Florencia Cioffi

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    29-Jul-2015

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<p> 1. ESTUDIO DE LA MICROESTRUCTURA, LAS PROPIEDADES MECNICAS Y LAS TENSIONES RESIDUALES EN UN CHAPN DE ALEACIN AA7075 SOLDADO POR FRICTION STIR WELDING Directores: Dr. Gaspar Gonzlez-Doncel Dr. Ricardo Fernndez Depto. de Metalurgia Fsica (CENIM-CSIC) Madrid, junio 2012 Mster en Ciencia e Ingeniera de Materiales Universidad Carlos III de Madrid Florencia Cioffi 2. NDICE 1. Introduccin y objetivos 2. Materiales y procedimiento 3. Resultados 4. Conclusiones y trabajo futuro 3. Introduccin y objetivos Materiales y procedimiento Resultados Conclusiones y trabajo futuro Tcnica de Friction stir welding Principios Variables Velocidad de rotacin Velocidad de avance Esfuerzo vertical ngulo de inclinacin del pin Geometra y material de la herramienta Ventajas No se produce fusin del material Muy buen acabado superficial No hay material de aporte, ni lquidos, ni humos txicos Fcilmente automatizable Video 4. Introduccin y objetivos Materiales y procedimiento Resultados Conclusiones y trabajo futuro Objetivos o Evaluar el efecto del proceso de FSW en la microestructura de la aleacin AA7075 o Correlacionar las microestructuras obtenidas con las propiedades mecnicas o Determinar el estado de tensiones residuales resultante Difraccin de neutrones para determinar tensiones residuales en soldaduras Tensiones residuales Soldaduras FSW La ventaja de utilizar difraccin de neutrones para la determinacin de las TR es la gran penetracin de esta radiacin en los materiales metlicos. Y en particular SALSA* permite realizar movimientos muestras de gran tamao con una excelente precisin. *Institut Laue-Langevin en Grenoble, Francia. 5. Introduccin y objetivos Materiales y procedimiento Resultados Conclusiones y trabajo futuro 4 chapones (300x140x10 mm) de la aleacin AA7075 obtenidos por laminacin (Alustock) Elemento Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Otros Al % (masa) 0,4 0,5 1,2-2,0 0,3 2,1-2,9 0,18-0,28 5,1-6,1 0,2 0,15 Resto Tratamiento trmico T6: Solubilizacin 480C durante 90 minutos Temple en aceite Envejecimiento a pico 120 C durante 24 horas Mecanizado de muestras metalogrficas, para estudio de texturas, probetas de traccin y de dureza. Muestra tipo peine para determinacin de d0. Estudio de tensiones residuales por difraccin de neutrones en ILL, Grenoble. Soldaduras por FSW en AIMEN: Velocidad de rotacin: 750 rpm Velocidad de avance: 75mm/min ngulo: 1.5 Forja:36 kN Herramienta MP159 Alta resistencia especfica Aplicaciones en industria aeronutica y deportiva 6. Introduccin y objetivos Materiales y procedimiento Resultados Conclusiones y trabajo futuro Caracterizacin microestructural MATERIAL BASE centrosuperficie Anlisis de imagen Tamao de grano promedio 17 m Relacin de aspecto 4:1 Textura (figuras de polos inversas en direccin normal) 7. Introduccin y objetivos Materiales y procedimiento Resultados Conclusiones y trabajo futuro Caracterizacin microestructural MATERIAL BASE La secuencia de precipitacin en las aleacin de la serie 7XXX es: SSS Zonas GP (MgZn2) (MgZn2) (Mn,Fe) Al12 Mediante microscopa ptica no se llegan a observar: Zonas GP: de unos pocos tomos a 20 nm [1] Fase : menor a 75 nm [1] [1] C.G. Rhodes, W. M. Mahoney, W. H. Bingel, R. A. Spurling, C. C. Bampton, Scr. Met 36 (1997) 69 8. Introduccin y objetivos Materiales y procedimiento Resultados Conclusiones y trabajo futuro Caracterizacin microestructural Las zonas microestructurales caractersticas se observan claramente: Nugget: zona recristalizada de grano equiaxial fino TMAZ: zona termomecnicamente afectada con granos deformados HAZ: zona trmicamente afectada 9. Introduccin y objetivos Materiales y procedimiento Resultados Conclusiones y trabajo futuro Caracterizacin microestructural CAMBIO EN LA ESTRUCTURA DE GRANO MB HAZ TMAZ (A) TMAZ (R) Nugget Ataque con HF 0,5% y con Keller 10. Introduccin y objetivos Materiales y procedimiento Resultados Conclusiones y trabajo futuro Caracterizacin microestructural CAMBIO EN LA PRECIPITACIN MB HAZ TMAZ (A) Nugget Ataque con HF 0,5% 11. Introduccin y objetivos Materiales y procedimiento Resultados Conclusiones y trabajo futuro Caracterizacin microestructural NUGGET 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 Frecuenciarelativa(ni/nt) Tamao de grano (m) NuggetAnlisis de imagen Tamao de grano promedio 4 m equiaxiales , 12. Introduccin y objetivos Materiales y procedimiento Resultados Conclusiones y trabajo futuro Caracterizacin microestructural Comparacin del estado de precipitacin: MB vs. nugget MB T6: Solubilizacin Temple Envejecimiento a pico 120C durante 24 horas De acuerdo al tratamiento de envejecimiento dado, se espera que la precipitacin sea mayoritariamente en forma de fase [2] N. Saunders, in proceedings of the 9th International Conference on Aluminium Alloys, Brisbane, Australia, 2-5 August, 2004 Diagrama TTT para la aleacin AA7075 [2] 13. Introduccin y objetivos Materiales y procedimiento Resultados Conclusiones y trabajo futuro Caracterizacin microestructural Comparacin del estado de precipitacin: MB vs. nugget Nugget Solubilizacin Durante el proceso de FSW Enfriamiento gradual La bibliografa reporta temperaturas que alcanzan los 480C [3] [3] C.G. Rhodes, W. M. Mahoney, W. H. Bingel, R. A. Spurling, C. C. Bampton, Scr. Met 36 (1997) 69 [4] H. Li, J. Bin, Y. Zhao, X. Wang, Trans. Nonferrous Met. Soc. China 21 (2011) 1944 Diagrama CCT para la aleacin AA7075 [4] Existe una velocidad de enfriamiento crtica por debajo de la cual precipitan fases indeseadas no endurecedoras ( y Al2CuMg) La velocidad de enfriamiento del cordn es muy inferior a la crtica. Por lo tanto, se espera que la precipitacin sea mayoritariamente en forma de fase 14. Introduccin y objetivos Materiales y procedimiento Resultados Conclusiones y trabajo futuro Caracterizacin mecnica el ancho de la zona central y su valor promedio va disminuyendo a medida que se atraviesa el espesor del chapn Los mnimos corresponden a las HAZs y los mximos al nugget Mnimo corresponde al centro del espesor, en la HAZ de avance y es un 37% menor a la dureza del MB 15. Introduccin y objetivos Materiales y procedimiento Resultados Conclusiones y trabajo futuro Caracterizacin mecnica HV 5 Se observa una excelente concordancia entre los resultados del mapeo de durezas y las zonas microestructurales caractersticas. Las durezas mximas corresponden al nugget cuyo tamao de grano es el ms pequeo y la precipitacin es ms fina. La dureza disminuye en las TMAZs ya que el tamao de grano es mayor y los precipitados evolucionan desfavorablemente. Es mnima en las HAZs donde los granos permanecen sin deformar y la precipitacin tambin ha evolucionado desfavorablemente. R A 16. Introduccin y objetivos Materiales y procedimiento Resultados Conclusiones y trabajo futuro Caracterizacin mecnica 0 100 200 300 400 500 600 0 0.05 0.1 0.15 0.2 Tensin(MPa) Deformacin plstica MB transversal 1 MB Longitudinal 1 Soldadura Transversal 1 Soldadura Transversal 2 nugget Material base Las propiedades mecnicas del material base son muy similares en direccin longitudinal y transversal El limite elstico en el centro del cordn es un 26 % inferior al del material base La elongacin a rotura es de un 30 a 50% mayor 17. Introduccin y objetivos Materiales y procedimiento Resultados Conclusiones y trabajo futuro Caracterizacin mecnica Fractura dctil Transgranular Dentro del nugget, centrada levemente hacia el lado de retroceso 18. Introduccin y objetivos Materiales y procedimiento Resultados Conclusiones y trabajo futuro Tensiones residuales Tensin (MPa) vs. Posicin (mm) -100 -50 0 50 100 150 -100 -50 0 50 100 centro -100 -50 0 50 100 150 -100 -50 0 50 100 superior -100 -50 0 50 100 150 -100 -50 0 50 100 inferior Forma de los perfiles: m para la componente longitudinal y w para las componentes normal y transversal Los valores mximos se encuentran en la componente longitudinal, en el centro de la placa, en la HAZ del retroceso. Y alcanzan un 31% del lmite elstico del MB. DN DL DT 19. Introduccin y objetivos Materiales y procedimiento Resultados Conclusiones y trabajo futuro Tensiones residuales La relacin entre las tensiones residuales y las zonas microestructurales no es tan directa como en el caso de las durezas. Esto es debido a que el perfil de tensiones residuales dependen en mayor medida de las caractersticas geomtricas del material y del proceso que de la microestructura. longitudinal 20. Introduccin y objetivos Materiales y procedimiento Resultados Conclusiones y trabajo futuro CORRELACIN: MICROESTRUCTURA - PROPIEDADES MECNICAS - TENSIONES RESIDUALES Los valores de dureza medidos coinciden con las zonas microestructurales. Se observa una disminucin de dureza que alcanza un mnimo (37% menor al MB) en la HAZ del lado de avance, dnde la precipitacin evolucion desfavorablemente hacia fases poco endurecedoras (). Los ensayos de traccin muestran que el lmite elstico disminuye en un 26% en la porcin central del cordn, mientras que la elongacin aumenta. Esto se debe a que la precipitacin del nugget es en su mayora de fase en lugar de y este efecto pesa ms que el refinamiento de grano. La fractura del material del nugget es de naturaleza dctil y transgranular debido a los precipitados ubicados en borde de grano, su ubicacin coincidi con el mnimo de dureza de esta zona. Las tensiones residuales presentaron los perfiles caractersticos de este tipo de soldadura y los valores se encuentran dentro de los rangos reportados. Los mximos se midieron para la componente longitudinal, en el centro del espesor, en la HAZ del lado de retroceso (donde el enfriamiento es ms lento) y alcanzando valores de hasta un 31% del lmite elstico del material base. 21. Introduccin y objetivos Materiales y procedimiento Resultados Conclusiones y trabajo futuro TRABAJO FUTURO Siguiendo en la lnea de estudio de la aleacin AA7075, se est realizando un estudio del efecto de distintos tratamientos trmicos, sobre la tenacidad a la fractura de los cordones. El mismo incluye ensayos de flexin en cuatro puntos y medidas de tensiones locales in-situ en puntos cercanos a la grieta mediante radiacin sincrotrn. Se extender el estudio a materiales compuestos de matriz metlica y refuerzo cermico discontinuo. 22. Muchas gracias. Projecto MAT 2009-09545 </p>