Cambios en la microestructura durante la laminación en caliente de

REVISTA ~,tEXICANA DE FÍSICA 45 SllPI,EI\IENTO
l. 114-1 ~7
JUNIO [999
Cambios en la microestructura durante la laminación en caliente de la aleación
Zn-21AI-2Cu con estructura de colada
1. Negrete, A, Torres, L Narváez y J, Zamora
Instituto de Metalul!<ia, Universidad Autónoma de Sall Luis Potos(
A~',Sil'1"ftlLeolla550, Col. Lomas 20. Sección, Sall Luis PotosÍ, s.L.P. Mexico
G. Torres-Villaseñor
Instituto de Investigaciones en Materiales, Universidad Nacional Autónoma de México
Ciudad Universitaria. Mexico
Recihido el 4 de m<lrz.ode 199R: <lceptado el 29 de mayo de 1998
Se llevaron a caho pruch<ls de laminación en caliente en I<lale<lción Zn.2IAI-2Cu con estructura de colada continua con el propósito de
estahlecer los parámetros del proceso. dar seguimiento a la evolución dc 1<1
estructura del m<lterial durante I<ldeformación asoci<lda y analizar
los mecanismos que operan durante el conformado. La laminación se reali/.ó a temperaturas por encima y por dehajo de la temperatura
eutectoide del sistema Zn.AI (275°C) con el fm de analizar la influencia del camhio de fase. Los resultados ohtenidos permiten definir
I<lscondiciones de temperatura. velocidad de deformación y cantidad dc deformación porpaso requeridos para obtener lámina de excelente
calidad. La estructura de colada esta compuesta por 3 constituyentes que son; fase (\' primaria, colonias de laminillas de fases O: + 11descomposición química muy cercana a la composición elltectoidey un constituyente de características eutécticas formado por la fase T}
rica en zinc y predpitados de fase O: rica en aluminio. Las ohservaciones de la microestructura muestran la gran dificultad para eliminar la
estructura de colada. ya que aun con deformacioncs verdaderas mayores quc 300% sc tienen vestigios de la estructura de solidificación.
Descril)IOf"l'S: Transformadones
de fase; aleaciones Zn-AI-Cu: trahajado mecánico
In ordcr lo establish the process parameters for hot rolling 01" Zn-21AI.2Cu aHoyo roHing tests were performed at temperatures ahove and
bclm •...Ihe eutectoid tcmperature of the Zn-AI syslcm. the main goal was to ohserve Ihe microstructurc evolution during dcformation and
analyze the mech,lllisms taking: place during rolling process. The results allow to define the temperature. strain rate and the rcduction in cach
pass in order to get sheet of high quality. The as cast structurc is formcd hy 3 constituents: primary o phase. colonies of n +'1 phases and
an intcrdendritic constilllent formed by 11phase and n phase precipitatcs. It is very difficult to climinatc lhe as cast microstructure cven with
(rue deformations bigger than 300%.
Kl'ywonl.c
Phase transfonnations;
Zn.Al-Cu alloys: Illechanical working
PAes: R1.05.-1: R1.30.-1: R1.20.lIy
I. Introducción
Las aleaciones l.inc-aluminio-cohre con composición química alrededor del punto eutectoide del sistema hinario Zn-AI
han demostrado gran facilidad para adaptarse a procesos de
conformado mecánico tradicionales como la extrusión, la laminación y la forja entre otros [1-31. En el caso de los pro.
duetos laminados el mercado potencial es muy prometedor
por lo que se ha diseilado un programa extenso para detenninar los panímctros adecuados del proceso así como la influencia de las diversas variahles que intervienen. Como parte de
este programa. el presente trahajo pretende analifar la evolución de la microestructura del material durante las diferentes
etapas de la laminaci6n. I~as aleaciones ziIH.;.alulllinio-C<lhre
<.:oncomposición química alrededor del punto elltectoide del
sistema hinario Zn-AI pueden presentar 4 diferentes tipos de
microestructura según la historia térmica [21. La presencia
del cohre en la aleación provoca la apariciónde 2 fases adicionales que son: f y T' [41. Dehido a lo extenso del programa
se decidió acotar el trahajo a solamente un tipo de microes-
tructllra de las 4 posihles variedades que se pueden inducir en
el material, la microestruclura seleccionada fue la de colada
continua.
2. Trahajo experimental
A partir oe metales puros se preparó en un horno de inducción
la aleación con ulla composición química de 779'(1 en peso de
finc, 21 (X) en peso de aluminio y 2% en peso de cohre. Una
ve/. fundido el malerial se procedió a solidificarlo mediante
colada continua para ohtener prohctas para laminación cuyas
dimensiones fueron; 100 mm de largo. 5 mm de espesor y
15 mm de ancho, La lamina<.:iónse reali/.ó a 3 diferentes temperaluras 300°C, 2~'WOC y 220°C esto es ligeramente encima
y ahajo de la temperatura de Iransfonnación eutectoide. La
velocidad de deformación utilizada se uhicó en el rango de
4 a 20 s-l y la cantidad de deformación por paso entre 20Sf,.
y 50%. A medida que el espesor de la muestra laminada era
reducido, se tomaron muestras con diferente grado de deformación, las cuales fueron sometidas a análisis por difracción
CAr-.1H[OSEt\ LA ,'llCROESTRUCTURA
LamlnaclOn
DURANTE LA I.A\llNAC[()N
EN e ALIENTE DE L:\ ALEAC]<lN ZN-2 J AL.2CU.
135
DRX Laminación a 300°C
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3. Resultados)' discusión
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Laminaci<ln a Jl)()OC
En la Pig. 1 se presentan de manera global los resultados de
las pruebas de Illicrodurel.a Vickers, difracción de rayos X y
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de la microestruclura llevadas a cabo en elmaterial laminado a 300°C. Puede ohservarse que la microdureza
ticlle poca variaci6n con la cantidad de deformación y que se
uhica en el rango más alto rcportado para esta aleación 15].
En relación a las microcstructuras, es notoria la rápiJa ao~
son:iúnJe la fase o primaria (ohscur<l) y la más lenta t1eSJparición del constiluyentc inlerdcndrítico (olanco). La matriz
está compuesta principalmelllc por laminillas de fases (l + '1
que se generan durante el enfriamiento de la lámina al ocurrir
la transformación cutcctoide ¡j --+ (1 + 1} a los 275°C. En los
pasos IInales de lalllinaciún, la eslructura de la matriz es más
granular ya que pm lo delgado de la L.Ímina, el cnfriamiento
(ICUITem¡ísrürido yen lugar de laminillas se forman gránulos
de n + '1. En relación a los resultados de la difracción de rayos X, se observa que inicialmente se encuentran retlexioncs
que correspondell a las fases I}, n y E, aunquc las reflexiones
de csla lí1tilll<lsolo se percihen ligeramente. Además el pico
(OOO}) de la fase // sc encucntra en un ángulo de difracciún
mayor porque se encuentra sohresaturada con cobre. Olros
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dc la mic[Ocslrlll.:lura
y dífracciún
de rayos X en la aleación
Zn.21 Al-
aUlOres 1<1
consideran una fase nucva [6]. A medida que ocurre la deformación. esla reflexión se corre hacia ángulos mcnores, dando lugar a la aparición de una doble reflcxión, una
de las cuales es la reflexión (0002) de la fase '1 no saturada
con cobre y la otra. es la misma rellexi6n pero para el remanelllC de la fase /1 saturada con cobrc. Adcmás se observa la
formaci6n de E dehido a que se desaloja de la fase 1) el cobre
disllello.
3.2. Laminadón
a 2XnoC
En la Fig. 2 se presentan los resultados para el matcriallaminado a 2~()°C. Ilay una notoria disminución de la dureza conformc se aplica la deformación. Este ablandamiento es pro.
vocado por la l'oalescencia o engrosamiento de los constituyentes que no logran transformarse durante el calcntamienlo
hasta la temreratura de trahajo. Las microestructuras corres.
pondicllles lIlucstran con claridad como la fase (l primaria y
el constilUyente inlcrdcndrítico no son absorbidos por la ma~
tril. pnlv(lcando la formación de una estructura bandeada. Los
an.íIisis de rayos X muestran que los constiluyentes de la estructura (o, '/ y E) ,e orientan prcferencialmcnte,col1lo pueJe
scr ohservado en la Fig. 2. En esta tcmperalura al igual que a
300°C no se observa la fase T' .
3.3. Laminadc)1I a 22()OC
En la Fig. 3 se preselltan los resultados para el materiallaminado a 22()0C. La disminución de la dureza es m{L,pronunciada y es evidente el engrosamiento de las colonias tle per-
Rel; Mt'x. Fú. 45 SI (1999) 134-1.17
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Fl(jUR,\ J, RC"1I11adosdc las mediciones dc microdureza. obscrv.K'jún dc la
2Cu laminaL1a a 220" .
lita conforme procede la deformación, esto ocurre pon.luc durante el'calentamiento no hay transformación a la fase (3, de
lal manera que los constituyenlcs de la estructura solamente
incrementan de tamaño. Esto mismo provoca que la dureza
vaya disminuyendo progrcsivamcnte con la deformación. Lo
mi(T(lCSlrUl'lura
y difracción de rayos X en la aleación Zn-2IAI-
mismo ocurre con el matcrial laminado a 280°C. aunque en
menor graJo, ya que en cste caso hay transformación parcial.
Los ;udlisis por rayos X mucstran la prcsencia dc fasc T' confirmando que el trahajado mecánico a temperaturas mcnores
a la elllecloide favorece su formación 12].
Rel'. Mex. Fí.\". 015 SI (1999) 134-137
CA~1BI()S EN LA t\.lICKOESTRUCTllRA l)llRANTE LA LA~lINAClÚN EN CALIENTE DE LA ALEACIÓN ZN-21AL-2eu.
4. Conclusiones
l. La estructura de ('olada de la aleaci6n ClIlcc(oidc ZIl21AI-2Cu puede ser laminada en caliente sin limitaci()(les siempre que la temperatura eSlé por e!lcima tiC'
los 22()cC.
'") La homogeneización
dc la estructura de colada se facilita con el incremento en la lemperatura de laminado
aunque !lO se alcan/ó a destruir totalmente.
3. La deformación pl:ística impartida durante la laminación tic la alcaci6n ocurre por dc:-.lizamicllto de planos
,H()micos. lo cual se manifiesta por el alargamiellto de
las fases que componen la microcstrUl:lura.
-l. La difracción tic rayos X Illuestra que durante
L J. !\'cgrete. L. ValJé~y G. Torrc~ Villascñor.
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137
formación pl;:íslica y por efecto tic] calentamicnto,
se
provoca la rorlll<:H:iónde las fases E o T'. dcpendielll.lo
dI.:'la temperatura. La J;¡se é se forma en temperaturas
superiores a la eutectoide mientras que la fase T' SI.:'
forma en tcmperaturas inferiores a dicha temperatura.
5. La 1aminal'i(ín ;¡ temperaturas inferiores a la eutectoide
pro\"OC;¡orientación preferencial en la estructura.
Agradeci mientos
El presenle lrahajo se realizó con el apoyo del CONACyT
al proyecto 120RP-A. El fondo de apoyo a b investigación
en la U,\SLP (FAI) y dentro del convenio de colahoración
aC;lllémica UNAi\l-UASLP.
](] (1995) 7H5
--l. S. Murphy. 1. Ml'l(1/1kllfu/c 71 (1980) 96.
1. J. Negrete, A. Torres y G. Torre~- Vilbseñor. M/'lIIoritlS /)I'! XX
GlIIgrc.\"Odi' la Actltlemi(/ Naclollal dl'/lIgl'IlÍl'''Ú¡
2-l-l.
J. J. Negrete and G. Torres VillJseñor. Malt'l:
(1\1\1) (199:'1)
(///{I Mmlllf
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S. 1. i\:eg:rc[e. A. Torres. ami G. Torres Villnscñor. 1. o/ ,\1afer. Se.
Ll'ftcr.I, 1--1(1995)
1{JJ2.
n, Y. 11. Zhu and 11.e. ~1an. Mal{'/' alld A-Ia!ll!f. Proc. 12(997)
11-l9.
Re!'. Ml'.r. Fú. 45 SI (1999) 134-))7