Dissertations / Theses on the topic 'Aluminio – Aleaciones'

El presente trabajo se estableció diferencias significativas en características y propiedades que existe entre uniones soldadas con ambos aportes. Las uniones obtenidas con el aporte ER4043, debido a su contenido de Si (5%), presentan una serie de características que lo hacen muy apreciado por los soldadores debido a que las uniones presentan mejor acabado superficial, mayor penetración, siendo más fácil su empleo durante la operación de soldeo, sin embargo, los inconvenientes que se pueden presentar es que se puede originar perforaciones en las planchas de aluminio de bajo espesor, además, que el cordón de soldadura presentará un color ligeramente más oscuro. Las uniones obtenidas con el aporte ER5356 presenta más salpicaduras, y se genera una gran cantidad de gases durante el proceso de soldeo debido al alto contenido de Mg (5%) que contiene, por lo que, se debe tener cuidado durante su empleo, este aporte una vez depositado, es más resistente que el ER4043, además de poderlo emplear para soldeo de materiales delgados. Los resultados encontrados en la presente investigación servirán de guía para seleccionar el aporte más conveniente entre estos dos materiales.
Tesis

El presente trabajo estudia de forma comparativa la tendencia a la fisuración en caliente de la aleación de aluminio AA6063-T6 de 2.8 milímetros de espesor mediante el proceso GTAW sin metal de aporte empleando tres condiciones de enfriamiento. Se elaboraron diferentes procedimientos de soldadura para analizar la soldabilidad del material mediante la obtención de cupones con descarga de líneas de calor sometidos a bajo aporte térmico (menor a 325 KJ/m), mediano aporte térmico (350 KJ/m), y a alto aporte térmico (mayor a 400 KJ/m); modificando en cada caso la velocidad de disipación del calor mediante el uso de un respaldo de acero, un respaldo de cobre y un respaldo de cobre refrigerado con agua, con la finalidad de analizar su relación con la tendencia a la fisuración en caliente. La inspección visual y los ensayos microestructurales realizados sobre los cupones con descarga de líneas de calor mostraron que bajo condiciones normales de soldeo no se logra evitar la aparición de fisuración en caliente. No obstante, si aseguramos que la soldadura presente una velocidad de enfriamiento superior al que normalmente se produce en procesos de soldadura, se podrá eliminar la aparición de fisuración en caliente. Ello se puede conseguir utilizando un respaldo de cobre, el cual presentó buenos resultados a bajo y mediano aporte térmico. Si bien es cierto, el respaldo de cobre refrigerado con agua logra eliminar la fisuración en caliente incluso para alto aporte térmico, no se recomienda su uso en soldadura debido a que este es un método poco práctico y difícil de utilizar en construcciones soldadas. Por otro lado, se realizaron cupones soldados a tope sin el empleo de metal de aporte y con enfriamiento mediante respaldo de cobre. Estos cupones fueron sometidos a ensayos de líquidos penetrantes, doblado y tracción, comprobándose su integridad y obteniendo una resistencia promedio de 145 MPa. Estos resultados fueron comparados y cumplieron con las exigencias del código de soldeo estructural de aluminio AWS D1.2, concluyéndose que cuando se desee soldar la aleación de aluminio AA6063-T6 de 2.8 milímetros de espesor mediante el proceso GTAW y sin el uso de metal de aporte, se deberá garantizar una velocidad de enfriamiento superior al que se obtiene normalmente en procesos de soldadura, lo que se consigue asegurando un buen contacto entre el metal base y el respaldo de cobre a fin de favorecer una buena disipación de calor.
Tesis

Estudio del proceso de infiltración de grafito con aleaciones de aluminio. Fabricación de materiales compuestos de grafito/aleaciones de aluminio. Determinación de sus propiedades térmicas y mecánicas.

La soldadura por fricción batido es un proceso de soldadura en estado sólido ampliamente usado en la unión de una amplia gama de metales comúnmente difíciles de soldar por procesos convencionales, entre los que destaca el aluminio y sus aleaciones, por lo que se usa como una alternativa muy útil para obtener juntas sanas y con una resistencia superior al promedio por tales procesos convencionales. En los últimos años, han aparecido variaciones y mejoras del proceso de soldadura por fricción batido, entre los que destaca la soldadura por fricción batido bajo el agua o bajo alimentación continua de líquido refrigerante, procesos que mejoran aún más las características microestructurales y las propiedades mecánicas de las juntas de aluminio soldadas. En el presente trabajo se realizó la comparación, análisis de la microestructura y obtención de las propiedades mecánicas de juntas soldadas a tope de planchas de la aleación de aluminio AA5052-H32 de 3mm, mediante el proceso de fricción batido convencional y bajo alimentación continua de refrigerante. Se emplearon diversos parámetros de soldadura, como velocidad de rotación y avance, con el objetivo de obtener juntas sanas y sin defectos. Se evaluaron los cupones por inspección visual y examinación radiográfica y se seleccionaron los cupones con juntas sanas y sin defectos para realizar los ensayos. Se realizó microscopía óptica para comparar y analizar las regiones características de las zonas soldadas, así como ensayos de dureza y tracción a la sección de soldadura, para comparar y analizar ambos procesos realizados, así como con las propiedades del metal base. Se analizó también las superficies de fractura. Se obtuvieron juntas sanas y sin defectos a 1000 rpm y 100 mm/min empleando el proceso de soldadura por fricción batido convencional y a 1700 rpm y 80 mm/min en el proceso de soldadura bajo alimentación continua de líquido refrigerante. Se observó que el efecto de ésta última es reducir el crecimiento del tamaño de grano, lo cual resulta en una mejora de las propiedades mecánicas de la junta soldada comparada con el proceso de soldadura realizado por fricción batido convencional, obteniendo valores de resistencia a la tracción de 208.5 MPa en el caso de la soldadura por fricción batido convencional y de 217.3 MPa en la soldada bajo alimentación continua de líquido refrigerante, comparados con los 238.6 MPa en el metal base, lo que se refleja en una eficiencia del 87.4% y 91.1% respectivamente. Las probetas rompieron en el lado de retroceso (LR). Asimismo, se obtuvieron valores ligeramente mayores de dureza en la zona batida del cupón soldado bajo fricción batido con alimentación continua de líquido refrigerante y se confirmó que en la zona de menor dureza es en donde ocurre la fractura. Las superficies de fractura fueron examinadas y presentaron zonas características de fractura dúctil.
Tesis

En diversas situaciones se requieren materiales conductores eléctricos que mantengan sus propiedades mecánicas a esfuerzos elevados y temperaturas entre 500 y 800 ºC (electrodos para soldadura por resistencia eléctrica). Estudios previos han demostrado que las aleaciones de cobre endurecidas por dispersión de nanocerámicas satisfacen estos requerimientos. En el presente Trabajo de Título, se estudió la influencia de la solubilidad de los elementos aleantes (Ti y C) en las aleaciones de Cu, reforzadas por una dispersión de nanocerámico (TiC) producidas in situ, además de otros dispersoides como TiO2 y TiCu4 producidos durante el proceso de formación de la aleación y como todos estos influyen sobre la microestructura de dichas aleaciones. También se analizaron los fenómenos de recuperación y recristalización en el Cu y en una aleación Cu-Ti-C, preparada también por molienda reactiva y extrusión. Los cambios microestructurales fueron seguidos usando MO, y las características mecánicas fueron evaluadas usando pruebas de microdureza y pruebas de compresión de alta temperatura. Para realizar estos estudios, se deformaron el cobre y las aleaciones en frío, en distintos grados, efectuándoles recocidos entre 200 y 900 °C, para el caso del cobre, y entre 500 y 900 °C para la aleación. Se ensayaron en compresión en caliente las probetas, sin deformación previa, a 250 y 500 °C para el cobre y a 700, 800 y 860 °C para el caso de la aleación, interrumpiéndolos a ciertos tiempos y templando las probetas. Posteriormente, éstas fueron analizadas mediante MO, con el fin de estudiar la influencia de la temperatura y el tiempo sobre la microestructura. Se concluyó que el Cu se recristaliza de forma estática entre los 200 ºC y los 500 °C, mientras que la aleación Cu-5%v TiC recristaliza de forma estática entre 700 °C y 900 ºC. Se propone que esta diferencia de temperatura de recristalización estática es debida a la presencia de Ti y C en solución solida y dispersoides (TiC, TiO2 y TiCu4) en la aleación, todos los cuales retardan la recristalización. Para el Cu, se identificó una tendencia de recristalización dinámica que sigue un patrón de reducción de dureza, parecida a lo mostrado por la recristalización estática. La aleación Cu-5%v TiC muestra un bajo grado de recristalización dinámica en los rangos de temperatura entre 700 °C y 860 °C, a diferencia de la recristalización estática. Se propone que esta diferencia en la recristalización dinámica se debe a una mayor precipitación de dispersoides (TiC, TiO2y TiCu4), en comparación con la producida en la recristalización estática. Se identificó que hay una mayor densidad de granos recristalizados para el Cu. Además de ser mas grandes estos granos que para el Cu-5%v TiC. Este fenómeno se debe a que en la aleación el Ti y el C en solución solida y como formadores de dispersoides (TiC, TiO2, TiCu4) retardan la recristalización dinámica.

En el presente trabajo se estudió la soldabilidad de una unión disimilar formada por el acero estructural ASTM A36 y la aleación de aluminio AA5052-H34. Las uniones disimilares obtenidas no lograron alcanzar la resistencia mecánica mínima indicada en el código AWS B 2.1 que establece que este tipo de uniones como mínimo deben alcanzar 170 MPa de resistencia a la tracción. En esta investigación los mejores resultados obtenidos alcanzaron los 86 MPa de resistencia a la tracción, representando el 50,6% de lo requerido por el código. De los resultados se determinó que no es posible obtener uniones, entre el acero estructural ASTM A36 y la aleación de aluminio AA5052-H34, empleando un solo metal de aporte, pues se presentan problemas de soldabilidad básicamente entre el aporte y el acero. Se hace necesario realizar el proceso de enmantequillado o buttering en el lado del acero mediante el electrodo Cu-8Al. Luego de realizado el buttering, para la elaboración de los cupones de soldadura disimilares se emplearon diversos materiales de aporte y procesos de soldadura en la búsqueda de un procedimiento de soldadura que cumpla con lo estipulado en el código AWS B2.1. Para el desarrollo de este trabajo, se emplearon los procesos de soldadura más comunes en el medio como SMAW, GMAW y GTAW. El procedimiento de soldadura con el que se obtuvieron las mejores propiedades mecánicas fue el realizado mediante el buttering a cinco pasadas mediante el proceso SMAW (62 A, 25 V) y realizando la unión con el proceso GMAW usando un aporte de Al-5Si (15.4 V, 105 A). Estas uniones no cumplieron lo requerido por el código en resistencia mecánica, ni en el ensayo de doblado, pues durante ambos ensayos se produce desprendimiento del buttering y el metal de aporte. En el barrido de durezas realizado a la sección transversal del cordón, en las uniones mencionadas, se apreció que no existe mayor variación en los valores de dureza encontrados en las ZAC de ambos metales, lo que demuestra que se evitó la formación de zonas duras.
Tesis

Magíster en Ciencias de la Ingeniería Mención Mecánica
Ingeniero Civil Mecánico
El efecto de superelasticidad y memoria de forma presentada por las aleaciones con memoria de forma está relacionado con una transformación martensítica inducida por esfuerzo. Por otro parte, la aleación utilizada Cu-11,8%p.Al-0,5%p.Be policristalina (producida por Trefimetaux, Francia), la cual presenta un comportamiento superelástico a temperatura ambiente, se ha observado que tal comportamiento se extiende hasta aproximadamente 3-4% de elongación, para deformaciones mayores, en el llamado rango post-superelástico (RPSE) se tiene, al retirar la carga, martensita retenida y deformaciones permanentes. El objetivo general de esta tesis es estudiar el mecanismo microestructural que controla el amortiguamiento interno en el rango post-superelástico de esta aleación, sometida a tracción cíclica a temperatura ambiente. Se emplearon unas muestras cilíndricas de 3,5 mm de diámetro y probetas planas de 3 mm de espesor. Con estas se realizaron ensayos de tracción (carga-descarga), hasta distintas deformaciones (ε_i^m= 0 - 13,9 %) a temperatura ambiente y a dos velocidades de deformación de 2,5 mm/min y 10 mm/min. Para las cilíndricas durante los ensayos se midió la temperatura superficial de las probetas, Tp. Se determinaron curvas esfuerzo-deformación σ-ε y temperatura-deformación Tp-ε para un único ciclo de carga-descarga por probeta. Mientras que paras las planas durante los ensayos se tomaron micrografías in-situ. A muestras deformadas se les aplicó metalografía óptica. En las curvas σ-ε se observaron los habituales rangos para estas aleaciones: elástico, superelástico, y post-superelástico. De esas curvas, se determinaron los siguientes valores de propiedades, valores que en general son concordantes con resultados previos: módulo de Young E= 80,4 GPa, esfuerzo de transformación σ_T = 258 MPa, y esfuerzo de fractura σ_UTS= 858 MPa para una elongación de 13,9%, aproximadamente. Se estableció que la deformación asociada al inicio del RPSE corresponde a ε_LSE= 4,16%, aproximadamente a 440 [MPa]. El análisis metalográfico reveló que las probetas deformadas en el RPSE presentaron martensita retenida en una matriz de austenita. Así, al aumentar la deformación impuesta, se verificó que, después de descargar, la fracción en volumen de la austenita (fvA) es decreciente y la de martensita retenida (fvM) es creciente. La nanoindentación reflejó que la martensita tiene un módulo elástico y dureza inferiores a los de la austenita, lo que se traduce en un comportamiento más dúctil que ésta última, lo que sirve para explicar varios fenómenos observados en la fractura. También se observó que el amortiguamiento interno aumenta con la ε_i^m en el RPSE, hasta llegar a un máximo a mediados de este rango. Esto se puede explicar porque, a mayor ε_i^m habrá más martensita y menos austenita, lo que reflejaría una gran influencia en el amortiguamiento interno, dada por la recuperación desde martensita reversible a austenita. Sin embargo, gracias a las observaciones in-situ en muestras cargadas con esfuerzos fue posible observar que siempre se mantiene un 30% de martensita reversible, lo que explicaría la existencia de amortiguamiento interno hasta niveles de 14% de deformación.

Ingeniera Civil Mecánica
Las aleaciones ternarias Cu-Al-Ni, presentan en el extremo rico en Cu, una solución sólida α de estructura fcc, donde el Al y Ni ocupan posiciones de sustitución. Es sabido que las aleaciones Cu-Al-Ni de estructura inicial fase α, no necesariamente al equilibrio, endurecen por recocido. Durante el desarrollo de esta investigación, año 1994, al revisar la literatura, se encuentra que la mayor parte de las investigaciones originales, respecto al endurecimiento por recocido de las aleaciones Cu-Al-Ni, son previas al año 1950, sin el uso de Microscopía Electrónica de Transmisión (TEM), sino basadas principalmente en análisis por Microscopía Óptica. Una investigación (CANMET, 1977), utiliza Microscopía Óptica, Extracción Química y Microsonda Electrónica. La motivación de este trabajo, es estudiar el endurecimiento por recocido de tres aleaciones ternarias Cu-xAl-xNi, con x = 3, 5 y 7% at., de estructura inicial monofásica α, con técnicas de análisis por Microdureza Vickers (100 g), Microscopía Óptica, agregando la técnica de Microscopía Electrónica de Transmisión TEM. Particularmente, en este trabajo, es de interés verificar si tal endurecimiento se debe principalmente a precipitado de una o más fases, precipitado de partículas finas Ni3Al o precipitado de NiAl, entre otros posibles mecanismos. Debido al tamaño de los precipitados que se trate, la técnica de TEM es aquí realmente necesaria para correlacionar las propiedades y microestructura. Mediante observaciones de TEM sobre la muestra, la Imagen obtenida, permite buscar defectos cristalográficos, como dislocaciones y su comportamiento, y con el Diagrama Difracción de electrones, realizar el análisis radiocristalográfico para identificar las distintas fases cristalinas presentes en la muestra, comparando el Diagrama de la muestra con los Diagramas Patrón clasificados sistémicamente en el atlas publicado por la A.S.T.M. Para los recocidos se consideran tiempos de 1 y 3 h, y temperaturas entre 200 y 800 C. La aleación con x= 3 % at no endurece ni presenta modificaciones en su estructura. Las aleaciones con x= 5 y 7 %at si exhiben endurecimiento por recocido; en cada gráfico Dureza versus Temperatura de Recocido, se observa un máximo de dureza para temperaturas de 550-600 [C]. Este endurecimiento se puede asociar, mediante TEM, a la precipitación de finas partículas esféricas de la fase Ni3Al, con un diámetro medio de 0,02-0,03 μm. Nuestros resultados permiten también ayudar a precisar la ubicación del límite α/α + Ni3Al en el diagrama de equilibrio Cu-Ni-Al a 600C. Los resultados obtenidos serán relevantes para motivar y proponer recomendaciones para continuar el desarrollo de esta línea de investigación, para posteriores investigaciones del endurecimiento en aleaciones Cu-Al-Ni, mediante técnicas de análisis de TEM y Difracción de Rayos X, entre otras, y ampliar el campo de aplicación de estas aleaciones.

Existe una familia de aleaciones que presentan un comportamiento llamado Memoria de Forma, las cuales después de una deformación plástica, recuperan su forma original. La recuperación se da tras un tratamiento térmico calentando el material produciéndose el Efecto de memoria de forma o EMF o al retirar la carga que produce la deformación al material dentro de un rango de temperatura, fenómeno llamado generalmente súper elasticidad o SE. Ambos tipos de recuperación de la forma tienen origen en la Transformación Martensítica, un cambio de fase que ocurre por efectos de la temperatura o la deformación. La aleación Cu-11,8 %p. Al-0,5 %p. Be presenta el comportamiento de memoria de forma mencionado anteriormente, es por esto que el estudio de esta aleación es interesante debido al amplio campo probable de aplicaciones. El objetivo de esta memoria es estu- diar el efecto de distintos niveles de deformación impuesta por compresión a distintas temperaturas, en el rango superelástico y post-superelástico, y de tratamiento térmicos postdeformación, sobre la microestructura de una aleación superelástica Cu-11,8 %p.Al-0,5 %p.Be. Así, se realizaron ensayos de compresión hasta diferentes valores de deformación (10 valores diferentes) a distintas temper- aturas (5, 20, y 50◦C) y aplicaron tratamientos térmicos a algunas de las probetas deformadas, para evaluar la recuperación en longitud por estos tratamientos. Se analizó por DSC probetas altamente deformadas (15 %), para avanzar en el estudio e interpretación de peaks de transformación encon- trados fuera de las zonas típicas en recientes ensayos de tracción de alta deformación. Además se analizó por microscopia óptica probetas altamente deformadas (12 %), y se determinó la fracción y comportamiento de fases en función de la temperatura del ensayo de compresión. Finalmente se re- alizó un análisis fractográfico utilizando un microscopio óptico estereoscópico. Una vez realizados los ensayos y análisis, se logró concluir una dependencia de la temperatura del ensayo de compre- sión en el comportamiento mecánico y microestructural. Se determinó que el nivel de deformación post-descarga es mayor en los casos que la temperatura del ensayo es menor. Asimismo la concentración de martensita retenida, tiende a aumentar con el aumento de la temperatura del ensayo, debido al aumento de la concentración de dislocaciones a menores temperaturas de deformación. Se determinó que para grandes deformaciones la acumulación de dislocaciones produce que la energía necesaria para lograr la transformación de martensita a austenita aumente considerablemente, además de impedir la transformación de ambas fases a las temperaturas típicas de transformación.

En el presente trabajo de Tesis, estudiamos el comportamiento de los electrones cuando la red cristalina se encuentra deformado, para lo cual se obtuvieron aleaciones de cobre – aluminio ( Cu0,975Al0,025) y se han preparado Probetas con dimensiones adecuadas y luego se sometieron a tracción. Se midieron la resistividad eléctrica antes y después de la tracción, observándose un incremento de la resistividad eléctrica, que nos permite graficar la curva de resistividad eléctrica en función de la deformación plástica. Observándose el comportamiento polinomio de grado dos. La gráfica se discute usando la teoría de dislocaciones.

En el presente trabajo de Tesis, se estudia el comportamiento de los electrones cuando la red cristalina se encuentra deformado, para lo cual se obtuvieron aleaciones de cobre – aluminio ( Cu0,975Al0,025) y se han preparado Probetas con dimensiones adecuadas y luego se sometieron a tracción. Se midieron la resistividad eléctrica antes y después de la tracción, observándose un incremento de la resistividad eléctrica, que nos permite graficar la curva de resistividad eléctrica en función de la deformación plástica. Observándose el comportamiento polinomio de grado dos. La gráfica se discute usando la teoría de dislocaciones.
Tesis

El presente trabajo esta de dedicado a evaluar la resistencia a la corrosión de la aleación de aluminio AA6063-T6 procesada mediante fricción batido. Para el desarrollo del trabajo se elaboraron probetas de 150 x 100 x 2.8 mm las cuales fueron procesadas por fricción batido con una misma velocidad de rotación (600 RPM) y con diferentes velocidades de avance (60,100, 120, 160 y 200 mm/min). Luego de que las probetas fueron fabricadas, se procedió a la inspección visual y a la realización de los ensayos microestructurales para ver si el proceso se había realizado adecuadamente y en que combinación de velocidades se obtenía una adecuada estructura; asimismo, para evaluar como la microestructura de las 3 zonas (Zona afectada por el calor, Zona termo mecánicamente afectada, Zona batida) variaba con respecto al metal base. Además, se realizó un barrido de dureza en la zona transversal a un 1 mm de la superficie para analizar la variación dureza en las 3 zonas del proceso con respecto al material base. Por último, se realizaron los ensayos de corrosión. Los primeros ensayos fueron los de inmersión, donde se fabricaron 3 clases de muestras por cada probeta, una de la zona batida, la otra de la zona termo mecánicamente afectada y la última fue de una muestra de las 3 zonas con una parte del material base. Todas estas probetas fueron sumergidas en una solución de 1M HCl y pesadas luego de 72, 96 y 144 horas de haber sido sumergidas. Para corroborar los resultados obtenidos se realizaron ensayos electroquímicos. Se fabricaron muestras circulares de 15 mm de diámetro para cada probeta. A continuación se realizaron ensayos de potencial del circuito abierto y luego se procedió con los ensayos potenciodinámicos. Finalmente, las probetas sumergidas 144 horas fueron analizadas en un microscopio electrónico de barrido para evaluar el modo de corrosión.
Tesis

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Sísmica
Ingeniero Civil
En esta investigación se estudia experimental y analíticamente el comportamiento de placas tipo ADAS, fabricadas de una aleación en base a cobre, frente a desplazamientos perpendiculares a su plano. Estas placas son usadas en dispositivos de disipación de energía sísmica en estructuras civiles. La composición nominal de la aleación es 75.35%p.Cu - 16.90%p.Zn - 7.71%p.Al y corresponde a una de las llamadas Aleaciones con Memoria de Forma (SMA). Se fundieron dos aleaciones (Aleación A y Aleación B), las cuales se forjaron y mecanizaron dejando probetas para ensayar en tracción y placas tipo ADAS. Ambas aleaciones poseen composiciones sólo cercanas a la nominal, pues es difícil controlar la rápida evaporación del Zinc. El tratamiento térmico óptimo para obtener fase austenita o martensita sin aumento excesivo del tamaño de grano en las placas ADAS consistió en el calentamiento del material a 850°C durante 15 minutos para luego enfriarlo en agua a temperatura ambiente; sin embargo, el mismo tratamiento produjo mayor tamaño de grano en las probetas de tracción. En ambas aleaciones se encontró fase martensita a temperatura ambiente, con temperaturas de transformación Mf y Af de 270 y 400°C, respectivamente. Se realizaron ensayos a tracción y ensayos a flexión. En los ensayos a tracción a las probetas, se impusieron ciclos de deformación en tracción pura (evitando compresión) hasta alrededor del 4.0%. Las curvas tensión-deformación obtenidas son características de materiales SMA en fase martensítica. El Módulo de Young es alrededor de 50 [GPa] para la Aleación A y 55 [GPA] para la Aleación B, mientras que la tensión inicial del proceso de demaclado es alrededor de 190 [MPa] y 265 [MPa], respectivamente. En los ensayos a flexión a las placas ADAS, se usaron desplazamientos cíclicos de amplitud creciente entre 0.5 [mm] y 40 [mm], obteniendo ciclos histeréticos estables. A partir de éstos, se calculó la Fuerza Máxima, la Rigidez Secante, la Energía Disipada y la Razón de Amortiguamiento Viscoso Equivalente. Al aumentar el desplazamiento, la Rigidez Secante disminuye asintóticamente hasta valores de alrededor un 40% del valor inicial. Por otro lado, la Fuerza Máxima, la Energía Disipada y la Razón de Amortiguamiento Equivalente aumentan, llegando esta última a valores entre 10% y 15% en todos los casos. La curvatura a lo largo de cada placa ADAS se midió usando strain gauges en las fibras extremas, en 3 posiciones diferentes, resultando, para pequeñas deformaciones, curvaturas constantes tal como lo predice la teoría elástica. Finalmente se observó, con un microscopio óptico de bajo aumento, el tipo de fractura de probetas y placas ADAS, siendo éste intergranular en ambos casos. A partir de los datos obtenidos de los ensayos a tracción, se ajustó un modelo de ley constitutiva multilineal, que se incorporó a un modelo computacional de elementos finitos y fibras para predecir el comportamiento flexural de placas tipo ADAS. El modelo predice de buena forma tanto la Fuerza Máxima como la Rigidez Secante de los ciclos, con errores menores al 7.1% y 7.3%, respectivamente. La Energía Disipada y la Razón de Amortiguamiento Equivalente son sobreestimadas por el modelo para desplazamientos más allá de la fluencia, debido principalmente a la diferencia de rigidez al descargar el material supuesta por la ley constitutiva respecto del resultado experimental. Finalmente, la Rigidez Elástica y la Fuerza de Fluencia calculadas a partir de los ensayos son correctamente predichas por el modelo con errores máximos del 12.5%$ y 22.7%, respectivamente, mientras que las fórmulas teóricas deducidas para placas ADAS estiman tales parámetros con errores máximos del 13.4% y 27.8%.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica
El efecto de superelasticidad y memoria de forma presentada por las aleaciones con memoria de forma está relacionado con una transformación martensítica inducida por esfuerzo. Por otro parte, en una aleación Cu-11,8%p.Al-0,5%p.Be policristalina, la cual presenta un comportamiento superelástico a temperatura ambiente, se ha observado que tal comportamiento se extiende hasta aproximadamente 3-4% de elongación; para deformaciones mayores, en el llamado rango post-superelástico (RPSE) se tiene, al retirar la carga, martensita retenida y deformaciones permanentes. En el RPSE se han detectado ciclos de histéresis, asociados a amortiguamiento interno. El objetivo de esta tesis es estudiar las transformaciones microestructurales de una aleación Cu-11,8% p. Al-0,5% p. Be deformada por tracción en el RPSE, para obtener información acerca del mecanismo de amortiguamiento interno en ese rango. Se empleó una aleación Cu-11,8%p.Al-0,5%p.Be producida por Trefimetaux (Francia), bajo la forma de alambres de 3,4 mm de diámetro. Trozos de 100 mm de longitud se sometieron a un envejecimiento convencional a 100ºC por 24 h. Con algunos de esos trozos se realizaron ensayos de tracción (carga-descarga), hasta distintas deformaciones (εim= 0 - 10,7 %) a temperatura ambiente y a una velocidad de deformación de 10 mm/min. Durante los ensayos se midió la temperatura superficial de las probetas, Tp. Se determinaron curvas esfuerzo-deformación σ-ε y temperatura-deformación Tp-ε para un único ciclo de carga-descarga por probeta. A muestras deformadas se les aplicó metalografía óptica. Por calorimetría diferencial de barrido (DSC) se analizaron muestras para distintos εim, aplicando tres ciclos de enfriamiento-calentamiento (-100 a +500°C), a 10°C/min. En las curvas σ-ε se observaron los habituales rangos para estas aleaciones: elástico, superelástico, y post-superelástico. De esas curvas, se determinaron los siguientes valores de propiedades, valores que en general son concordantes con resultados previos: módulo de Young E= 82 GPa, esfuerzo de transformación σT= 237 MPa, y esfuerzo de fractura σF= 692 MPa para una elongación de 10,7%, aproximadamente. Se estableció que la deformación asociada al inicio del RPSE corresponde a εLSE= 3,8%, aproximadamente. Por otra parte, la forma de las curvas Tp-ε presentan rangos, en términos de esfuerzos, que coinciden con aquellos observados en las curvas σ-ε. El análisis metalográfico reveló que las probetas deformadas en el RPSE presentaron martensita retenida en una matriz de austenita. Así, al aumentar la deformación impuesta, se verificó que, después de descargar, la fracción en volumen de la austenita (fV) es decreciente y la de martensita retenida (fVM) es creciente. El análisis por DSC de las probetas deformadas en el RPSE, mostró máximos calorimétricos en el rango inicial de bajas temperaturas del primer ciclo térmico, los cuales son consistentes con que a mayor εim, mayor es la fVM retenida y menor la de austenita. Además, al pasar por primera vez las muestras DSC por el rango de altas temperaturas, se observaron máximos por sobre los 450°C asociados a alguna forma de recuperación. Así, en los dos ciclos térmicos siguientes ya se tenían máximos calorimétricos de baja temperatura asociados a fV cercanos a 1. También se observó que el amortiguamiento interno aumenta con la εim en el RPSE. Esto se puede explicar por que, a mayor εim habrá más martensita y menos austenita, y es sabido que el amortiguamiento interno en la martensita para aleaciones con memoria de forma es mayor que en la austenita. De esta manera, el mecanismo de amortiguamiento que prevalece en el RPSE corresponde a aquel de la martensita.

La gran parte de procesos para soldar materiales requiere el uso de elevadas temperaturas y la presencia de fases líquidas, condiciones que pueden promover la formación de compuestos indeseables, pérdida de integridad microestructural, y consecuente degradación de propiedades del material base cercano a la soldadura. El presente tema de tesis propone implementar el proceso de soldadura por fricción batido en los laboratorios de la Sección de Ingeniería Mecánica (SIM), dado que este proceso permite soldar materiales en estado sólido a temperaturas considerablemente menores a las de fusión, con lo cual, se evita producir fases líquidas y cambios microestructurales que pudieran degradar el material. En la primera parte del trabajo, se describe el proceso de soldadura por fricción batido, la influencia del diseño de la herramienta, los parámetros de soldadura, la microestructura generada, así como las ventajas y restricciones del proceso. Posteriormente, se describe la metodología para realizar el proceso de soldadura por fricción batido en el aluminio AA1100-H18, la selección de la máquina que realiza el proceso; la selección del material, geometría y fabricación de la herramienta; y selección de los parámetros más importantes, como son: la frecuencia rotacional (800 rpm, 1000 rpm, 1250 rpm) y la velocidad de avance (60 mm/min, 140 mm/min, 200 mm/min). Por otro lado, se describen los ensayos mecánicos siguientes: ensayo de tracción, ensayo de doblado y ensayo de dureza Vickers, los cuales permiten caracterizar las muestras soldadas. Además, se analiza el comportamiento de la máquina, la herramienta utilizada en el proceso y se analizan los resultados de la caracterización mecánica. Los valores de resistencia a la tracción de las muestras fueron satisfactorios según la norma AWS D1.2, encontrando un valor máximo de 120,2 MPa para una frecuencia rotacional de 1000 rpm y una velocidad de avance de 140 mm/min. Cabe resaltar, que en promedio hay una pérdida del 30% de la resistencia a la tracción respecto al material base AA1100-H18, este porcentaje de pérdida es similar a valores obtenidos mediante procesos de soldadura convencionales en aluminio. En el ensayo de doblado las muestras de cara y raíz soldadas a una frecuencia rotacional de 1000 rpm pasaron la prueba. En el presente trabajo se pudo implementar el proceso de soldadura por fricción batido, logrando soldar mediante este proceso las planchas de aluminio AA1100-H18.

La proyección fría es una técnica de proyección térmica que permite la obtención de recubrimientos metálicos y metal/cerámicos con estructuras densas (porosidad inferior a 0,1%) y libres de óxidos. De manera general, ésta técnica se caracteriza por la alta velocidad que pueden alcanzar las partículas y la baja temperatura empleada en el proceso. Los recubrimientos son formados en estado sólido, las partículas con alta energía cinética, impactan la superficie a recubrir, se deforman y se adhieren al sustrato y a otras partículas. Por lo tanto, para lograr microestructuras densas se requiere un alto nivel de deformación plástica así como la combinación de parámetros como las características y composición del polvo de partida, los parámetros del proceso y los tratamientos posteriores que puedan afectar la formación y las propiedades del recubrimiento. Este trabajo se enfoca en la optimización de los parámetros de proyección, basados en la relación de las propiedades microestructurales (microestructura, deformación de partículas), propiedades mecánicas (microdureza, adherencia y resistencia la desgaste) y resistencia a la corrosión (celda electroquímica y niebla salina). El objetivo se basa en encontrar la relación entre las propiedades microscópicas y las propiedades macroscópicas, así como los factores que pueden influir en el proceso para la obtención de recubrimientos de grandes espesores (recargues) mediante la tecnología de proyección fría para la reparación y restauración de componentes de alto valor añadido fabricados en aleaciones ligeras. Los materiales empleados para la evaluación de recubrimientos fueron Al puro, Al-12Si, Al-7,5Mg nanoestructurado y metal-cerámicos Al/Al2O3 sobre sustratos de aleación de aluminio AA5083 y aleación de magnesio AZ91D. Las propiedades microestructurales fueron evaluadas mediante diferentes técnicas de microscopía (MO, SEB, TEM); la resistencia al desgaste fué determinada empleando un medio abrasivo (ensayo de Rubber-Wheel) y por fricción (Ball-on-disk) y la resistencia a la corrosión fué determinada mediante medidas en celda electroquímica (Potencial en circuito abierto y curvas de polarización) así como en cámara de niebla salina. Las aplicaciones que se han dado a la proyección fría, han sido para la obtención de recubrimientos en grandes espesores desde 500 μm hasta recargues de más de 15 mm de espesor totalmente densos. Este tipo de recargues ha sido proyectado sobre un componente fabricado en aleación ligera a modo de estudiar la viabilidad industrial de esta aplicación.
Cold spray technique is presented as a new way for component repair; this is a solid state process in which spray particles are deposited via supersonic velocity impact at a temperature much below the melting point of the spray material. It presents outstanding characteristics such as high density coatings (porosity less than 0.1%) and absence of thermal degradation (no oxidation or particles dissolution). In addition, this technique is as a viable alternative for obtained very thick coatings (overlays) for dimensional restoration of damaged components. The objective is to find the relationship between the microscopic properties and the macroscopic properties, as well as the factors that can influence the process for the obtaining for obtained very thick coatings (overlays) by cold spray. Commercially available gas-atomised powders of Aluminum and Al-12Si were used as feedstock in the present study, as well as a nano-structured Al-7,5Mg powder obtained by cryomilling. Aluminum alloy AA5083 and magnesium alloy AZ91D were used as substrates. Dense and well bonded Al based coatings of up to 15 mm of thickness have been obtained. The microstructure, mechanical performance and corrosion resistance properties were investigated and discussed. These coatings offer an alternative protection against corrosion and increased wear resistance in a relatively economic process that can simplify the maintenance and repair tasks and to extend the shelf life of some light alloys An industrial part (as-cast automotive wheel) has been satisfactorily repaired by Cold Spray, this technique will provide new opportunities for maintenance, repair and protection of light alloys.

La interacció entre metalls fosos i les superfícies de materials ceràmics o metàl·lics és protagonista en diversos processos de fabricació, com ara la injecció d'aliatges lleugers, la foneria de ferro o la síntesi de materials compostos metall-ceràmics (MMC, Metall Matrix Composites). Aquesta interacció es tradueix en un fenomen de mullat en major o menor mesura de la superfície, fet que es pot modular mitjançant l'aplicació de tractaments superficials. El procés d'injecció d'aliatges d'alumini és probablement un dels processos amb metalls fosos amb més impacte industrial. En el present treball s'han estudiat experimentalment el procés de mullat per Al9Si3Cu i alumini pur fosos sobre mostres d'acer recobertes utilitzant el mètode de la gota jacent en buit en un equip d'angle de contacte dissenyat i construït expressament per a aquest projecte. D'una banda s'han assajat recobriments de capa prima dipositats per la tècnica MS-PVD (Magnetron Sputtering Physical Vapor Deposition) o HiPIMS-PVD (High Power Impulse Magnetron Sputtering) de TaN, TiB2, TiN, (Ti,Al)N, MoN i DLC (CrN) . D'altra banda, s'han utilitzat recobriments gruixuts dipositats per HVOF (High Velocity Oxyfuel) de Cr3C2-NiCr i WC-CoCr. L'evolució de l'angle i el radi de contacte s'han estudiat mitjançant el registre de seqüències d'imatges i s'han determinat les corbes de mullabilitat mitjançant el posterior tractament i anàlisi d'imatges. El mecanisme de mullat s'ha determinat a partir de les corbes de mullabilitat i de la caracterització metal·logràfica de la superfície i de les seccions transversals que mostren l'evolució de la interfase líquid-sòlid i la formació de compostos intermetàl·lics. Es discuteixen l'efecte de l'aliatge, de la composició i morfologia del recobriment en la mullabilitat de el sistema i es comparen els resultats obtinguts amb la mullabilitat en sistemes no recoberts. Els resultats mostren que els recobriments retarden la reacció entre el substrat metàl·lic i l'alumini fos.
La interacción entre metales fundidos y las superficies de materiales cerámicos o metálicos es protagonista en diversos procesos de fabricación, tales como la inyección de aleaciones ligeras, la fundición de hierro o la síntesis de materiales compuestos metal-cerámicos (MMC, Metal Matrix Composites). Esta interacción se traduce en un fenómeno de mojado en mayor o menor medida de la superficie, hecho que puede modularse mediante la aplicación de tratamientos superficiales. El proceso de inyección de aleaciones de aluminio es probablemente uno de los procesos con metales fundidos con más impacto industrial. En el presente trabajo se han estudiado experimentalmente el proceso de mojado por Al9Si3Cu y aluminio puro fundidos de muestras de acero recubiertas utilizando el método de la gota yaciente en vacío en un equipo de ángulo de contacto diseñado y construido ex profeso para este proyecto. Por un lado se han ensayado recubrimientos de capa delgada depositados por la técnica MS-PVD (Magnetron Sputtering Physical Vapor Deposition) o HIPIMS-PVD (High Power Impulse Magnetron Sputtering) de TaN, TiB2, TiN, TiAlN, MoN y DLC(CrN). Por otro lado, se han utilizado recubrimientos gruesos depositados por HVOF (High Velocity Oxyfuel) de Cr3C2-NiCr y WC-CoCr. La evolución del ángulo y el radio de contacto se han estudiado mediante el registro de secuencias de imágenes y se han determinado las curvas de mojabilidad mediante el posterior tratamiento y análisis de imágenes. El mecanismo de mojado se ha determinado a partir de las curvas de mojabilidad y de la caracterización metalográfica de la superficie y de las secciones transversales que muestran la evolución de la interfase líquido-sólido y la formación de compuestos intermetálicos. Se discuten el efecto de la aleación, de la composición y morfología del recubrimiento y en la mojabilidad del sistema y se comparan los resultados obtenidos con la mojabilidad en sistemas no recubiertos. Los resultados muestran que los recubrimientos retardan la reacción entre el sustrato metálico y el aluminio fundido.
The interaction between molten metals and the surfaces of ceramic or metallic materials is the key in various manufacturing processes, such as the injection of light alloys, iron foundry or the synthesis of metal-ceramic composite materials (MMC, Metal Matrix Composites). This interaction translates into a phenomenon of wettability to a greater or lesser extent of the surface, which can be modulated by the application of surface treatments. The process of injection of aluminum alloys is probably one of the processes with molten metals with more industrial impact. In the present work, the wetting process for Al9Si3Cu and pure aluminum were analyzed experimentally with coated steel samples using the sessile drop method in vacuum in a contact angle device designed and constructed specifically for this project. On one hand, thin coating deposits deposited by the MS-PVD (Magnetron Sputtering Physical Vapor Deposition) or HiPIMS-PVD (High Power Impulse Magnetron Sputtering) of TaN, TiB2, TiN, (Ti,Al)N , MoN and DLC (CrN). On the other hand, thick coatings deposited by HVOF (High Velocity Oxyfuel) of Cr3C2-NiCr and WC-CoCr have been used. The evolution of the angle and the contact radius have been studied by recording sequences of images and the wettability curves have been determined through the subsequent treatment and image analysis. The wetting mechanism has been determined from the wettability curves and the metallographic characterization of the surface and the cross sections that show the evolution of the liquid-solid interface and the formation of intermetallic compounds. The effect of the alloy, the composition and morphology of the coating in the wetting behavior are discussed, and the results are compared to those obtained with uncoated system. The results show that coatings delay the reaction between the metal substrate and the molten aluminum.

El proceso de fabricación de aleaciones por molienda reactiva de polvos elementales es de interés debido a su capacidad de crear aleaciones tanto con tamaño de grano y de dispersoides cerámicos nanométricos, obteniéndose un material que posee propiedades mecánicas mejores que una aleación similar fabricada bajo métodos convencionales, además de mantener dichas propiedades a altas temperaturas. El presente trabajo es parte del proyecto FONDECYT Nº 1070294, el cuál tiene como finalidad estudiar aleaciones de Cu fabricadas por éste método. Los objetivos de este trabajo son: I) Estudiar y comprender la evolución de la microestructura de las aleaciones Cu-5 %vAl2O3(binaria) y Cu-2.5 %vAl2O3-2.5 %vTiC(ternaria) fabricadas por molienda reactiva de polvos elementales y posterior extrusión en caliente. II) Estudiar la influencia del tiempo de molienda y la composición nominal de los polvos elementales de las aleaciones en su microestructura, tanto después de la extrusión a 750[°C] como después de un posterior recocido a 600[°C], para evaluar su estabilidad a altas temperaturas. Las aleaciones binarias presentaron un tamaño de cristalita de entre 20 a 200[nm] (en forma de polvos), que se observaron por Difracción de Rayos-X (DRX) y Microscopía de Transmisión (TEM). También, se observó la presencia de dispersoides de Al2O3-α y CuO de entre 1 a 5[nm], mediante Difracción de Electrones (DE) y TEM de Alta Resolución. Una vez extruídas, el tamaño de grano se observado por TEM fue de entre 1 y 5 [µm], con subgranos internos de 100[nm], los dispersoides crecieron a aproximadamente 20[nm] y la dureza de la aleación fue medida entre 190 a 220[HV], con una baja de un 5 % aprox. después del recocido. La dureza está dentro de los valores esperados, ya que es bastante superior a la del Cu puro y concuerda con los resultados obtenidos en investigaciones anteriores. También se observó una interfaz Cu/Al2O3-α semi-coherente mediante TEM de alta resolución. Las aleaciones ternarias presentaron un tamaño de cristalita de entre 20 a 100[nm] (en forma de polvos), que se observaron por DRX y TEM. También, se observó la presencia de dispersoides de Al2O3-α, TiO y CuO de entre 1 a 10[nm], mediante DE y TEM de Alta Resolución. Una vez extruídas, el tamaño de grano se observado por TEM fue de entre 1 y 3 [µm], con subgranos internos de 100[nm]. Los dispersoides crecieron a aproximadamente 20[nm] y la dureza promedio medida fue entre 180 a 200[HV], con una baja de un 5 % aprox. después del recocido, para las aleaciones ternarias de 10 y 30 horas. Por otro lado, la aleación molida por 20 horas presentó una dureza de 290 y 260[HV] antes y después del recocido respectivamente. La dureza de las aleaciones de 10 y 30 horas es mucho más baja de lo obtenido en estudios anteriores debido a una formación excesiva de TiO, que aparte de impedir la formación de TiC, no ayudan a detener la deformación plástica. La aleación de 20 horas no presentó un exceso de TiO, y una presencia razonable de TiC, por lo que su dureza es mucho más alta que las demás aleaciones ternarias acá fabricadas. También resultó ser más dura que todas las aleaciones binarias, debido a que posee dos tipos de dispersoides, TiC(coherentes) y Al2O3-α(semi-coherentes) que actúan sobre dos mecanismos distintos de deformación plástica, lo que es más efectivo que tener una fracción en volumen igual de dispersoides, pero de un sólo tipo.

[ES] En los últimos años, se han desarrollado numerosos tipos de recubrimientos superficiales frente a la corrosión basados especialmente en aleaciones de cinc-aluminio-magnesio (conocidas como aleaciones "ZM"), como alternativas a los recubrimientos tradicionales basados en cinc (conocidos como "Z"), con el fin de mejorar sus características técnicas y reducir su coste. Los fabricantes de estos nuevos tratamientos reivindican una mayor resistencia a la corrosión, basándose en ensayos de corrosión acelerada y ensayos de campo, estos últimos de muy pocos años de duración. La presente tesis, tiene como principal objetivo la estructuración y análisis de toda la información existente en el actual estado de la técnica, y en particular, el estudio de los ensayos de campo existentes para corroborar su resistencia a la corrosión en distintos tipos de ambientes y a partir de ello, proponer un modelo matemático que facilite su cálculo a largo plazo. Se presenta una revisión del estado de la técnica de recubrimientos metálicos basados en aleaciones ZM, que cubre su evolución en el tiempo, las diferentes calidades y designaciones existentes en el mercado, su estructura y composición, normas internacionales que los regulan y una detallada investigación sobre ensayos de campo en localizaciones de todo el mundo, habiéndose encontrado ensayos de una duración máxima de 6 años. A partir del análisis de estos ensayos de campo, se propone una Metodología para verificar el rendimiento y la evolución de la función corrosión-tiempo, en los diferentes ambientes de exposición, categorizados a través de la norma internacional ISO 9223 (ISO, 2012), que los denomina "categorías de corrosividad", y que abarcan desde C1 (muy bajo) hasta CX (extremo). Este análisis ha clasificado todos los resultados de los ensayos por material, categoría de corrosividad y evolución a lo largo del tiempo. De esta forma, cada categoría de corrosividad ha sido investigada en profundidad, mediante un análisis estadístico, poniendo especial énfasis en la corrosión anual, medida como pérdida de masa (µm / año), la función corrosión-tiempo y su ajuste a un determinado comportamiento. Se han analizado asimismo los recubrimientos Z con el fin de poder comparar ambas alternativas y corroborar la hipótesis de partida, cuyo supuesto principal es la mayor resistencia a la corrosión de las aleaciones ZM frente a los recubrimientos Z. Este análisis ha sido el punto de entrada, para establecer un modelo matemático que determine el rendimiento de la corrosión a largo plazo, con el fin de proporcionar a los profesionales de proyectos en la ingeniería, una herramienta que permita estimar la resistencia a la corrosión y la optimización del coste de una instalación cuando se utilizan diferentes tipos de materiales. El compendio de todo este análisis se ha reflejado en el apartado de Resultados y comentarios. La referida metodología, se ha aplicado a un caso de estudio para mostrar cómo seleccionar la calidad del recubrimiento y su espesor óptimo, así como un cálculo de costes, con el objetivo de garantizar los requisitos de un determinado proyecto, en términos de resistencia a la corrosión y coste. Las conclusiones finales ponen de manifiesto que existen algunas ventajas de las aleaciones ZM frente a recubrimientos Z, principalmente en lo que respecta a la resistencia a la corrosión, al haber encontrado relaciones que pueden duplicar y triplicar su rendimiento, en los períodos para los que hay datos disponibles. Del mismo modo, se han encontrado algunas desventajas, que deben investigarse más a fondo en futuros trabajos de investigación, para dar continuidad a esta tesis. Por ejemplo, la limitación de estos recubrimientos para lograr grandes espesores, la limitada duración de los ensayos de campo, el rendimiento en partes específicas de los componentes (cortes, embuticiones, doblados, soldaduras...), etc.
[CA] En els últims anys, s'han desenvolupat nombrosos tipus de recobriments superficials enfront de la corrosió basats especialment en aliatges de zinc-alumini-magnesi (conegudes com a aliatges "ZM"), com a alternatives als recobriments tradicionals basats en zinc (coneguts com a "Z"), amb la finalitat de millorar les seues característiques tècniques i reduir el seu cost. Els fabricants d'aquests nous tractaments reivindiquen una major resistència a la corrosió, basant-se en assajos de corrosió accelerada i assajos de camp, aquests últims de molt pocs anys de duració. La present tesi, té com a principal objectiu l'estructuració i anàlisi de tota la informació existent en l'actual estat de la tècnica, i en particular, l'estudi dels assajos de camp existents per a corroborar la seua resistència a la corrosió en diferents tipus d'ambients i a partir d'això, proposar un model matemàtic que facilite el seu càlcul a llarg termini. Es presenta una revisió de l'estat de la tècnica de recobriments metàl·lics basats en aliatges ZM, que cobreix la seua evolució en el temps, les diferents qualitats i designacions existents en el mercat, la seua estructura i composició, normes internacionals que els regulen i una detallada investigació sobre assajos de camp en localitzacions de tot el món, havent-se trobat assajos d'una duració màxima de 6 anys. A partir de l'anàlisi d'aquests assajos de camp, es proposa una metodologia per a verificar el rendiment i l'evolució de la funció corrosió-temps, en els diferents ambients d'exposició, categoritzats a través de la norma internacional ISO 9223 (ISO, 2012), que els denomina "categories de corrosivitat", i que abasten des de C1 (molt baix) fins a CX (extrem). Aquesta anàlisi ha classificat tots els resultats dels assajos per material, categoria de corrosivitat i evolució al llarg del temps. D'aquesta manera, cada categoria de corrosivitat ha sigut investigada en profunditat, mitjançant una anàlisi estadística, posant especial èmfasi en la corrosió anual, mesura com a pèrdua de massa (µm / any), la funció corrosió-temps i el seu ajust a un determinat comportament. S'han analitzat així mateix els recobriments Z amb la finalitat de poder comparar totes dues alternatives i corroborar la hipòtesi de partida, el supòsit principal de la qual és la major resistència a la corrosió dels aliatges ZM enfront dels recobriments Z. Aquesta anàlisi ha sigut el punt d'entrada, per a establir un model matemàtic que determine el rendiment de la corrosió a llarg termini, amb la finalitat de proporcionar als professionals de projectes en l'enginyeria, una eina que permeta estimar la resistència a la corrosió i l'optimització del cost d'una instal·lació quan s'utilitzen diferents tipus de materials. El compendi de tota aquesta anàlisi s'ha reflectit en l'apartat de Resultats i comentaris. La referida metodologia, s'ha aplicat a un cas d'estudi per a mostrar com seleccionar la qualitat del recobriment i la seua grossària òptima, així com un càlcul de costos, amb l'objectiu de garantir els requisits d'un determinat projecte, en termes de resistència a la corrosió i cost. Les conclusions finals posen de manifest que existeixen alguns avantatges dels aliatges ZM enfront de recobriments Z, principalment pel que fa a la resistència a la corrosió, en haver trobat relacions que poden duplicar i triplicar el seu rendiment, en els períodes per als quals hi ha dades disponibles. De la mateixa manera, s'han trobat alguns desavantatges, que han d'investigar-se més a fons en futurs treballs de recerca, per a donar continuïtat a aquesta tesi. Per exemple, la limitació d'aquests recobriments per a aconseguir grans grossàries, la limitada duració dels assajos de camp, el rendiment en parts específiques dels components (talls, embuticions, doblegats, soldadures...), etc.
[EN] In recent years, numerous types of surface corrosion coatings, based especially on zinc-aluminium-magnesium alloys (known as "ZM" alloys), have been developed as alternatives to traditional zinc-based coatings (known as "Z"), to improve its technical characteristics and reduce its cost. The manufacturers of these new treatments claim greater resistance to corrosion, based on accelerated corrosion tests and field tests, the latter lasting only a few years. The main objective of this thesis is the structuring and analysis of all the existing information in the current state of the art, and in particular, the study of the existing field tests to corroborate their resistance to corrosion in different types of environments and based on this, propose a mathematical model that facilitates its long-term calculation. A review of the state of the art of metal coatings based on ZM alloys is presented, which covers their evolution over time, the different qualities and designations existing in the market, their structure and composition, international standards that regulate them and a detailed research on field tests in different locations around the world, having found tests of a maximum duration of 6 years. From the analysis of these field tests, a methodology is proposed to verify the performance and evolution of the corrosion-time function in the different exposure environments, categorized through the international standard ISO 9223 (ISO, 2012), which calls them "corrosivity classes", and which range is from C1 (very low) to CX (extreme). This analysis has classified all the test results by material, corrosivity class and evolution over time. In this way, each corrosivity class has been investigated in depth, through statistical analysis, with special emphasis on annual corrosion, measured as mass loss (µm / year), the corrosion-time function and its adjustment to a certain behaviour. The Z coatings have also been analysed to be able to compare both alternatives and corroborate the main hypothesis, whose main assumption is the greater resistance to corrosion of ZM alloys compared to Z coatings. This analysis has been the entry point to establish a mathematical model that determines the long-term corrosion performance, to provide project engineering professionals, with a tool to estimate the corrosion resistance and optimize the cost of an installation when different types of materials are used. The summary of all this analysis has been reflected in the Results and discussion section. The referred methodology has been applied to a case study to show how to select the quality of the coating and its optimal thickness, as well as a cost calculation, in order to guarantee the requirements of a specific project, in terms of resistance to corrosion and cost. The final conclusions show that there are some advantages of ZM alloys over Z coatings, mainly with regard to corrosion resistance, having found relationships that can double and triple their performance, in the periods for which there are data available. In the same way, some disadvantages have been found, which must be investigated further in future research works, to give continuity to this thesis. For example, the limitation of these coatings to achieve large thicknesses, the limited duration of field tests, the performance of specific parts of the components (cuts, embossments, bends, welds ...), etc.
Chenoll Mora, E. (2021). Analysis of metallic coatings based in zinc-aluminium-magnesium alloys, in terms of performance and long-term corrosion. Case study: Electrical cable trays selection in project design [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/167418
TESIS