecánicas.

Con el fin de comparar las propiedades del material en diferentes

condiciones, se toman los siguientes porcentajes de reducción de espesor.

Porcentaje cercano a la deformación máxima. (90% RE Max)

Porcentaje debajo de la deformación media permitida. (20% RE)

En el ensayo de tracción que se les realizó a las probetas para su

caracterización se observó que el porcentaje de reducción de espesor

máximo soportado por las probetas es de 28% RE para el AA6061 y de

19,8% RE del AA7075. Basados en este resultado y por lo antes expuesto,



seleccionamos un 8%, 16% y 24% RE para el AA6061 y 6%, 12% y 18% RE

para el AA7075. Esto representa aproximadamente el 30%, 60% y 90% de

su RE máximo que aceptan dichos materiales.

3.8. Técnicas e instrumentos de recolección de datos

Las técnicas son las formas necesarias para obtener la información y

poder realizar la investigación, los instrumentos serán todos aquellos

dispositivos que faciliten la realización de la investigación.

Instrumentos: Vernier marca NSK de 0,05mm de apreciación, fresadora

INDUMA modelo 41085 (Figura 3.8), cizalla motorizada para corte de láminas

(Figura 3.9), fresadora 3 ejes marca: Gleason (figura 3.12), máquinas para

realizar ensayos de tracción Galdabini (Figura 3.10), durómetro para realizar

ensayo de dureza Rockwell marca BUEHLER (figura 3.13), máquina para

soldar Magic Wave Fronius 2200(TIG) (figura 3.6), laminador experimental

(figura 3.7), microscopio para análisis metalográfico marca: Unión, con

capacidad de 100X, 200X, 400X de aumento.

Figura 3.8 Fresadora INDUMA modelo 41085 Laboratorio de Procesos de

Fabricación, Facultad de Ingeniería, Universidad de Carabobo.


Figura 3.9 Cizalla motorizada WEINGARTEN. Taller 1 KBT, ca.

Técnicas de recolección: esta investigación se basó en la observación

directa; con lo cual se obtiene y desarrolla los sistemas de información

logrando sus metas y objetivos.

Luego de obtener los datos, se procede a analizar e interpretar para

convertirlos en una fuente útil de información en función de los objetivos

anteriormente anunciados para la realización de esta investigación.

En primer lugar se determinaron las propiedades del material en

estado de entrega, realizándosele ensayos de tracción y análisis de

composición química, así como pruebas de dureza y microscopia.

Posteriormente se estudiaron las propiedades mecánicas de las

aleaciones, se procedió a aplicar la deformación plástica en frío

mediante el proceso de laminación a las probetas previamente

soldadas las cuales se les fueron efectuadas los distintos ensayos

http://www.monografias.com/trabajos16/objetivos-educacion/objetivos-educacion.shtml



para de esta forma obtener las propiedades mecánicas del material,

esta vez con un porcentaje de deformación aplicado en él.

3.8.1. Población y muestra

Las aleaciones AA6061 y AA7075, representan la población a estudiar en

el trabajo a desarrollar, mientras que la muestra se encuentra constituida por

el número de probetas necesarias para los diferentes ensayos.

El aluminio ensayado por tracción, se presenta en cuatro condiciones:

Sin soldadura para caracterización.

Soldado sin laminar.

Soldado y deformado al 8% RE.



Esto para el AA6061. Para el AA7075 se presentó en cuatro condiciones

distintas:

Sin soldadura para caracterización, o sin deformar.

Deformado al 6% RE

Deformado al 12% RE

Deformado al 18% RE

Se utilizaron cuatro (4) probetas para cada condición de deformación (4

condiciones), de manera de obtener una mejor muestra estadística lo que

compone un total de dieciséis (16) probetas por material, más (3) probetas

para caracterización del AA6061, lo que resulta en un total de treinta y cinco


(35) probetas ensayadas. Esta cantidad representa una muestra significativa

para obtener resultados comprobables.

Para metalografía, se prepararon cuatro (4) probetas para cada aleación,

lo que representa un total de ocho (8) probetas para metalografía, y para los

ensayos de dureza otras ocho (8) probetas; de igual manera cuatro probetas

(4) para cada aleación, las cuales representan una muestra significativa para

obtener resultados comprobables. La distribución final de las probetas se

muestra en la tabla 3.4.

Tabla 3.4. Población y Muestra.

Población Aluminio 6061 Aluminio 7075

Muestra 1 19 Probetas Tracción 16 Probetas Tracción

Muestra 2 4 Probetas Dureza 4 Probetas Dureza

Muestra 3 4 Probetas Metalurgia 4 Probetas Metalurgia

3.8.2 Ensayo de tracción

Los ensayos de tracción fueron realizados en la máquina universal de

ensayos marca Galdabini modelo CTM 20, de 20 toneladas de capacidad

(figura 3.10). Los ensayos se realizaron a velocidad constante igual a 2

mm/min según la norma ASTM-E8M.

Durante el ensayo se sometieron las probetas, de dimensiones específicas

según la norma ASTM-E8M (figura 3.11), a una fuerza de tracción axial

variable y con una velocidad constante. A su vez, se registraron los

diferentes alargamientos de la misma en relación a una longitud inicial de 50

mm, hasta llegar a la ruptura. Las probetas para tracción se realizaron según



norma ASTM-E8M y presentaran las siguientes dimensiones mostradas en la

figura 3.11

Figura 3.10 (a) datos de la GALDABINI Figura 3.10 (b) GALDABII CTM20

Figura 3.11 Dimensionamiento de probetas ASTM – E8M. (mm)


Figura 3.12.Elaboración de probetas Fresadora 3 ejes. Taller TRIME CA.

3.8.3 Dureza

Para evaluar la dureza del material, se utilizó la dureza Rockwell. El

método de Rockwell expresa la dureza del material en términos de la presión

originada bajo el identador en Kgf/mm2. El identador es (dependiendo de la

aleación y su deformación) una pirámide de base cuadrada con un ángulo en

el vértice de 136º (Rockwell A), y en ocasiones (Rockwell F) una esfera de un

octavo (1/8). La carga aplicada fue 101Kgf durante 5 segundos, esto según

las recomendaciones de equipo para el tipo de material. Las penetraciones

se efectuaron en el material base, cordón y zona de transición. Durómetro de

Rockwell marca BUEHLER se muestra en la figura 3.13.

Para determinar la dureza Rockwell del metal base, en la zona afectada

por el calor y el cordón de soldadura, se realizaron cinco (5) medidas en



cada zona y para cada una de las condiciones de deformación, las cinco

medidas tienen como objetivo aportar una mayor cercanía en los resultados.

Las zonas estudiadas se representan en la figura 3.14

Figura 3.13. Durómetro de Rockwell marca BUEHLER del Laboratorio de

Materiales de la Universidad de Carabobo.

Figura 3.14 Zonas a estudiar.

Con los valores obtenidos para cada condición y aleación se promediaron

los valores de la dureza para así tener un valor que permita comparar y

contrastar las zonas penetradas y entre las diferentes condiciones.


3.8.4. Microscopia óptica

Para la realización de este estudio microestructural se utilizó un banco

metalográfico. Las imágenes se tomaron a un aumento de 200X y 400X.

La preparación metalografía de las probetas para la posterior observación

en el microscopio óptico, se realizó según los siguientes pasos:

A. Preparación

Inicialmente se cortaron las probetas a partir de la plancha original

tomando en cuenta que la región a evaluar sería en paralelo al sentido de

laminación, para de esta forma poder observar de mejor manera tanto el

tamaño de grano como la deformación de los mismos en las aleaciones.

B. Desbaste

El desbaste de las probetas se realizó por frotamiento sobre papeles

abrasivos, progresivamente desde una granulometría de 80 hasta 600,

cambiando en 90º el sentido de desbaste cada vez que se cambiaba de

abrasivos.

C. Pulido

Se realizó con alúmina gruesa (0,01mm) y fina (0,005mm)

sucesivamente, en paño de nylon, sobre un disco giratorio y utilizando como

lubricante agua y jabón liquido.



3.10. Exposición resultados finales

Para facilitar la compresión y análisis de los datos obtenidos en los

ensayos, estos se agrupan, siendo estos presentados en tablas, gráficos y

figuras. Para dar respuesta al primer objetivo de esta investigación - Evaluar

el comportamiento mecánico de las juntas de aleaciones de aluminio AA6061

y AA7075 –dando paso al análisis de resultados de este trabajo de

investigación lo cual permitió establecer las conclusiones de la misma.

CCAAPPÍÍTTUULLOO 44

RReessuullttaaddooss yy aannáálliissiiss ddee rreessuullttaaddooss..

En este capítulo se desarrolla la metodología descrita en el capitulo tres (3),

se presentan los resultados de los ensayos de caracterización, los ensayos de

deformación en frío (laminación), ensayo de tracción, dureza y análisis

metalográfico. Se analizan los resultados obtenidos.

4.1. Caracterización del material

La caracterización de materiales, se refiere al establecimiento de las

características de un material determinado a partir del estudio de sus

propiedades físicas, químicas, estructurales, etc. Por lo cual, se realizaron

comparaciones de la composición química entre los valores certificados de los

materiales utilizados para la elaboración de las probetas y los valores teóricos

estándar de los aluminios. Seguidamente, se prepararon probetas en el

estado de entrega, es decir, sin deformación ni soldadura, para realizar y

evaluar los ensayos de tracción, dureza y metalografía.



4.1.1. Composición química de los materiales.

A continuación, se presentan las tablas 4.1 y 4.2 en las cuales muestran los

valores certificados del reporte e inspección final, antes de la venta del

material. La empresa certificadora del aluminio 6061 es Alumax Mill Products,

Inc (Alcoa Inc, Buiness), bajo el serial de certificado N° 1304849, y para el

AA7075 la empresa Kaiser Aluminum, bajo el serial de certificado N° 4211661,

ambos reportes de certificación se encuentran en los anexos A.1 y A.2.

Tabla 4.1. Composición química experimental del aluminio AA6061-T0

% Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Otros AL

Real 0,71 0,49 0,25 0,13 0,98 0,18 0,007 0,03 0,00 97,22

Fuente: Laboratorio Alumax Mill Products, Inc – Landcaster, Pa

Tabla 4.2 Composición química experimental del aluminio AA7075-T0

% Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti V Zr otros Al

Real 0,10 0,18 1,7 0,08 2,5 0,20 5,7 0,03 0,01 0,01 0,00 89,5


Al realizar la comparación de los valores de la composición química

experimental (ver tabla 4.1 y tabla 4.2), obtenida del producto recibido y

compararlas con los valores teóricos, los cuales se pueden observar en las

tablas 2.2 y 2.4, ambas aleaciones están dentro de los parámetros

determinados, valores límites máximos y/o mínimos, para cada una de ellas

por la Aluminium Association (AA) y de esta forma corroborar que los

materiales en cuestión son efectivamente AA6061 y AA7075,

respectivamente.

Capítulo 4. 63

Entra en acotación que en la aleación de aluminio AA6061 existe una fuerte

presencia de magnesio (Mn) y silicio (Si), siendo este ultimo un aleante que

aumenta la dureza del aluminio así como su fluidez en la colada, así como

también en la aleación de aluminio AA7075 de zinc (Zn) los cuales son los

componentes predominantes de cada aleación. El cromo (Cr) otorga mayor

resistencia combinado con elementos con Cu, Mg y Mn. El titanio (Ti) al igual

que el cromo aumenta la resistencia.

4.1.2 Ensayo de tracción para caracterización.

En las figuras 4.1, 4.2, 4.3 y 4.4, así como en las tablas: 4.3 y 4.4 se

muestran las curvas ingenieriles de esfuerzo – deformación y tablas con los

valores de esfuerzo que describen el comportamiento mecánico de la

aleaciones de aluminio en estado de entrega.

Figura 4.1Grafico esfuerzo-deformación de AA6061 al 0%RE

0

20

40

60

80

100

120

140

0 0.1 0.2 0.3 0.4

Esfu

erz

o (

mP

a)

Deformación (mm/mm)

Ensayo de tracción(SS) 606101





Figura 4.2 Grafico esfuerzo máximo y ultimo de AA6061 al 0%RE

Tabla 4.3 Esfuerzo de fluencia, máximo y esfuerzo ultimo de AA6061 al 0% RE

Probeta Esfuerzo fluencia

Esfuerzo máximo

Esfuerzo ultimo

SS606101 63,51 123,67 101,04 SS606102 67,65 122,44 103,98 SS606103 68,51 123,82 114,45

Promedio 65,56 123,31 106,49 Desviación estándar

0,61822326 5,75511946

80

85

90

95

100

105

110

115

120

125

130

SS606101 SS606102 SS606103

Esfu

erz

o (

mP

a)

Probetas

Esfuerzo maxmo

Esfuerzo ultimo

Capítulo 4. 65

Figura 4.3 Grafico esfuerzo-deformación de AA7075 al 0%RE

Figura 4.4 Grafico esfuerzo máximo y ultimo de AA7075 al 0%RE

0

50

100

150

200

250

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3

Esfu

erz

o (

mP

a)


Ensayo de tracción707501Ensayo de tracción707502

140

150

160

170

180

190

200

210

220

707501 707502 707503 707504

Esfu

erz

o (

mP

a)

Probetas

Esfuerzo maximo

Esfuerzo ultimo



Tabla 4.4 Esfuerzo de fluencia, máximo y esfuerzo ultimo de AA7075 al 0% RE

Probeta Esfuerzo de

fluencia Esfuerzo máximo

Esfuerzo ultimo

707501 99,501 208,56 177,05 707502 101,75 207,86 178,07 707503 100,504 208,17 165,14

707504 99,505 207,07 176,84 Promedio 100,305 207,915 174,275 Desviación estándar

0,547288772 5,294575054

Con estos ensayos se obtiene el valor de la carga al momento de la ruptura

y su deformación máxima, así como los valores de esfuerzo máximo, de esta

forma calculó los valores de deformación en frío que se aplicaron a cada una

de las aleaciones mostradas en la tabla 4.5

Tabla 4.5 Valores experimentales esfuerzos de fluencia, esfuerzo máximo y

reducción de espesor máximo en fractura.

Esfuerzo de fluencia

(mPa)

Esfuerzo

máximo (mPa)

Reducción de espesor

máxima en fractura %

AA6061 65,56 123,31 28,02

AA7075 100,305 207,915 19,10

Comparando los valores experimentales entre ambos aluminios en estado

de entrega de la tabla 4.5, se obtiene que el AA6061 posee un esfuerzo de

fluencia y esfuerzo máximo menor al AA7075, el cual es un aluminio

estructural, presentando mayor resistencia a la fluencia y generando un

esfuerzo máximo superior, con un porcentaje (%) de reducción de espesor

Capítulo 4. 67

máxima en la fractura inferior al presentado por el AA6061, lo cual demuestra

que posee mayor ductilidad en presencia de una deformación.

Tabla 4.6 Propiedades Mecánicas teóricas de tracción de los aluminios AA6061 y

AA7075 según el ASM Handbook

Esfuerzo de fluencia

(mPa)

Esfuerzo

máximo (mPa)

Reducción de espesor

máxima en fractura %

AA6061 55,20 124,00 25 - 30

AA7075 100,50 215,00 10 - 17

Los resultados obtenidos en la tabla 4.6 para ambas aleaciones de aluminio

en estado de entrega, se puede apreciar que los valores de las propiedades

mecánicas como: esfuerzo de fluencia, esfuerzo máximo y reducción de

espesor máximo en fractura, se encuentra dentro de valores teóricos referidos

en la tabla 4.4, esto quiere decir que las aleaciones en estudio están dentro de

los parámetros esperados característicos de cada material.

4.1.3 Ensayo de dureza para caracterización

Se realizaron ensayos de dureza utilizando el método de ROCKWELL

aunque este un método de indentación no pretende de manera directa medir

la dureza a través de la determinación directa de la magnitud de los esfuerzos

de contacto, sino que la define como un número arbitrario, inversamente

proporcional a la penetración del indentador.

La norma ASTM E 18-03 define la dureza Rockwell como un método de

ensayo por indentación por el cual, con el uso de una máquina calibrada, se

fuerza a un indentador cónico esferoidal de diamante (penetrador de



diamante), o una bola de acero endurecido (acero o carburo de tungsteno),

bajo condiciones específicas contra la superficie del material a ser ensayado,

en dos operaciones, y se mide la profundidad permanente de la impresión

bajo condiciones específicas de carga.

La norma ASTM E18-03 define el número de dureza Rockwell como un

número derivado del incremento neto en la profundidad del indentador cuando

la fuerza en el mismo es incrementada desde una fuerza previa (preliminar

específica) hasta una fuerza total (específica) y luego retornada al valor de

fuerza previa.

En este caso se utilizó ensayos de Rockwell A, en excepción a dos casos

especiales (6061 al 0% RE y 7075 al 6% RE) debido a que su dureza no era

lo suficientemente alta para esa escala; en ambos casos se recurrió a usar

Rockwell F, entre sus aplicaciones directas se encuentra la chapa fina

metálica de espesor mayor a 0,6 mm, por lo cual califica el método para medir

la dureza de los casos anteriormente mencionados. La tabla 4.7 muestra la

dureza medida en ambas aleaciones y el promedio de la dureza de cada una

de ellas.

Tabla 4.7 Medidas de Dureza de Rockwell.

1 2 3 4 5 Promedio

AA6061 10,7(RHF) 9,9(RHF) 3,8(RHF) 7,9(RHF) 12,0(RHF) 8,86(RHF)

AA7075 10,10 16,70 16,20 17,30 16,40 15,34

Nota: en tabla 4.7 las siglas RHF hacen referencia a Rockwell F.

Capítulo 4. 69

4.1.4 Metalografía para la caracterización

Se realizó el análisis metalográfico como parte de la caracterización del

material, el objetivo es revelar la verdadera estructura de la muestra, de

ambos materiales, tras realizar un método sistemático de preparación de la

probetas, en otras palabras gracias a un procedimiento rutinario bajo las

mismas condiciones, se busca encontrar resultados comprobables, y así tener

una referencia del comportamiento presentado por las aleaciones para

comparar posteriormente con las distintas condiciones que serán sometidas.

Las figuras 4.5 (a) y 4.5 (b) muestra las micrografías tomadas a ambas

aleaciones en estado de entrega.

El interés principal del ensayo metalográfico es evaluar la superficie de la

muestra, por lo tanto se requiere de una imagen precisa de la misma a

analizar, a su vez se requiere que ninguno de los siguientes aspectos se

presenten en la superficie: deformación, rayas, inclusión de elementos

extraños, “pull-outs”, manchas, extremos agudos, bordes redondeados ni

daños térmicos. Como el método de preparación es mecánico, será casi

imposible evitar que alguno de esos aspectos ocurra, sin embargo la meta es

que sean minimizables en su máxima expresión, de tal manera que sus

efectos sobre la estructura no sean divisables en el microscopio y se pueda

observar la estructura real de la pieza.



(a) (b)

Figura 4.5 Microscopia óptica: a) AA6061, b) AA7075 400X de aumento

Al observar en la figura 4.5(a) se observa una estructura con alta porosidad

y partículas de distintos tamaños de Mg2Si (siliciuro de magnesio).Por otra

parte al observar la figura 4.5(b) la microscopia de la aleación AA7075 se

observa principalmente grandes granos del compuesto intermetalico MgZn2 y

algunas porosidades. (Los materiales aleantes están señalados con flechas

color rojo).

En muchos casos, observar la estructura verdadera de la pieza requiere de

mucho tiempo y consumibles para la preparación, así que en oportunidades

se pueden establecer límites de aceptación inferiores o controlar el nivel de

defectos, también llamados “Criterios de Aceptación”. Esto es importante de

establecer, principalmente por los errores y defectos que se pudieron generan

en la preparación de las probetas, siendo estos no limitantes al momento de

realizar la evaluación microscópica.

Capítulo 4. 71

4.2. Deformación plástica en frío

Del ensayo de tracción para caracterización se observo que el porcentaje

(%) de reducción de espesor máximo soportado fue de 28% y 19,1% para las

aleaciones AA6061 y AA7075, respectivamente.

En base a lo expuesto anteriormente en el capítulo II de la presente

investigación, tanto el 8%, 6% y 24% para AA6061 como el 6%, 12% y 18%

para AA7075 representan el 30%, 60% y 90%,correspondientemente, de la

deformación total admitida por dichas aleaciones.

Figura 4.6 Probetas de AA6061 deformadas plásticamente en frio a distintos %RE



Las figuras 4.6 y 4.7 muestran los resultados del proceso de laminación en

frío al que fueron sometidas las probetas de ambas aleaciones. En dichas

imágenes se puede observar las ondulaciones en las probetas, esto puede ser

ocasionado por adherencia del metal a los rodillos.

Figura 4.7 Probetas de AA7075 deformadas plásticamente en frio a distintos %RE

En algunos casos, las probetas luego de ser laminadas presentaban fallas

en los bordes de la soldadura y en otros casos agrietamientos a lo largo de la

misma. Esto se debe mayormente a la terminación irregular del cordón de

soldadura los cuales en ocasiones funcionan como concentradores de

esfuerzo, estos defectos son magnificados por el efecto de la fuerza de

laminación, y es dicha fuerza quien a la final termina por agrietar el cordón. En

la figura 4.8 se observa un ejemplo de una falla en la soldadura al ser

laminada, falla también conocida como grieta superficial, originada por la

laminación defectuosa.

Capítulo 4. 73

Figura 4.8 Muestra de grietas en los extremos de una probeta.

4.3. Resultados de los ensayos de tracción

Ya finalizado los ensayos de tracción realizados en la máquina de ensayos

universal GALDABINI CTM 20 se obtuvieron gráficas de Carga-

Desplazamiento, una curva por cada probeta. Luego se procedió a obtener las

curvas de Esfuerzo-Deformación para cada una de las condiciones de ensayo

previamente establecidas.

A continuación se muestran las gráficas de Esfuerzo-Deformación para

cada aleación en las distintas condiciones (RE 30%, 60% y 90% del % de RE

a la fractura)



4.3.1 Gráficos Esfuerzo-Deformación del aluminio AA6061

Figura 4.9 Grafico esfuerzo-deformación al 0%RE (con cordón de soldadura)

Figura 4.10 Grafico esfuerzo máximo y ultimo al 0% RE

0

20

40

60

80

100

120

140

0 0.1 0.2 0.3 0.4

Esfu

erz

o (

mP

a)


Ensayo de tracción 6061.1



80

85

90

95

100

105

110

115

120

125

130

6061.1 6061.2 6061.3

Esfu

erz

o (

mP

a)

Probetas

Esfuerzo maximo

Esfuerzo Ultimo

Capítulo 4. 75

Tabla 4.8 Esfuerzos del AA6061 al 0% RE

Probeta Esfuerzo


Esfuerzo ultimo

6061,1 66,17 127,33 101,04 6061,2 68,91 123,288 103,98 6061,3 68,504 N/A 114,45


1,00 2,021 5,75511946



Probeta Esfuerzo de


Esfuerzo ultimo

6061,4 108,79 129,5 98,86 6061,5 99,6 126,89 101,93 6061,6 108,56 130,6 100,81

6061,7 101,93 128,15 101,86 Promedio 104,76 128,78 100,865 Desviación estándar

4,00 1,39639715 1,239687461

0

20

40

60

80

100

120

140

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

Esfu

erz

o (

mP

a)


Ensayo de tracción6061.4








80

90

100

110

120

130

140

6061.4 6061.5 6061.6 6061.7

Esfu

erz

o (

mP

a)

Probetas

Esfuerzo maximo

Esfuerzo ultimo

0

20

40

60

80

100

120

140

0 0.05 0.1 0.15 0.2

Esfu

erz

o (

mP

a)




Capítulo 4. 77



Probeta Esfuerzo de


Esfuerzo ultimo

6061,8 96,30 126,84 102,98

6061,10 107,56 114,71 89,47


5,60 6,065 6,755

70

80

90

100

110

120

130

6061.8 6061.10

Esfu

erz

o (

mP

a)

Probetas

esfuerzo maximo

Esfuerzo ultimo





0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 0.05 0.1 0.15 0.2

Esfu

erz

o (

mP

a)






70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

6061.11 6061.12 6061.13 6061.14

Esfu

erz

o (

mP

a)

Probetas

Esfuerzo maximo

Esfuerzo ultimo

Capítulo 4. 79


Probeta Esfuerzo de


Esfuerzo ultimo

6061,11 125,36 137,96 99,46 6061,12 126,06 146,26 117,26 6061,13 132,03 138,45 97,67

6061,14 135,12 149,2 119,8 Promedio 129,64 142,9675 108,5475 Desviación estándar

4,10 4,877690924 10,04277197

De las graficas se puede observar que, en un comienzo (de 0% a 15% de

RE) algunas propiedades mecánicas del AA6061 presentan una disminución,

como lo es la carga de ruptura tal como lo muestra la figura 4.17, al seguir

aumentando el %RE la ductilidad del material va aumentando conforme se va

aumentando la deformación plástica en frio.

Figura 4.17 Grafica de esfuerzo promedio de Ruptura - %RE

94

96

98

100

102

104

106

108

110

0 5 10 15 20 25 30

Esfu

erz

o (

mP

a)

Deformación (%)

Esfuerzo promedio



4.3.2 Gráficos Esfuerzo-Deformación del aluminio AA7075

Figura 4.18 Grafico esfuerzo-deformación al 0%RE


0

50

100

150

200

250

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3

Esfu

erz

o (

mP

a)


Ensayo de tracción707501


140

150

160

170

180

190

200

210

220

707501 707502 707503 707504

Esfu

erz

o (

mP

a)

Probetas

Esfuerzo maximo

Esfuerzo ultimo

Capítulo 4. 81


Probeta Esfuerzo de


Esfuerzo ultimo

707501 99,501 208,56 177,05 707502 101,75 207,86 178,07 707503 100,504 208,17 165,14

707504 99,505 207,07 176,84 Promedio 100,305 207,915 174,275 Desviación estándar

0.9 0,547288772 5,294575054


0

50

100

150

200

250

0 0.05 0.1 0.15 0.2

Esfu

erz

o (

mP

a)

Deformacion (mm/mm)









Probeta Esfuerzo de


Esfuerzo ultimo

707509 171,76 205,98 179,74 707510 176,01 208,82 169,91 707511 173,46 212,09 182,08

707512 178,76 213,05 182,11 Promedio 174,99 209,985 178,46

Desviación estándar

2,60 2,793854864 5,029110259

150

160

170

180

190

200

210

220

707509 707510 707511 707512

Esfu

erz

o (

mP

a)

Probetas

Esfuerzo maximo

Esfuerzo ultimo

Capítulo 4. 83

Figura 4.22 Grafico esfuerzo-deformación al12%RE


0

50

100

150

200

250

0 0.05 0.1 0.15 0.2

Esfu

erz

o (

mP

a)


Ensayo de tracción 707505




170

180

190

200

210

220

230

707505 707506 707507 707508

Esfu

erz

o (

mP

a)

Probetas

Esfuerzo maximo

Esfuerzo ultimo




Probeta Esfuerzo de


Esfuerzo ultimo

707505 185,8 221,06 197,49 707506 187,82 219,28 190,10 707507 187,52 223,01 193,13

707508 191,23 221,2 191,07 Promedio 188.09 221,1375 192,9475


2,00 1,319704039 2,841692937


0

50

100

150

200

250

0 0.05 0.1 0.15 0.2

Esfu

erz

o (

mP

a)






Capítulo 4. 85



Probeta Esfuerzo de


Esfuerzo ultimo

707513 201,08 234,40 202,05 707514 200,27 232,06 203,64 707515 204,05 229,40 201,05

707516 194,01 234,77 208,51 Promedio 199.85 232,6575 203,8125


3,70 2,148678373 2,865051265

De estas graficas se puede observar como progresivamente, a medida que

se aumenta el %RE, va aumentando ligeramente el esfuerzo máximo

soportado por el material, así como el esfuerzo de ruptura. Esta última

característica es fácilmente apreciable en la figura 4.26

180.00

190.00

200.00

210.00

220.00

230.00

240.00

707513 707514 707515 707516

Esfu

erz

o (

mP

a)

Probetas

Esfuerzo maximo

Esfuerzo ultimo



Figura 4.26 Grafica de Esfuerzo promedio de ruptura - %RE

En ambos materiales se observa claramente como a medida que se

aumenta el porcentaje (%) de reducción de espesor, el esfuerzo de fluencia

tiende a acercarse al esfuerzo máximo, el cual a su vez aumenta ligeramente

a medida que el porcentaje (%) de reducción de espesor es mayor.

Es importante resaltar el hecho de que sólo una probeta rompió por el

cordón de soldadura durante los ensayos de tracción, dicha probeta

pertenecía al grupo de probetas de AA6061 con un 0% RE. Este

comportamiento demuestra la calidad de juntas que fue realizada mediante

este tipo de soldadura, ya que esta luego de ser sometida a distintos

porcentajes (%) de reducción de espesor, fue capaz de soportar esfuerzos a

la par del material base, concluyendo así la excelente condición de la misma.

4.4. Resultados de los Ensayos de Dureza

Una vez concluido el proceso de laminación en frío para ambas aleaciones

se procedió a preparar el material para la aplicación de las pruebas de dureza

170

175

180

185

190

195

200

205

210

0 5 10 15 20

Esfu

erz

o (

mP

a)

Deformación (%)

Esfuerzo promedio deruptura (mPa)

Capítulo 4. 87

de Rockwell en las distintas zonas de la probeta. En la figura 4.27 se observan

los promedios de valores de dureza en las tres (3) zonas a evaluar del

AA6061, a 8%, 16% y 24% RE. Se colocaron los valores de dureza a 0% en

tablas separadas (figura 4.28 y 4.29) debido a esta caso, en el material base

fue necesario realizar ensayo Rockwell F.

Figura 4.27 Grafico de dureza de AA6061

Figura 4.28 Grafico de dureza de AA6061 con 0% RE (Zona transición y cordón)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

8% 16% 24%

Du

reza

Ro

ckw

ell

A

porcentaje (%) de reducción de espesor

Ensayo de dureza: AA6061

Material Base

Zona de transicion

Cordon de soldadura

0

5

10

15

20

25

30

0%

Du

reza

Ro

ckw

ell

A

% REDUCCION DE ESPESOR

Zona de transicion

Cordon de soldadura



Figura 4.29 Grafico de dureza de AA6061 con 0% RE (Material base)

La tabla 4.16 presenta los promedios de dureza de cada zona y %

Reducción de Espesor, así como la desviación estándar respectiva.

Tabla 4.16 Promedios de dureza de AA6061

RHF Rockwell A

% RE 0% 8% 16% 24%

Material Base Dureza Promedio 11,7 2,58 4,24 9,28

Desviación Est. 3,2 1,0 1,6 0,8

Zona de

Transición

Rockwell A

Dureza Promedio 28,02 8,92 25,16 28,96


Cordón de

Soldadura

Dureza Promedio 14,16 29,22 32,08 33,08


0

2

4

6

8

10

12

14

0%

Du

reza

Ro

ckw

ell

F

% REDUCCION DE ESPESOR

Material Base

Capítulo 4. 89

Tanto en los gráficos 4.27, 4.28 y 4.29 como en la tabla 4.16 se observa

claramente como la zona de transición y el cordón de soldadura aumentan

drásticamente su dureza a medida que se aumenta el porcentaje (%) de

reducción de espesor, esto se debe principalmente al brusco cambio de

temperatura que son sometidas estas áreas al momento de la soldadura. Por

otro lado, aunque el material base muestra un aumento significativo en su

dureza luego de los distintos procesos de laminación en frío, esta no se

presenta de una manera tan cuantiosa como lo hace en la zona de transición

y cordón de soldadura, debido a que esta área no se ve afectada por el calor.

A continuación en la figura 4.30 se presenta la dureza Rockwell A para la

aleación AA7075 en 0%, 12% y 18%. Al igual que la aleación AA6061 ocurrió

con el material base con 0% RE, y como fue señalado de manera explícita en

el capítulo III, en la aleación AA7075 la dureza del material base con 6% RE

requiere ser medida con Rockwell F, tal como lo muestra la figura 4.31.

Figura 4.30 Grafico de dureza del AA7075 a distintos % RE

0

5

10

15

20

25

30

35

0% 12% 18%

Du

reza

Ro

ckw

ell

A

% REDUCION DE ESPESOR

Material Base



Figura 4.31 Dureza Rockwell F de AA7075 con 6% RE

A continuación la tabla 4.17 presenta los promedios de dureza en cada %

Reducción de Espesor, así como la desviación estándar respectiva.

Tabla 4.17 Promedios de dureza de AA7075

Tipo de Dureza Rockwell A Rockwell F

%RE 0% 12% 18% 6%

Material

Base

Dureza Promedio 12,78 20,24 23,61 4,99


Al analizar los gráficos 4.30 y 4.31, así como la tabla 4.17, se observa una

condición no esperada, como es que en el caso particular de la aleación

AA7075 con un porcentaje (%) de reducción de Espesor del 6%, la dureza es

significativamente inferior a la dureza medida a 0% RE, esto se debe a que la

primera deformación causa un desalineamiento en la red cristalina, resultando

está, en una disminución inicial de la dureza. Sin embargo al continuar

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

6%

Du

reza

Ro

ckw

ell

F

%REDUCCION DE ESPESOR

Material Base

Capítulo 4. 91

aumentando el %RE se obtuvo un incremento sustancial con respecto a la

dureza medida de dureza registrada a 0% RE, es decir un resultado más

previsible que el arrojado al medir la dureza a 6% RE.

4.5. Resultados del análisis metalográfico

A continuación se exponen las diferentes micrografías que se les realizaron

a las aleaciones en sus diferentes estados de deformación. Las muestras

fueron atacadas con acido fluorhídrico al 5% de concentración durante

aproximadamente cinco (5) segundos. Las imágenes mostradas a

continuación se presentan en aumentos de 200X y 400X. Para evitar los

defectos en las probetas metalográficas, las muestras fueron examinadas en

el microscopio después de cada paso, y de existir algún defecto este fue

removido completamente, utilizando tiempos cortos para la preparación de los

muestras lo cual permite disminuir el consumo del material y evitar los bordes

redondeados, también se cambiaron los discos abrasivo o de pulido de

manera tal de conseguir los mejores resultados en el menos tiempo.

4.5.1 Microscopia del aluminio AA6061

En la figura 4.32 se observa la microscopía en el material base de la

aleación AA6061 sin deformar a 200X y 400X de aumento.

(a) (b)

Figura 4.32 Material base AA6061 a) 200X b) 400X a 0%RE

Mg2Si



Se puede observar en la figura 4.32 claramente los granos de magnesio

asociado con el silicio en Mg2Si de manera dispersa en el aluminio, como

también gran cantidad de porosidades como pequeños puntos negros

dispersados de manera uniforme.

En la figura 4.33 se observa la microscopía en el cordón de soldadura de la

aleación AA6061 sin deformar a 200X y 400X de aumento.

(a) (b)

Figura 4.33 Cordón de soldadura de AA6061 a) 200X b) 400X a 0% RE

En la figura 4.33 (b) se observa claramente una estructura dendrítica

señalada por flechas de color rojo.

En la figura 4.34 se observa la microscopía en el material base de la

aleación AA6061 con una reducción de espesor de 8% a 200X y 400X de

aumento.

(a) (b)

Figura 4.34 Material Base de AA6061 a) 200X b) 400X a 8% RE

Capítulo 4. 93

En la figura 4.35 se observa la microscopía en el cordón de soldadura de la

aleación AA6061 con una reducción de área del 8% a 200X y 400X de

aumento.

(a) (b)


En la figura anterior, la 4.35, aunque aún el efecto de la laminación no

genera aun un cambio radical en la microestructura del cordón de aluminio, se

puede observar cómo lo que antes era una estructura dendrítica dispersa y sin

dirección aparente, comienza a tomar ligeramente una orientación, es decir,

que la mayor parte de las ramificaciones de dichas estructuras están

orientadas hacia un mismo sentido, esto se debe a la deformación uniaxial a

la cual han sido sometida.

La figura 4.36 presentada a continuación nos muestra la microscopía

realizada al material base con una reducción de espesor del 16% a 200X y

400X de aumento.



(a) (b)


En esta figura 4.36 podemos observar cómo se comienza a notar el

alargamiento en algunos granos (en la flecha de color rojo) así como la

compresión de las porosidades dando un aspecto más opaco a la muestra.

La figura 4.37 muestra la microscopía realizada a la aleación AA6061 en el

cordón de soldadura luego de ser sometida a una reducción de área del 16%.

(a) (b)


Capítulo 4. 95

En la figura 4.37 se puede observar cómo las estructuras dendríticas

comienzan a desaparecer por efecto de la deformación, formando éstas, al

comprimirse y acumularse, pequeños granos de Mg2Si.

La figura 4.38 muestra la microscopía realizada al AA6061 en el material

base con una reducción de espesor de un 24% a 200X y 400X de aumento.

(a) (b)


La figura 4.38 (b) muestra claramente como los granos de Mg2Si se

encuentran totalmente planos y alargados (encerrados en rojo) y todos en un

mismo sentido, indicado este por flechas color rojo. Esto es causado por la

deformación plástica a la cual es sometido el material, el cual obliga a los

granos a deformarse en un mismo sentido.



4.5.2 Microscopia del aluminio AA7075

A continuación en la figura 4.39 se presenta la microscopía de la aleación

AA7075 con un 0% de reducción de espesor.

(a) (b)

Figura 4.39 AA7075 a) 200X b) 400X con un 0% RE

En la figura 4.39 se observa un material de una relativa homogeneidad y

una gran cantidad de pequeñas porosidades repartidas equitativamente por

toda la superficie del material. También son visibles algunos granos obscuros

de MgZn2 esparcidos por el material.

La figura 4.40 muestra la microscopia de una probeta AA7075 con una

reducción de espesor de 6%.

Capítulo 4. 97

(a) (b)

Figura 4.40AA7075 a) 200X b) 400X con un 6% RE

En la figura 4.40 se puede observar que continúa la presencia de

porosidades y de granos de MgZn2 sin una aparente deformación debido a la

reducción de espesor aplicada por medio de una laminación en frío.

La figura 4.41 muestra las imágenes correspondientes a la microscopía

realizada a la aleación AA7075 con una reducción de espesor de 12%.

(a) (b)


MgZn



En la figura 4.41 se observa una ligera reducción en el tamaño de los

granos de MgZn2, así como un ligero alargamiento denotado por las flechas de

color rojo.

La figura 4.42 muestra las imágenes correspondientes a la microscopía

realizada a la aleación AA7075 con una reducción de espesor de 18%.

(a) (b)


En la figura 4.42 se puede observar cómo la mayoría de los granos de

MgZn2 se encuentran muy reducidos en su tamaño, así como también las

porosidades. También se puede notar rastros de cráteres originados por el

pulido los cuales se encuentran señalados por flechas de color amarillo.

4.6 Análisis de resultados de la juntas de AA7075.

Luego de numerosos intentos para lograr una unión resistente y

homogénea por medio de un proceso GTAW autógeno en juntas de aluminio

AA7075, se observo que este proceso no es compatible con dicha aleación,

Capítulo 4. 99

ya que la unión en las juntas realizadas resultaron ser muy frágiles, o en la

mayoría de los casos no se lograba generar una unión debido a la falta de

material de aporte que acusa este método de soldadura.

El espesor de la lámina influyo en gran medida la poca viabilidad del

proceso, el cual al ser muy poco, solo 3.125 mm, ocasionó que al fundirse

debido al calor generado por el arco junto a su posterior solidificación de

manera acelerada, acentuada tanto por sus características físicas como su

gran área superficial respecto al espesor, generó uniones en las cuales el

cordón era de menor espesor que la lamina en sí. Discontinuidad de

soldadura común en uniones permanentes autógenas.

Otra de las fallas que presentó la unión fue falta de penetración entre las

láminas, originada por una penetración incorrecta en la ranura, generando

pequeños lugares donde no se alcanzaba la unión entre las juntas.

Estas juntas también presentaron distintas fallas como agrietamiento a lo

largo de la unión. Esto se debe en parte al rápido enfriamiento del cordón, lo

cual hace muy duro y frágil al material en dicha zona, como también a las

tensiones por el brusco cambio de temperatura en la zona de transición o ZAC

(Zona Afectada por el Calor), las cuales sumadas a la fragilidad de la unión,

poco espesor y cantidad de defectos en la unión antes mencionados, da como

resultado la fractura o agrietamiento de esta.

Dicho agrietamiento puede ser observado fácilmente en la figura 4.43

presentada a continuación.



Figura 4.43 Grieta en junta de AA7075

Debido a lo anteriormente expuesto no fue posible realizar probetas de

AA7075 soldadas por medio de un proceso GTAW, motivo por el cual esta

investigación se vio limitada a realizar los ensayos a probetas con distintos

porcentajes (%) de reducción de área, para de esta forma conocer el

comportamiento mecánico del aluminio AA7075; esto tomando en cuenta que

con un proceso de soldadura distinto y fiable, el material base debiese fallar

antes que las uniones generadas por el proceso de soldadura (como sucedió

en las pruebas del AA6061), quedando así la selección del proceso de

soldadura optimo para este material para una futura investigación.

CCoonncclluussiioonneess

Se identificó de forma satisfactoria que las aleaciones recibidas eran

respectivamente AA6061-T0 y AA7075-T0.

Los parámetros seleccionados para la unión permanente de la

aleación 6061 resultaron ser satisfactorios para una soldadura de tipo

autógena en la misma. La soldadura realizada en la aleación presentó

características mecánicas iguales o superiores que el material base,

validando los valores seleccionados para el proceso de unión.

Se observo que tanto para las probetas de AA6061, como para las

probetas de AA7075. La ductilidad disminuyó a medida que se

aumenta el porcentaje de reducción de espesor.

En las aleaciones de aluminio AA6061 y AA705 se aprecio que con la

disminución del espesor provocado por la laminación en frío. La

proporción de la zona de deformación elástica aumento con respecto

a la zona plástica, debido a la deformación observada en los granos



como consecuencia a numerosas reducciones de espesor a las cuales

fueron sometidas dichas aleaciones.

Los cambios en los valores de dureza de las distintas zonas, se

pueden atribuir al efecto que produce el aporte de calor durante la

soldadura sobre la microestructura, en la cual la difusión y disolución

del elemento aleante endurecedor de la aleación de aluminio AA6061,

como es el siliciuro de magnesio ( ).

Debido a las propiedades mecánicas y químicas de la aleación

AA7075 no se logró soldar de manera exitosa mediante el proceso de

unión permanente GTAW autógena las láminas de 3.125 mm de

espesor.

El proceso GTAW autógeno en el AA7075 provocó un aumento

considerable de la dureza del material en el cordón de soldadura y su

respectiva zona de transición. Haciendo las uniones en extremo

frágiles para las aplicaciones estipuladas en este trabajo de grado.

Las propiedades mecánicas obtenidas del AA7075, mostraron que

aumentos en el porcentaje de reducción de espesor lograron un efecto

proporcional en algunas propiedades mecánicas de dicha aleación,

como el esfuerzo máximo y último, así como la dureza la cual aumento

debido al alargamiento de los granos y la reducción de área de las

porosidades.

Conclusiones. 103

Debido a la incapacidad de poder lograr una unión permanente

utilizable para los diferentes ensayos en la AA7075 se hace imposible

comparar el efecto de la deformación en frío en las juntas soldadas

entre ambas aleaciones.

Teniendo en cuenta el desempeño de las juntas soldadas en AA6061,

las cuales presentaron un comportamiento igual o superior al material

base, se puede inferir que si se repite la tendencia en el AA7075. Se

tendrían juntas soldadas con características mecánicas superiores a

las presentadas por el AA6061 como: la tenacidad y rigidez

convirtiéndolo en un material idóneo para soluciones del tipo

estructural.

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