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EVALUACIÓN DE PROPIEDADES MECÁNICAS Y MICROESTRUCTURALES DE UNA ALEACIÓN DE ALUMINIO 2024 REFORZADA CON PARTÍCULAS DE CARBURO DE TUNGSTENO (WC) El siguiente trabajo de investigación presenta la obtención de un compósito base una aleación de Aluminio 2024 (Al 2024) reforzado con partículas de Carburo de Tungsteno (WC), por el método de metalurgia de polvos empleando un molino de bolas de alta energía. Adicionalmente se realizaron tratamientos térmicos de envejecido para la generación de precipitados. La caracterización microestructural se realizó mediante las técnicas de Microscopía Electrónica de Barrido (MEB), Microscopía Electrónica de Transmisión (MET) y Difracción de Rayos-X. La evaluación de las propiedades mecánicas se realizó mediante ensayos de Dureza Rockwell B (HRB) y Microdureza Vickers (HV). Los materiales compósitos metálicos en las ultimas décadas han suplantado a otros materiales debido a sus características y propiedades 1 . Estos presentan ventajas significativas de eficiencia, costo y mejores propiedades. Algunas de las técnicas como la metalurgia de polvos producen resultados de compósitos mucho más estables y mejor distribuidos que otros mecanismos como la fundición 2 . Este tipo de materiales se aplican en diferentes áreas como la aeronáutica, la industria automotriz, la medica, etc 3,4 . Metodología Resultados FIG 2. Difractograma de la aleación Al 2024 y del compósito Al 2024 reforzado con partículas de WC con una concentración de 1% y 2% después de un tratamiento de envejecido a 195°C por 6000 min. FIG. 1. Grafica de dureza vs tiempo para 1) Microdureza Vickers (HV) del comoposito Al 2024 reforzado con partículas de WC a concentración de 1% y 2% 2) Dureza Rockwell B (HRB) del composito de Al 2024 reforzado con partículas de WC a concentración de 1% y 2% 1 RESUMEN Introducción 2 1 Centro de Desarrollo de Nanotecnología, Área de Electromecánica Industrial, Universidad Tecnológica de Tulancingo. Camino a Ahuehuetitla #301, C.P. 43642, Tulancingo, Hidalgo, México. 2 Instituto Tecnológico de Veracruz, Arroyo del Maíz # 93230, Poza Rica, Veracruz, México. 3 Centro de Investigación en Materiales Avanzados (CIMAV), Miguel de Cervantes #120, C.P. 31109, Chihuahua, Chih., México Luis M. Rocha Lemus 1 , Héctor J. Sánchez Quevedo 2 , Carlos G. Garay Reyes 3 , Roberto Martínez Sánchez 3 . Fig. 3. Micrografias obtenidas mediante MEB-SE-Mapeo EDSque muestras la distribución de fases presentes en las muestras de a) Al 2024, b) Compósito de Al 2024 reforzado con partículas de WC al 2%. FIG. 4. Micrografías obtenidas por MET de a) Al 2024 b) Compósito de aleación Al 2024 reforzado con WC al 2% y análisis EDS por mapeo. Conclusiones Agradecimientos Referencias 10 20 30 40 50 60 70 0 1000 2000 Φ ΦAlFe 3 C ∗ ∗ • • • • ♣ ♣ ♣ ♣ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♠ ♦ ♦ ♦ ♦ Intensidad (u.a) 2 θ 2% 1% BLANCO Al Al 12 W Al 2 Cu WC CuAlO 2 a) a) b) b) a) b) Agradecemos al centro de investigación CIMAV por la ayuda proporcionada en este verano científico. Al Dr. Carlos Gamaliel Garay por su apoyo para la realización de este proyecto. Al Dr. Roberto Martínez Sánchez por la dirección del proyecto. A los técnicos Raúl y Karla por su servicio en la caracterización de las muestras. [1] Esparza Rodríguez, M. A., Garay Reyes, C. G., & Martínez Sánchez, R. (2017). El aluminio, material trascendente en la historia humana. Chihuahua. [2] Gowda, K. P., Prakash, J. N., Gowda, S., & Babu, B. S. (2015). Effect of Particulate Reinforcement on the Mechanical Properties of Al2024-WC MMCs . Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering, 469-470. [3] Abhijith, R., & Harish, T. M. (2016). Fabrication & Analysis of Aluminium (Al-2024) and Tungsten Carbide (WC) Metal Matrix Composite by in-Situ Method . International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT) , 400. [4] M, A. R. (2016). Fabrication & Analysis of Aluminium (Al-2024) and Tungsten Carbide (WC) Metal Matrix Composite by in-Situ Method . International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT) , 400. • La técnica de metalurgia de polvos permite generar una dispersión homogénea de partículas reforzantes de Carburo de Tungsteno (WC) en una matriz metálica de Aluminio 2024. • La propiedad mecánica de dureza (HRB-HV) aumenta en relación de la cantidad de Carburo de Tungsteno que es añadida a la matriz de Aluminio 2024. • Precipitados Al_2 Cu fueron encontrados dispersos en varias orientaciones espaciales en el pico de dureza. • Se observó mediante Difracción de Rayos-X bandas característicos de las fases Al, AlCuO_2, Al_2 Cu , WC, Al 12 W, AlFe 3 C , lo que sugiere que las partículas reforzantes de Carburo de Tungsteno (WC) muestran una afinidad química con el Al y Fe, para formar fases intermetalicas después del tratamiento térmico. 100 1000 10000 100 150 200 250 Microdureza (HV) Tiempo (min) Al 2024 Al 2024_1% Al 2024_2% 10 100 1000 10000 40 50 60 70 80 Dureza (HRB) Tiempo (min) Al 2024 Al 2024_1% Al 2024_2% 1. Molienda (3 hrs.) 2. Compresión y Sinterizado ( 45 T a 480°C) 3. Extrucción (55 T a 480°C) 4. Solubilizado ( 495°C por 5 hrs 15 min) 5. Envejecido ( 195°C de 30-6000 min) 6. Caracterización. (MEB,MET,DRX,HRB Y HV)
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EVALUACIÓN DE PROPIEDADES MECÁNICAS Y MICROESTRUCTURALES DE UNA ALEACIÓN DE ALUMINIO 2024 REFORZADA CON PARTÍCULAS DE CARBURO DE TUNGSTENO (WC)
El siguiente trabajo de investigación presenta la obtención de un compósito base una aleación de Aluminio 2024 (Al 2024) reforzado con partículas deCarburo de Tungsteno (WC), por el método de metalurgia de polvos empleando un molino de bolas de alta energía. Adicionalmente se realizarontratamientos térmicos de envejecido para la generación de precipitados. La caracterización microestructural se realizó mediante las técnicas deMicroscopía Electrónica de Barrido (MEB), Microscopía Electrónica de Transmisión (MET) y Difracción de Rayos-X. La evaluación de las propiedadesmecánicas se realizó mediante ensayos de Dureza Rockwell B (HRB) y Microdureza Vickers (HV).
Los materiales compósitos metálicos enlas ultimas décadas han suplantado aotros materiales debido a suscaracterísticas y propiedades1. Estospresentan ventajas significativas deeficiencia, costo y mejores propiedades.Algunas de las técnicas como lametalurgia de polvos producen resultadosde compósitos mucho más estables ymejor distribuidos que otros mecanismoscomo la fundición2. Este tipo demateriales se aplican en diferentes áreascomo la aeronáutica, la industriaautomotriz, la medica, etc3,4.
Metodología
Resultados
FIG 2. Difractograma de la aleación Al 2024 y del compósito Al 2024 reforzado con partículas de WC con una concentración de 1% y 2%
después de un tratamiento de envejecido a 195°C por 6000 min.
FIG. 1. Grafica de dureza vs tiempo para 1) Microdureza Vickers (HV) del comoposito Al 2024 reforzado con partículas de WC a concentración de
1% y 2% 2) Dureza Rockwell B (HRB) del composito de Al 2024 reforzado con
partículas de WC a concentración de 1% y 2%
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RESUMEN
Introducción
2
1Centro de Desarrollo de Nanotecnología, Área de Electromecánica Industrial, Universidad Tecnológica de Tulancingo. Camino a Ahuehuetitla #301, C.P. 43642, Tulancingo, Hidalgo, México.
2Instituto Tecnológico de Veracruz, Arroyo del Maíz # 93230, Poza Rica, Veracruz, México. 3Centro de Investigación en Materiales Avanzados (CIMAV), Miguel de Cervantes #120, C.P. 31109, Chihuahua, Chih., México
Luis M. Rocha Lemus1, Héctor J. Sánchez Quevedo2, Carlos G. Garay Reyes3, Roberto Martínez Sánchez3.
Fig. 3. Micrografias obtenidas mediante MEB-SE-Mapeo EDSquemuestras la distribución de fases presentes en las muestras de a) Al
2024, b) Compósito de Al 2024 reforzado con partículas de WC al 2%.
FIG. 4. Micrografías obtenidas por MET de a) Al 2024 b) Compósito de aleación Al 2024 reforzado con WC al 2% y análisis EDS por
mapeo.
Conclusiones
Agradecimientos Referencias
10 20 30 40 50 60 70
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Agradecemos al centro de investigación CIMAV por laayuda proporcionada en este verano científico.Al Dr. Carlos Gamaliel Garay por su apoyo para larealización de este proyecto.Al Dr. Roberto Martínez Sánchez por la dirección delproyecto.A los técnicos Raúl y Karla por su servicio en lacaracterización de las muestras.
[1] Esparza Rodríguez, M. A., Garay Reyes, C. G., & Martínez Sánchez, R. (2017). El aluminio, materialtrascendente en la historia humana. Chihuahua.[2] Gowda, K. P., Prakash, J. N., Gowda, S., & Babu, B. S. (2015). Effect of Particulate Reinforcement on theMechanical Properties of Al2024-WC MMCs . Journal of Minerals and Materials Characterization andEngineering, 469-470.[3] Abhijith, R., & Harish, T. M. (2016). Fabrication & Analysis of Aluminium (Al-2024) and Tungsten Carbide(WC) Metal Matrix Composite by in-Situ Method . International Journal of Engineering Research & Technology(IJERT) , 400.[4] M, A. R. (2016). Fabrication & Analysis of Aluminium (Al-2024) and Tungsten Carbide (WC) Metal MatrixComposite by in-Situ Method . International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT) , 400.
• La técnica de metalurgia de polvos permite generar unadispersión homogénea de partículas reforzantes deCarburo de Tungsteno (WC) en una matriz metálica deAluminio 2024.
• La propiedad mecánica de dureza (HRB-HV) aumenta enrelación de la cantidad de Carburo de Tungsteno que esañadida a la matriz de Aluminio 2024.
• Precipitados Al_2 Cu fueron encontrados dispersos envarias orientaciones espaciales en el pico de dureza.
• Se observó mediante Difracción de Rayos-X bandascaracterísticos de las fases Al, AlCuO_2, Al_2 Cu , WC,Al12 W, AlFe3C , lo que sugiere que las partículasreforzantes de Carburo de Tungsteno (WC) muestran unaafinidad química con el Al y Fe, para formar fasesintermetalicas después del tratamiento térmico.
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Al 2024 Al 2024_1% Al 2024_2%
1. Molienda (3 hrs.)
2. Compresión y Sinterizado ( 45 T a 480°C) 3. Extrucción (55
T a 480°C)
4. Solubilizado ( 495°C por 5 hrs 15 min)
5. Envejecido ( 195°C de 30-6000 min)
6. Caracterización.(MEB,MET,DRX,HRB Y HV)
