Tesis de Mecánica

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https://hdl.handle.net/20.500.14414/897

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Aplicación del tratamiento criogénico profundo con envejecido posterior sobre los aceros inoxidables martensíticos. Evaluación de la dureza, tenacidad y microestructura para condiciones de trabajo severo
(Universidad Nacional de Trujillo, 2024-07) Guzmán Vásquez, Robert Smith; Alcántara Alza, Víctor Manuel
Se investigo, la manera como afecta la aplicación del tratamiento criogénico profundo DCT(-196°C), cuando se aplica con un envejecido posterior, respecto a las propiedades mecánicas de dureza, tenacidad y microestructura, aplicado a los aceros inoxidables martensíticos, con el propósito de establecer una metodología distinta, respecto al tradicional tratamiento criogénico DCT con revenido posterior. Para este estudio experimental, fue utilizado un horno de mufla, sometiendo las probetas primeramente a una criogenización profunda en un baño de Nitrógeno líquido/4h, después de ser previamente austenizadas a las siguientes temperaturas: 1020-1030-1040-1050 (°C) / 1h; para luego templarlas en aceite. Un primer grupo de muestras criogénicas fueron sometidas a un envejecido posterior realizado a 150°C, con tiempos de inmersión: 2,5 -5- 10 - 20 - 50 – 100 (h). El siguiente grupo, fue sometido a un revenido posterior, a las temperaturas: 480- 500- 510- 520- 530- 540 (°C)/ 2h. Los ensayos de dureza se realizaron bajo normas empleando un Durómetro Universal y las lecturas se hicieron en escala HRC. Los ensayos de Resistencia al Impacto se realizaron en una máquina Charpy siguiendo la norma ASTM E 23 – 93ª. Las medidas se tomaron en joule. La microscopía fue realizada a nivel óptico usando un microscopio 1000X. Se encontró: Para todo el intervalo de envejecido, las muestras austenizadas a 1050°C presentan mayor dureza que las austenizadas a 1040°C, siendo el pico máximo de 30h de envejecido. En todos los casos las muestras envejecidas superan en dureza a las muestras revenidas, inclusive en sus valores mínimos. En las muestras con revenido posterior, la temperatura de revenido casi no afecta a la resistencia al impacto del material. En el Tratamiento criogénico: DCT + envejecido posterior, el máximo valor de la dureza (58.7 HRC) va unido con un valor de tenacidad al impacto (54J) obtenidos con el tiempo de envejecido de 39h, que se considera una condición óptima. La mayor dureza del acero después del tratamiento DCT se atribuye a la transformación de la austenita retenida en martensita. La microestructura está compuesta principalmente por martensita lath y se puede apreciar el tamaño de grano original de la austenita. La elección de la combinación: Dureza-tenacidad, está supeditada a las condiciones de servicios exigidas.
Efecto de los tratamientos térmicos y tasa de deformación en frío en las propiedades mecánicas de aleaciones de aluminio aa-6063
(Universidad Nacional de Trujillo, 2018-09) Arce Ruiz, Mario Arturo; Alcántara Alza, Víctor Manuel
Se investigó, cómo influyen los parámetros de tratamientos térmicos de envejecido, bajo diversos grados de deformación en frio, sobre las propiedades mecánicas de dureza y tracción, en las aleaciones de aluminio AA: 6063, con la finalidad de elegir los parámetros que proporciones una combinación adecuada de estas propiedades. Todas las probetas se confeccionaron a partir de planchas estándar en bruto de ½” (12.50 mm espesor) x 1.06 m x 3.00 m de longitud. Para la dureza se usaron paralelepípedos de 10 x20mmx30mm, y para los ensayos de tracción se confeccionaron probetas según la norma ASTM E 8M-95ª. Los experimentos aplicados a todas las muestras, siguieron la siguiente secuencia: 1) Tratamiento de solubilidad. (580°C), 2) Proceso de deformación en frio (reducción de área: 30%-60%-80%), 3) Aplicación de tratamientos de envejecimiento artificial en el rango de temperaturas: 150-250-350-450°C, y con tiempos de sostenimiento: 1- 10-30-60-90-120 min. Los tratamientos térmicos se realizaron el horno de mufla digital y la reducción de área en un laminador de rodillos de laboratorio. La dureza se midió en escala Vickers (HV) y los ensayos de tracción se ejecutaron en una máquina Universal de tracción INSTRON de 10 Tn. Los ensayos de microscopía se realizaron a nivel óptico utilizando el microscopio ZEISS. Se encontró que el envejecido artificial produce un incremento de dureza muy pronunciado en un tiempo muy corto (1 min), para luego variar moderadamente, según los parámetros de tiempo y temperatura. Los máximos valores de dureza fueron: Para 30% de reducción: 92 HV [150°C- 120 min]; Para 60%: 95 HV [150°C- 120 min]. Para 80%: 100,7 HV [150°C- 120 min], demostrando: que un incremento de deformación, junto a una baja temperatura y mayor tiempo de envejecido, son las condiciones que dan los mayores valores de dureza. Respecto a las propiedades mecánicas, la condición óptima la encontramos para las muestra deformadas a 80% y envejecidas a 250°C, presentando una resistencia a la tracción de 193 MPa, y 15% de elongación; siendo ésta una buena combinación de propiedades en las aleaciones de aluminio de uso comercial. En todas las muestras se pueden observar fases precipitadas de Mg2Si. que son las que producen el endurecimiento, pero también se distinguen partículas muy finas que podrían ser inclusiones, fase intermetálicas y/o ligeros precipitados, que podrían ser los responsables de los altos y bajos que presentan la dureza y algunas propiedades mecánicas respecto al tiempo y temperatura, durante el tratamiento térmico.
Efecto del tiempo y temperatura del tratamiento de envejecido tipo(T8), en las propiedades mecanicas y microestructura del aluminio AA7075 con deformación previa
(Universidad Nacional de Trujillo, 2023-10) Campos Díaz, Joey Jordan; Alcántara Alza, Víctor Manuel
Se investigo efecto del tiempo y temperatura del tratamiento de envejecido (T8), en las propiedades mecánicas y microestructura del aluminio AA7075, con deformación 5% y sin deformación; con el propósito de ver los parámetros de tiempo y temperatura, que proporcionen un adecuado desempeño en las propiedades mecánicas de tracción y dureza. Para los ensayos de dureza se utilizaron barras prismáticas de 30mmx 20mmx10mm. Las mediciones se hicieron en escala Vickers (HV). Para los ensayos de tracción se fabricaron probetas según norma ASTM E8M, y el procedimiento de ensayo siguió la misma norma. Para los tratamientos de envejecido se uso un horno de mufla. El solubilizado previo se hizo a 500°C, 2h; luego las muestras fueron templadas en agua hasta la temperatura ambiente y luego se llevó a cabo el envejecido artificial con tres temperaturas: 120 – 160 – 200°C; y con los siguientes tiempos de sostenimiento: 30 – 90- 180 – 900 – 1440 °C. El tamaño promedio de los tamaños de grano se determino usando el software “Image J”. Se encontró que la dureza de las muestras previamente deformadas se incrementa con el tiempo de envejecido para las temperaturas de 120°C y 160 °C. No así para la temperatura de 200 °C, donde la dureza disminuye con el tiempo de envejecido. El endurecimiento por envejecido aumenta los valores de resistencia mecánica UTS y resistencia a la fluencia YS, pero a la vez disminuye la elongación ε, lo que produce una fragilización del material conforme aumenta el tiempo de envejecido. Tanto el máximo valor de YS (350 MPa), como el del UTS (482 MPa) se encuentra para el mínimo tiempo de envejecido; Sin embargo la mayor elongación (ε = 0,105) se encuentra con el máximo tiempo de envejecido. Las curvas (σ -ε ) informan que el módulo de Elasticidad (E), permanece casi constante para todos los casos. Sé puede ver en las microestructuras; que el envejecido artificial tiene poca influencia en el tamaño y morfología de los granos, Casi todos los granos tienen forma equiaxial en cualquier dirección. Por otro lado no se observan grietas/ ranuras, ni maclas. Los tamaños de grano disminuyen conforme aumenta la temperatura de envejecido. Estas variaciones de tamaño de grano, explican las variaciones de las propiedades de Resistencia a la fluencia YS y máxima resistencia a la tracción UTS.
Efectos del regimen de corte y perfil de la herramienta sobre La rugosidad superficial en el torneado de aleaciones Co-28cr-6mo de uso biomédico
(Universidad Nacional de Trujillo, 2017-06-27) Castro Zavaleta, Santos Homero; Alcántara Alza, Víctor Manuel
Se investigó cómo influye el régimen de corte y la geometría de la herramienta, sobre la rugosidad superficial, en el torneado de las aleaciónes Co-28Cr-6Mo que se usan como biomateriales. El propósito fue recomendar las condiciones de corte óptimas de mecanizado que produzcan rugosidades estandarizados en los implantes biomédicos. El material de estudio se adquirió como barras de ø38 x 6m. De estas barras se confeccionaron probetas de ensayo de Ø30x200 mm. Estas medidas se seleccionaron con el fin de cumplir con el requisito de la norma ISO 3685 y evitar vibraciones. Los ensayos se llevaron a cabo en un torno (CNC) MILLTRONICS modelo ML-16. Las condiciones de corte fueron: Vc = 50, 75 y 100 m/min; A = 0,1, 0,15 y 0,25 mm/rev; P = 0,5, 0,7, 09 mm, R (radio de filo de inserto) = 0,4, 08, 1,2 mm. Las medidas de rugosidad se realizaron utilizando el Rugosímetro MITUTOYO modelo SURFTEST-210. Al final de cada operación de torneado, se tomaran los valores medios de rugosidad de la superficie cilíndrica tomando una distancia de corte de 2,5 mm para las mediciones. Los resultados muestran que para estas aleaciones, los valores más finos de rugosidad no siempre se encuentran con avances pequeños, baja profundidad, y altas velocidades como sucede con los metales. Depende del conjunto integrado de todas las variables donde al igual que los metales, el avance y el radio de filo son las variables más influyentes. El valor mínimo de rugosidad en todos los ensayos fue de: 0,82 μm; se encontró empleando un inserto de radio “R= 0,8 mm, y régimen de corte: [V= 50 m/min; a = 0,1 mm/rev; p = 0,7 mm]. La variable más influyente en la rugosidad es el avance, seguido del radio de filo de corte. Un menor avance disminuye la rugosidad, y lo mismo sucede cuando el radio de filo se incrementa. La velocidad de corte ejerce mayor influencia que la profundidad. No se han conseguido superficies lisas: (Ra < 0,5 mm); pero si, superficies mínimamente ásperas con rugosidades: (0,5 < Ra < 1 μm); estas se presentaron con insertos R = 0,8 y R = 1,2 bajo 6 condiciones de corte distintas. Las superficies moderadamente rugosas: [1,0 y 2,0 μm,] se encontraron en 36 ensayos de un total de 81. Finalmente se encontró que de todos los ensayos ~ el 50 % cumple con los estándares exigidos para los implantes biomédicos respecto a la rugosidad. Se concluye que en muchos casos no es necesario recubrir los implantes para poder usarlos, pueden ser directamente utilizados después de un mecanizado fino.
Estudio comparativo de las propiedades mecánicas en juntas soldadas de acero aisi 1045 utilizando proceso de soldadura por fricción rotativa (frw) y proceso smaw.
(Universidad Nacional de Trujillo, 2018-09) Sanchez Vasquez, Jordy Luis; Alcántara Alza, Víctor Manuel
realizó un estudio comparativo de las propiedades mecánicas d tracción y microdureza en juntas soldadas de acero AISI 1045 utilizando proceso de soldadura por fricción rotativa (FRW) y proceso SMAW. Las muestras se confeccionaron a partir de barras de acero AISI 1045 de diámetro ½”. Se confeccionaron probetas de tracción para ambos tipos de soldadura siguiendo la norma ASTM E8M. Para los ensayos de soldadura por fricción se acoplaron dispositivos de medición de fuerza de forjado y fricción acoplados al torno paralelo MHASA y se siguió el método de impulso directo. Los valores usados como presión de fricción se encontraron dentro del rango: 120-150 psi con tiempos que oscilaron entre 25 s y 60 s. Se utilizó una presión de forjado de 700 psi en un tiempo de 5 s. Los ensayos de soldadura SMAW se realizaron en una máquina HOBARTH aplicando 200V y 190-375 A. El perfil de microdureza se realizo de manera longitudinal y transversal para las muestras sometidas a soldadura rotativa, y perfil longitudinal para el proceso SMAW. Las medidas se tomaron es escala Vickers (HV)0.5. La microscopía se realizó a nivel óptico, utilizando el Microscopio Zeiss 1000X. y observar la microestructura obtenida en ambos procesos. Se encontró que el valor máximo de resistencia mecánica (UTS) usando FRW fue 829 MPa, obtenido con Pf= 150 psi, y Tf = 33 seg. La soldadura (FRW) proporcionan mayor UTS en comparación con los procesos SMAW. La microdureza obtenida usando FRW es mayor con respecto al proceso SMAW. No se ha encontrado ninguna relación entre la máxima resistencia a la tracción UTS y la dureza para ambos tipos de soldadura. Las microestructuras de la soldadura FRW presenta un cordón que muestra dos zonas: La zona de unión o difusión y la zona de deformación. En ambos casos los espesores de la junta son de tamaño micrométrico. El espesor del cordón de la junta soldada FRW varía con la presión de fricción: Para 150 psi, los espesores de la zona de difusión y deformación son ~ 12μm y 38 μm respectivamente, dando un total de 50 μm para todo el cordón. El cordón FRW presenta una estructura de grano fino no muy definida a escala óptica. La microestructura del cordón SMAW presenta una estructura de grano grueso equiaxial ferritico-perlítica de ~ 120 μm de tamaño. Se concluye, que respecto a la resistencia mecánica, dentro de los casos estudiados es más ventajoso usar soldadura FRW. La desventaja se encuentra en la metodología; mostrando una mayor simplicidad el proceso SMAW.
Soldadura por fricción agitación (fsw) aplicado en aleaciones de aluminio 6063 y cobre CuZn30: efectos en la dureza y propiedades mecánicas de tracción
(Universidad Nacional de Trujillo, 2023-10) Leyva Bartolo, Miguel Nícolas; Alcántara Alza, Víctor Manuel
Se investigo, como influyen los parámetros desoldadura por fricción agitación (FSW) efectos en la dureza y propiedades mecánicas de tracción cuando se aplica en juntas de aleaciones símiles y disimiles de aluminio AA6063 y cobre CuZn30. Se utilizaron velocidades como parámetros: velocidades de rotación: 400 - 500 - 600 rpm; velocidad transversal 15 - 20 - 25 mm/min; y como forma de unión: juntas símiles y disímiles. los ensayos de soldadura fueron hechos partiendo de placas de aluminio AA6063 y placas de latón CuZn30, con dimensiones: 300 mm x 100 mm x 3.5 mm, las que fueron soldadas como jutas a tope. A partir de estos cupones se confeccionaron las probetas. Para el ensayo de dureza el durómetro tipo HVS-1000Z, y se hicieron las mediciones a toda la longitud transversal del cordón, y las lecturas se tomaron en escala Rockwell (HRB). Los ensayos de tracción se realizaron en la máquina JINAN TESTING EQUIPMENT IE CORPORATION de 10 Ton de capacidad. Y tanto las probetas como los ensayos se ajustaron a lo estipulado en la norma: ASTM - E8M. Se encontró que para los tres tipos de juntas, los máximos valores de dureza se obtienen con la menor velocidad de rotación (400 rpm) y con las menores velocidades de avance. (15 - 20 mm/min). Estos valores fueron: AA6063/AA6063: 96 HRB; (400 rpm; 20 mm/min); CuZn30/CuZn30: 74HRB (400 rpm; 15 mm/min); AA6063/CuZn30; (400 rpm; 15 mm/min). Los mayores valores de propiedades mecánicas de tracción se obtuvieron a 600 rpm; 15 mm/min. Estos valores son: AA6063/AA6063: UTS= 244 MPa; YS=225 MPa; elongación= 13% ; CuZn30/CuZn30: UTS= 338 MPa; YS=325 MPa; elongación= 21% ; AA6063/CuZn30: UTS= 248 MPa; YS=234 MPa; elongación= 18%. La velocidad de rotación es el parámetro más influyente en el incremento de las propiedades mecánicas de tracción. A mayor velocidad de rotación, se incrementan dichas propiedades. En las juntas de aluminio AA6063/AA6063, la mayor eficiencia de soldeo fue 101 % y la mínima 88.3%, ambas ensayadas con 600 rpm. En las juntas soldadas de latón CuZn30/CuZn30, la probeta la mayor eficiencia de soldeo fue 99.4 % y la mínima 𝜂 = 88.8%. La mayor eficiencia de las juntas símiles, se obtuvieron con 600 rpm y 15 mm/min; es decir, con la mayor velocidad rotacional y la menor velocidad transversal.
Soldadura por Fricción Agitación (FSW), aplicado en juntas de Acero Inoxidable Austenítico 316L y Martensítico/Ferrítico F82H: Efecto en la propiedades mecánicas y microestructura
(Universidad Nacional de Trujillo, 2023-03) Alva Chincha, Pedro Jesús; Alcántara Alza, Víctor Manuel
Se estudió el proceso de soldadura por fricción-agitación (FSW) en dos materiales disimiles: acero inoxidable 316L y acero F82H, usando juntas a tope con la finalidad de observar sus efectos en la microdureza, propiedades mecánicas y microestructura. Se usaron probetas prismáticas de 600x200x4mm3 para medir el perfil de micro dureza. La medición se hizo en la escala Vickers HV0.5 siguiendo la norma ASTM E-92. Se realizaron tres indectaciones por probeta y luego se extrajo el promedio. Para los ensayos de tracción, se fabricaron probetas según norma ASTM E8M. Estos ensayosse realizaron en una Maquina Instron Universal de 10 Tn. Los parámetros de soldeo fueron: Junta M1= F82H (AS) - 316L (RS) ( 300rpm y 75 mm/min); Junta M2 = 316 (AS) – F82H (RS) (300 rpm y 75 mm/min); Junta M3= F82H (AS) - 316L (RS) ( 400rpm y 100 mm/min); Junta M4 =16 (AS) – F82H (RS) (400 rpm y 100 mm/min). Para los ensayos de soldeo se tuvo que acoplar un dispositivo de sujeción de la junta a una fresadora vertical, y la herramienta se inclinó 3° para su mejor desempeño. Se tomaron macrografías a cada muestra, para distinguir las zonas SZ, TMAZ y ZAC. Luego se hizo el ensayo de microscopía a nivel óptico. Se encontró, que con un incremento en la velocidad de rotación y avance de la junta, se produce un incremento de dureza en la junta soldada, independiente de la posición de los materiales disimiles. Los perfiles de micro dureza no son simétricos, aun invirtiendo el orden de ubicación de los materiales; pues la inversión altera la velocidad total de remoción del material, pues una zona va en sentido AS y la otra en sentido RS. Los valores máximos de las propiedades de Tracción (YS, UTS, ε) se presentan en la junta M3 [ F82H (AS) – 316L (RS)]. El Límite de fluencia YS (320 MPa); La máxima resistencia UTS (540 MPa) y máxima elongación “ε” (17%). la mayor eficiencia de soldeo, respecto a la resistencia mecánica se presenta en la muestra M3 (87%). La máxima resistencia al impacto de las jutas (27.5J) se presenta en la muestra M3. La microestructura en la zona (ST) muestra martensita y ferrita, correspondiente al F82H y en la zona 316L, fue de total austenita. Finalmente se concluye que para las condiciones de soldeo establecidas, la muestra M3, es la óptima respecto a la dureza y propiedades mecánicas

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