8/17/2019 Fusión y Caracterización de CuAgZr

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Fusión y Caracterización de CuAgZr 

Ernesto Gustavo Maffia (**)

ProInTec – I&D (Investigación y Desarrollo en Procesos Industriales y Servicios

Tecnológicos) Dearta!ento de Mec"nica# $acultad de Ingenier%a# niversidad 'acional de aPlata# ('P)# ++# ,-# -rgentina

(**) ernesto.!affia/ing.unl.edu.ar

Palabras claves: CuAgZr, tratamiento térmico, microscopia, propiedades a elevadas

temperaturas

RESUMEN: la aleacin CuAgZr es un material !ue cuenta con una buena

conductividad térmica " elevada resistencia al ablandamiento, la cual es

necesaria para soportar los altos #lu$os de calor " presiones !ue se generan en

la c%mara de combustin de motores de co&etes aeroespaciales' Adem%s deestos par%metros, estos materiales deben convivir con combustibles l(!uidos

)*+, erosene, etc-, los !ue generan otros tipos de degradacin en el material,

como es la #ragili.acin' Si bien el cobre puro tiene buenas propiedades

térmicas como para cumplir con la evacuacin de calor, su resistencia a altas

temperaturas no lo es tanto' Por esto, el dise/o de una aleacin para este tipo

de aplicaciones re!uiere de elementos aleantes tales como Cr, Zr, Ag, Nb para

me$orar su resistencia sin a#ectar considerablemente la conductividad' *a"

distintos intentos en #abricar tales aleaciones, como ser CuZr, CuCr, CuCrZr,

CuNiSiCr, etc' pero una de las aleaciones m%s importantes, es la CuAgZr'

El siguiente traba$o presenta el estudio de la aleacin CuAgZr lograda por 

#usin " colada en co!uilla, con un tratamiento térmico de enve$ecimiento' Se

utili.a para el an%lisis microscopia ptica, ensa"os mec%nicos )traccin "

dure.a-' 0os resultados preliminares indican !ue la aleacin CuAgZr posee

interesantes propiedades a elevadas temperaturas' , tanto en la condicin de

&omogenei.ada, #or$ada " enve$ecida como en la condicin 1as2cast3

&omogenei.ada " enve$ecida

4' 5N6R78UCC57N

0a c%mara de combustin " la tobera de los lan.adores espaciales deben ser 

capaces de disipar el calor producido por el propelente de los motores de

ve&(culos espaciales )temperaturas alrededor de los 9 ;C' Es necesario

adem%s, !ue esta pie.a conserve buenas propiedades mec%nicas a elevadas

temperaturas para no ver comprometida su integridad estructural' 0as

aleaciones base Cobre débilmente aleadas representan un con$unto de

materiales capaces de cumplir estos re!uisitos' En cuanto el cobre )dee

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como la plata, circonio, cromo, niobio, etc, produce un aumento de las

propiedades mec%nicas a través de mecanismos como el endurecimiento por 

precipitacin, sin demasiadas perdidas conductividad termo2eléctrica'

0a aleacin CuAgZr, &a sido empleada en estos =ltimos a/os en servicios de

alta temperatura con buenos resultados' 6iene un buen desempe/o en

ambientes e por 

otro lado, la plata como aleante, produce una inter#erencia minima en la

conductividad del cobre con lo !ue se podr(a incorporar en ma"or porcenta$e

!ue otros solutos )alrededor del 9 ? en peso- para lograr aumentos aceptables

de las propiedades mec%nicas' Por su parte el circonio se cree tiene un ma"or 

e#ecto endurecedor, re!uiriéndose cantidades de un orden de magnitud

menores respecto a la plata ),@ ? 2 ,@ ? en peso-, "a !ue act=a

principalmente modi#icando las caracter(sticas del endurecimiento por precipitacin " suprimiendo la precipitacin discontinua'

En el presente traba$o se reali.a el proceso de #usin de la aleacin CuAgZr de

modo convencional, utili.ando un &orno a crisol cale#accionado por gas natural

con proteccin del ba/o l(!uido' Se caracteri.an las distintas aleaciones

obtenidas mediante microscop(a ptica, dure.a " ensa"os de traccin a +@ "

;C para determinar las propiedades mec%nicas' Adem%s se reali.an

ensa"os preliminares de #or$a para evaluar la traba$abilidad de la aleacin sin

&omogenei.ar'

+' RESU06A87S

BUS57N

0a aleacin se #unde en crisoles de gra#ito " se cuela en moldes met%licos' Se

utili.a cobre " plata de pure.a comercial " una liga madre de Cu24 ? Zr' El

proceso de #usin se reali.a colocando, inicialmente, el cobre puro " llev%ndolo

a una temperatura de 4+C, donde el l(!uido #ormado se protege con

#undente para evitar una pérdida e

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pues la turbulencia genera el ingreso de o

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una solucin solida de plata en cobre #ormando la matri.> esto =ltimo pudocon#irmarse pero no as( la presencia de .irconio' Una identi#icacin tan precisanecesitar(a de microscopia electrnica de barrido " transmisin, lo cual no se&i.o en este traba$o' En la matri. se encuentra el resto de la plata disuelto ensolucin' El porcenta$e de en la matri. Zr deber(a tender al ? "a !ue la

ma"or(a de este elemento se encuentra en los precipitados o cmo

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 Figura 3. Estructura de una muestra de la aleación CuAgZr forada (100 x).

8UREZA

Sobre las muestras de la aleacin en condicin de #or$ado " coladas se reali.ael tratamiento térmico de endurecimiento por precipitacin' Este consiste ensolubili.ar las muestras a IC por 4&r " después enve$ecerlas a H@Cdurante H,@ &rs, en#riando #inalmente al aire' 0as medidas de dure.a se reali.ancon +,@ Gg de carga " bolilla de +,@ mm de di%metro'

En el caso de las muestras en la condicin de cmo coladas se obtiene,apro

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6AF0A 42 Ensayos de tracción de la aleación CuAgZr a diferentestemperaturas

 ensayos de laboratorio

Fluencia[MPa]

Rotura[MPa]

Alargamiento[%]

25°C 205 ± 5 292 ± 5 9

150°C 215 ± 5 273 ± 5 5

600°C 101 ± 5 107 ± 5 7

Datos de la bibliografía ()

Fluencia[MPa]

Rotura[MPa]

Alargamiento[%]

25°C 292 65 1!

150°C 27 392 19

50°C 155 2!3 17

600°C 100 113 11

0a #ractura de los ensa"os reali.ados a temperatura ambiente muestran unasuper#icie de #ractura semi d=ctil' Esto sucede, probablemente, por!ue &a" unagran resistencia al desli.amiento debido a la precipitacin de part(culasnanométricas de plata en la estructura del cobre, adem%s de una gransegregacin interdendritica, por lo cual la rotura se produce debido alarrancamiento causado por tensiones normales al prevalecer el endurecimientomec%nico por sobre el desli.amiento'

Respecto a las muestras ensa"adas a C, los resultados de traccin en

caliente muestran !ue la tensin de #luencia " la de rotura est%n en el mismoorden' A esta temperatura de ensa"o el modo de #ractura es con mu" pocaestriccin " se desarrolla una #ractura #r%gil e intergranular, lo cual indica !ue, laconvivencia entre segundas #ases " matri. no da buenos resultados'

9' C7NC0US57NES

El presente traba$o arro$a los siguientes resultados:

0as observacin micro estructural de muestras coladas de la aleacin CuAgZr muestra un tipo de precipitado continuo en las regiones interdendr(ticas' Esta#ase se genera durante la r%pida solidi#icacin en molde met%lico " es

necesaria !ue sea eliminada para me$orar las propiedades del material antesde entrar en servicio' 0a segregacin de un aleante es una variable a eliminar por medio de tratamientos térmicos de &omogenei.ado "Ko con#ormado )encaliente mediante #or$a o laminado-' 0os ensa"os de #or$a muestran unadisminucin de segundas #ases, un menor tama/o de grano, part(culas desegundas #ases no continuas " distribucin m%s uni#orme de las mismas> estadisposicin microestructural sugiere un material de propiedades m%sisotropicas'

Se encuentran picos de dure.a de 44@ *F " 4@ *F en las muestras #or$adas "coladas respectivamente lo cual coincide con valores medidos en traba$os de

otros autores'

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0os ensa"os de traccin )#r(o " en caliente- de materiales en condicin decolados, muestran valores de resistencia aceptables para microestructurassegregadas' 0a tendencia &acia la #ractura #r%gil aumenta con la temperatura,lo cual abre una gran incgnita pues deber(a ser todo lo contrario' Sin embargo,las #racturas de car%cter #r%gil después de la estriccin, con#irman !ue estos

materiales necesitan solubilidad total de las segundas #ases antes de ser testeadas en cual!uier ensa"o de relevamiento de propiedades'

H' F5F057RAB5A

• S' C&enna ris&na, '6'6&arlan, F'Pant, R'J'ottada' Microstructure and

Mec&anical Properties o# Cu2Ag2Zr Allo", Materials and Metallurg"roup, JiGram Sarab&ai Space Centre' +49'

•  A'aganov, Q' Breudenberger, E' Fotc&arova, 0'Sc&ul., E##ects o# 

addition on t&e microstructure and t&e mec&anical and electricalproperties o# Cu2DAg allo"s, Materials and Sc Engineering, A H9D, )+-94929++

•