EFECTO DEL PORCENTAJE DE ALUMINIO SOBRE LA DUREZA, RESISTENCIA AL IMPACTO Y RESISTENCIA AL DESGASTE DE ALEACIÓN BASE COBRE COLADA EN MOLDE DE ARENA EN SECO

Br. PANDURO RODRIGUEZ, Juan C.

Br. VILLAVICENCIO SANCHEZ FERRER, Humberto F.

Realidad problemática



Antecedentes

Weil - Coutly Pierr (1997) menciona que, los bronces al

aluminio tienen buena resistencia al impacto, resistencia a la tracción con buenos valores de alargamiento. Siendo adecuado su uso hasta 400°C. Además resisten bien la oxidación y a otros agentes corrosivos como el acido sulfúrico 

Vega – Sánchez - Revelo (2009), en su investigación sobre el

bronce al aluminio concluye, que, las aleaciones de bronce al aluminio presentaban poros superficiales debido a la humedad del molde y la colada en coquilla no había presencia de poros, y con el tratamiento térmico de temple se incrementa la resistencia a la tracción y dureza debido a la transformación de la fase β en martensita

 Shaco (1979) concluye que, los bronces al aluminio pueden alcanzar dureza por variación de su composición química entre 90 y 330 HB y que la resistencia al impacto disminuye según se incrementa el porcentaje de aluminio, los valores de resistencia a la tracción va de 70 a 76 Kg/mm bonificados.

2 y un alargamiento de 6% valores parecidos a los de los aceros de baja aleación  Hosford – Duncan (1994) concluye que, los bronces al aluminio que contienen más de 9% forman una fase β al aumentar por encima de 565 °C (temperatura eutectoide). La reacción eutectoide produce una estructura laminar (parecida a la perlita) que contiene  2 precipitar finas plaquetas de frágil. Al producto eutectoide es relativamente débil y frágil, pero se puede templar β para producir martensita es decir β’. Se obtiene una buena combinación alta resistencia, ductilidad y excelente tenacidad al  a partir de β’

PROBLEMA

¿Cómo afecta el porcentaje de aluminio en el rango de 3 a 15% sobre la dureza, resistencia al impacto y resistencia al desgaste de una aleación base cobre, colada en molde de arena en seco?

HIPOTESIS

 Al incrementar el porcentaje de aluminio en el rango de 3 a 15% en una aleación base cobre colada en molde de arena en seco aumenta la dureza y resistencia al desgaste.

 El incremento del porcentaje de aluminio en el rango de 3 a 15% en una aleación base cobre colada en molde de arena en seco disminuye la resistencia al impacto debido a la aparición de la fase gamma 2 (  2 ).

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Evaluar el efecto del porcentaje de aluminio en el rango de 3 a 15% sobre la dureza, resistencia al impacto y resistencia al degaste de la aleación base cobre colada en molde de arena • •

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Determinar el porcentaje de aluminio óptimo para obtener las mejoras propiedades de dureza, resistencia al impacto y resistencia al desgaste.

Relacionar el efecto del porcentaje de aluminio en la obtención de las aleaciones base cobre o cuproaluminio con la microestructura obtenida de las aleaciones en estudio.



Material de estudio

Los materiales empleados para la siguiente investigación fue aluminio puro y cobre electrolítico (puro).

Composición química del cobre:  Composición química del aluminio:  Propiedades mecánicas del cobre:  Propiedades mecánicas del aluminio :

Para el ensayo de dureza:

Se utilizaron probetas según norma ASTM E-140

Para el ensayo de resistencia al impacto:

Se utilizaron probetas según norma ASTM E23-93.

15 20 UM: mm

Para el ensayo de resistencia al desgaste:

Se utilizaron probetas según norma ASTM G77.

Modelo experimental

Modelo matricial para el experimento de un solo factor con cinco niveles y 3 réplicas para determinar la Dureza (HB), Resitencia al impacto (J) y Resistencia al desgaste (mg).

• Se considera como: Variable independiente : Porcentaje de aluminio (%): 3 – 6 – 10 – 12 – 15.

• • • Variable dependiente : Dureza (HB) Resistencia al impacto (J) Resistencia al desgaste (mg) Donde: P iy P 1 …P 5 : Medición a efectuar.

: Porcentaje aluminio (%).

Procedimiento experimental

Diagrama de bloque del diseño experimental

Resultados

Del ensayo de dureza

Tabla 1.

Resultados del ensayo de dureza (HB) en probetas de aleación cobre-aluminio a los diferentes porcentajes de aluminio de estudio colados en molde de arena.

Porcentaje de aluminio (%)

3 6 10 12 15

D 1

92 121 172 249 301

D 2

94 119 168 251 296

Dureza D 3

93 123 178 246 304

Promedio

93.00

121.00

179.70

248.70

300.30

Resultados

Del ensayo de dureza

350 300 250 200 150 100 50 0 3 6 9 12

% en peso de Aluminio

15 18 Figura 1. Efecto del porcentaje de aluminio sobre la dureza (HB) en la aleación base cobre colada en un molde de arena.

Resultados

Del ensayo de impacto

Tabla 2. Resultados del ensayo de resistencia al impacto obtenido de probetas de aleación cobre-aluminio a diferentes porcentajes de aluminio en estudio.

Porcentaje de aluminio (%)

3 6 10 12 15

J 1

121 88 38 25 14

Resistencia al impacto (J) J 2 J 3 Promedio

118 81 40 22 15 115 83 47 26 16 118.00

84.00

41.70

24.30

15.00

Resultados

Del ensayo de impacto

140 120 100 80 60 40 20 0 0 3 6 9 12

% en peso Aluminio

15 18 Figura 2. Efecto del porcentaje de aluminio sobre la resistencia al impacto en aleaciones base cobre colada en molde de arena.

.

Resultados

Del ensayo de desgaste

Tabla 3. Resultados del ensayo de desgaste obtenidos de probetas de aleación cobre aluminio a diferentes porcentajes de aluminio en estudio.

Porcentaje de aluminio (%)

3 6 10 12 15

G 1

791.60

580.90

57.10

38.10

21.50

Resistencia al desgaste (mg) G 2

834.30

588.70

63.50

40.60

19.60

G 3

861.20

571.20

61.20

39.60

20.80

Promedio

829.03

580.30

60.60

39.43

20.60

Resultados

Del ensayo de desgaste

900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 3 6 9 12

% en peso de Aluminio

15 18 Figura 3. Efecto del porcentaje de aluminio sobre la resistencia al desgaste en aleación base cobre colada en molde de arena.

Análisis microestructural

Cu – 3% Al Cu – 6% Al Cu – 10% Al

Fotomicrografias a 200X . Ataque químico: 5 partes de hidróxido de amonio y 5 partes de peróxido de hidrogeno.

Análisis microestructural

Cu – 12% Al Cu – 15% Al

Fotomicrografias a 200X . Ataque químico: 5 partes de hidróxido de amonio y 5 partes de peróxido de hidrogeno.

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Conclusiones

El porcentaje de aluminio en el intervalo de 3 a 15% en una aleación base cobre afecta significativamente la dureza, resistencia al impacto y resistencia al desgaste.

El incremento del porcentaje de aluminio en el intervalo de 3 a 15% incrementa la dureza desde 93 HB para 3% aluminio hasta 300.30 HB para 15% aluminio.

A medida que aumenta el porcentaje de aluminio de 3 a 15% la resistencia al impacto disminuye, obteniéndose los valores más altos a porcentaje bajo de aluminio debido a que tienen en su estructura la fase primaria alfa (  ) y a porcentajes altos de aluminio se tienen valores bajos debido a la fase eutectoide (  +  2 ) que es dura y frágil.

El aumento del porcentaje de aluminio en las aleaciones base cobre, hacen que la resistencia al desgaste aumente, debido al aumento de la fase eutectoide (  +  2 ) según se incrementa el porcentaje de aluminio.

De las aleaciones cobre-aluminio en estudio, la aleación cobre – 10% aluminio, es la más adecuada porque tiene dureza, resistencia al impacto y resistencia al desgaste adecuados para los bronces al aluminio.

Recomendaciones

 Estudiar el porcentaje de aluminio en una aleación base cobre sobre la resistencia a la corrosión.

 Estudiar el tiempo de temple y tiempo de revenido de una aleación cobre – 10% aluminio templado a 900°C sobre la resistencia a la tracción, ductilidad y dureza.