Caracterización y conformado de una nueva aleación superplástica

REVISTA MEXICANA DE FíSICA 4S SUPLEMENTO
1, 171-171
JUNIO 1999
Caracterización y conformado de una nueva aleación superplástica Cd-Zn-Cu
H. Aguilar Vigueras, l.A. L1ancs Briccño y G. Torres Villaseñor
Instituto de Investigaciones en Marteriales, Universidad Nacional Autónoma de México
Apartado postal 70-360, 04510 México, D.F., Mexico
Recibido el 27 de febrero de 1998; aceptado el 30 de mayo de 1998
Se obtuvo, caracterizó y conformó una nueva aleación superpláslica de composición 81. 73%Cd-17.23%Zn-1 %Cu, delcrminandose el valor
del índice de sensibilidad a la rapidez de deformación "m" (0.47); su deformación máxima (275%) a una rapidez de deformación de 4 x
5
1
10- 5Cg- _1 X 10-4 scg-1. Se analiza el efecto de la temperatura y se presenta un resumen del proceso de obtención de la aleación, así
como un ejemplo del conformado superplástico de la misma.
Keywords: Supcrplaslicidad;
aleaciones Cd.Zn; conformado supcrplástico; rnicroestructura: procesos lerrnomecánicos
A new superlastic alloy hased on Cd.J7.23%Zn.I%Cu
was obtained, characterized and forming. The slrain rate sensibility index "m" is
0.47; The maximurn dcformation was 275% al a strain rate of 4 x 10-5 scg-1. Thc tempcrature effec! was analyzcd. Thc manufacluring
process of the alloy and ao example of superplastic forming are prcscnted.
/)escriptores:
Superplasticily;
Cd-Zn aIloys; supcrplastic forming; microslructure; thcrmochemical
proccss
rAes, 62.20; 81.05.8x; 8UO.By
l. Introducción
Los materiales superplásticos tienen la propiedad de deformarse extensivamente sin fracturarse (hasta 8000% de su forma original), lo que permite obtener formas extremadamente
complejas propias de un plástico, pero, con la resistencia característica de un metal.
Por su potencial ahorro energético y económico, el estudio y desarrollo de estos material es considerado corno investigación estratégica en las principales potencias del mundo;
así, no es raro saber que las aplicaciones del fenómeno ocurran en las áreas automotriz, militar y aerospacial.
Tres son los requisitos principales de un material superplástico [1];
o
r
!
b
n
l. Microestructura con grano fino, uniforme y equiaxial
menor a 10 ¡lIn.
2. La temperatura experimental de trabajo debe de ser
mayor o igual de 0.5 T m, donde Tm es la temperatura de fusión del material en grados kelvin.
3. El fenómeno es altamente dependiente de la rapidez de
deformación y ésta es característica de cada material
por lo que su valor debe encontrarse y optimizarse experimentalmente.
~d"7 10"
FIGURA
Id'
l. Comportamiento
10" lO.
t 11-'1
IO.Z
clásico supcrplástico.
del material; y ! es el factor de endurecimiento por deformación del material.
La relación mecánica que mejor describe el comportamiento de estos materiales es el tipo [2]:
El comportamiento clásico que exhiben los materiales superplásticos lo podemos observar a través de las curvas de las
gráficas lag { \lS. lag GT y log fe VS. {, como se ilustra en la
Fig. 1 [3J.
donde: Gr es el esfuerzo al !lujo a temperatura constante; f.
es la rápidez de deformación; { es la deformación; I( es una
constante que depende de la microestructura, la temperatura
y de los defectos del material; ln es el índice de sensibilidad
La superplasticidad es un fenómeno considerado como
"lento" ya que ocurre normalmente en rangos de rapidez
de deformación de [10--1 a lQ-3] seg-I, para acelerar el
fenómeno es posible hacer os cosas: una es disminuir el tao
maño de grano y la otra es aumentar la temperatura experimental de prueba.
H. AGUILAK VIGUERAS. lA LLANES BKICEÑO y G. TOKKES VILI.ASEÑOK
172
10g(a)
lE-4
log(d
FIGURA 4. Deterrninad6n
de laminado en caliente y terminado
f'1(;URA 2. J\licroeslfuclura
en frío.
"'00
"'"
1\.
o
o
'"'
'1
"
. ""
~~
E e
" e~
_o
c';-
__
._e/
Deformación
Esfu.erlo
Vs. Rapidez
Vs
Rapidez
de Deto<maóón
00 Deformación
""
~--.~
'"'
••..
'"
,
•"
O'
;;
w
'"
--------------,
'00
1E.5
lE-4
0.01
1E.3
Rápidez de Oetormación(1/seg)
F[(;URA 3. Curva esfuerzo
formación
j'S.
I'S.
rapidez de deformación
y curva de-
rapidez de deformación.
La rapidez de deformación hajo condiciones dc esfuerzo
al
y temperatura constante varía inversamente proporcional
a[2 -
3J
2. Ohtención de la aleación
La ohtención dc la aleación con propiedades supcrplásticas
se logró mediante la adecuada realización de los procesos dc
fundición y laminación (ver fig. 2).
3. Caracterización
máximo de deformación alcanzado por la aleación es de un
275% y que el esfuerzo para esa deformación es cercano de
a los 8 MPa.
El índice de sensihilidad característico de la aleación se
obtiene de la pendiente a la recta en los puntos del intervalo
superplástico de máxima deformación. como se muestra en
la I'ig. 4.
El fenómeno como observamos claramente tiene un comportamiento no lineal. si suponemos que este es de la forma
y(.r) = (U~IJ.con .'Jet). es la altura de deformación alcanzada y .1' el diámetro de deformación. veremos que los valores
numéricos de a y b varían en ambas pruebas, como lo muestra
la Fig. 5.
Como observamos entre m<Ísaumentamos la presión de
carga y la temperatura experimental de prueba. los valores de
lJ van aumentando: en un gráfica similar pero para la constanle. a, veremos que esta al contrario disminuye entre más se
aumenta la presión de carga.
4. Conclusiones
• La Nueva Aleación con características supcrplásticas
de composición hipoCLítcclica, X1.73% Cd. 17.23('/('Zn,
10/('Cu. se ohtiene mediante la realización de los siguientes procesos:
tumaflO.Jc grano como [.,1]
COIl
del índice de sensibilidad
de la aleación
La caractcriLación incluye la realización de las pruebas de
tensión a distintas rapideces de deformación y de superplasticidad a distintas presiones oe carga y temperaturas para espesores de l<Íminaconstantes, como se ilustra en la Fig. 3.
En la Fig. 3 se observa el claro comportamiento supcrpljstico descrito previamente. además hay que notar que el
Rc\'. Me.\". F¡'s. 45S1
Fundición de los elementos por
siva.
Solidificación rüpida mediante
agua.
Laminado en calienLc a una
18()'C.
_ Laminado en frío a 5 m/seg a
hiente.
difusión progreun templado en
temperatura
de
temperatura am-
• La m~í.ximadeformación alcanzada por la aleación en
el intervalo superplústico (-1 x 10-')-1 x 10-1)1 scg-1•
hajo un esfuerzo de 1.;:)3 ~1Pa, es de 27;'%.
• El índice de sensibilidad.
es de OA7.
(1999) 171-173
/Il,
ohtenido en la aleación,
CARACTERIZACiÓN
Y CONFORMADO
OE UNA NUEVA ALEACiÓN
SUPER PLÁSTICA CD-ZN-CU
173
Altura(rnm)
"
o
b
017
a
,
0.0)8
o
;
039
(a)
FUjLJRA 6. Conformado
superpláslico
de la aleación donde se
mueslra la versatilidad del proceso. El producto tiene unas dimen.
siones de 16.5 cm x 16.5 cm con un claro de deformación de
1-1 x 1-1 cm )' una ••hura dc conformado de 3 cm (el calce de la
figura central mide 1.81 cm de altura) con lo que se tiene una deformación de 107% aproximad:ullcnlc.
Altura(rnm)
00"
a
00,
Agradecimientos
(b)
F/(jURA 5. Variación de las constantes ti y /) en la prueba superplástica con presión atmosférica a 130°C y 230° ( respcclivamente.
Este trahajo se realizó con los apoyos de las siguientes instituciones: Universidad Nacional Autónoma de México, InstitulO tic Investigaciones en Materiales y Fundación UNA!\t.
Se agradece también al Sistema Nacional de Jnv:::stigadores.
1. K.A. Padnarnabahan and G.J. Davis. SIII't'rI'/a.'iticiry. (Springcr
Vcrlag. Ncw York. 1980) p_ 312.
3. Z. Valicv. I1CSA~1. COllgress of Superplasticity
ríals. VoL!. (India. 1997) p. 407_
2. G.D. Bcngought.lnst.
4. PA Woolford. Trmu. As," .. Voll!. (1986) p. 29!.
AJewllllrgy
Vol.lJI (1912). p. 123.
Re\'. Mex. Fis. 45 SI (1999) 171-173
in Adv. Mate.