Simulación del proceso de tratamiento térmico en aleaciones de aluminio hipoeutécticas A319 y A356 para la aplicación en cabezas de motor

Niño Pérez, Orlando (2016) Simulación del proceso de tratamiento térmico en aleaciones de aluminio hipoeutécticas A319 y A356 para la aplicación en cabezas de motor. Doctorado thesis, Universidad Autónoma de Nuevo León.

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Resumen

La industria automotriz ha dado pauta al desarrollo e innovaci´on en ingenier´ıa de materiales en los ´ultimos a˜nos. Las estrictas regulaciones ambientales y un mercado cada vez m´as exigente en t´erminos de eficiencia y ahorro de combustible, han causado un el dise˜no de los motores de combusti´on interna con geometr´ıas cada vez mas complejas, y que deben desempe˜narse eficientemente bajo condiciones de mayor temperatura y mayores presiones. Las aleaciones de aluminio tradicionales no son capaces de cumplir con los nuevos requerimientos mecánicos sin tener que ser sometidas a un proceso de tratamiento térmico que permita tener el nivel adecuado de propiedades mecánicas y niveles de esfuerzos residuales que no afecten el rendimiento del motor durante su desempeño. El presente trabajo define una metodología para la simulación de tratamiento t´ermico para geometr´ıas de casting complejas, con la que se obtiene una muy buena correlaci´on de propiedades mec´anicas resultantes en el casting y la identificaci´on de las zonas mayor nivel de esfuerzos residuales en el casting. En este trabajo se define la manera en que se debe considerar la simulaci´on del proceso de quenching, donde se considera la posici´on de la pieza a la entrada del ba˜no. Esta condici´on no es tomada en cuenta en las simulaciones reportadas para este tipo de estudios en la literatura, hasta este momento. Para la construcción del modelo de simulación primeramente se definen las propiedades de las aleaciones de estudio (A319 y 356) de acuerdo a la composición química utilizada en experimentación, que presenta algunas variaciones respecto a la composición estándar. Se define el modelo de simulación para geometrías sencillas tipo wedge buscando tener una buena correlación, para después estudiar una geometría compleja de una cabeza de motor. Es importante señalar que en este trabajo se define la metodología para considerar la posición de entrada al baño de quenching que en principio no es posible sin la modificación de la lógica de simulación del software. En este estudio se definen las condiciones de tratamiento térmico que logran el mejor nivel de propiedades mecánicas y se confirmar mediante la simulación. Por medio de la herramienta de magma-optimizaction se utiliza el método inverso para definir el coeficiente de transferencia de calor al que es sometido el casting en la etapa de quenching, esto a partir del registro térmico de la piza por medio de termopares. La metodología definida para la simulación de proceso de quenching de la pieza casting resultó muy apropiada, ya que nos permitió evaluar la evolución de esfuerzos residuales en la pieza casting e identificar las zonas con mayor riesgo de grieta y que deben ser reforzadas en la geometría para incrementar la robustez de la pieza ante los esfuerzos generados. El nivel de correlación obtenido en las simulaciones de tratamiento térmico para las propiedades mecánicas con la metodología definida, fue de un 92% de efectividad contra un error del 8%.

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