Estudio del comportamiento a fatiga a bajo ciclo de las aleaciones de aluminio hipoeutécticas

Aguilar Navarro, Jorge Alberto (2021) Estudio del comportamiento a fatiga a bajo ciclo de las aleaciones de aluminio hipoeutécticas. Doctorado thesis, Universidad Autónoma de Nuevo León.

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Resumen

Este trabajo de investigación presenta la caracterización de las propiedades mecánicas estáticas y dinámicas, así como del efecto Bauschinger de las aleaciones hipoeutécticas A319 T7, A356 T6 y A356+0.5Cu T6. Lo cual, permitió establecer, como aportación científica, nuevas teorías sobre el comportamiento de los mecanismos de endurecimiento, en el campo plástico, como la mutua determinación de los parámetros microestructurales y de las propiedades mecánicas de dichas aleaciones y, a su vez, con los parámetros del proceso de fundición, y viceversa. Que, a su vez, por distinción analógica, permitió hacer predicciones e inferencias con mayor precisión sobre el comportamiento a fatiga a bajo ciclo de componentes automotrices, como, por ejemplo, la cabeza de cilindros, siendo esta la aportación tecnológica del estudio. De tal manera que, dichas aleaciones presentaron un modelo de endurecimiento cinemático a isotrópico, es decir, presentaron un ablandamiento permanente, en el primer ciclo de histéresis, pasando por un endurecimiento cíclico estable, en tanto que cercano a la fractura por fatiga, presentaron un ablandamiento cíclico. A través de la fractografía, se determinó que los defectos inherentes al proceso de vaciado, como, por ejemplo, la porosidad cercana a la superficie y de mayor tamaño, dominaron el fenómeno de nucleación; se observó también estrías por fatiga, así como partículas dañadas, agrietadas y desprendidas. Por otra parte, el fenómeno de propagación de la grieta, devino por la coalescencia de microgrietas, a través de regiones con mayor densidad de defectos y partículas quebradizas, hasta crecer a grietas de tamaño macroscópico y, por último, presentando un modo de fractura dúctil de coalescencia, es decir, la unión e interacción entre microporos, aceleró la fractura. Lo cual, permitió demostrar que la naturaleza de las partículas de mayor presencia, en el primer ciclo de histéresis, determinó el comportamiento del efecto Bauschinger de las aleaciones A319 T7, A356 T6 y A356+0.5Cu T6, disminuyendo dicho fenómeno a medida que aumentó la deformación plástica y, a su vez, ajustándose a un comportamiento tipo Masing. Abstract This research work presents the characterization of the static and dynamic mechanical properties, as well as the Bauschinger effect of the hypoeutectic alloys A319 T7, A356 T6 and A356+0.5Cu T6. This allowed establishing, as a scientific contribution, new theories about the behavior of the hardening mechanisms in the plastic field, such as the mutual determination of the microstructural parameters and the mechanical properties of said alloys and, in turn, with the parameters of the casting process, and vice versa. Which, in turn, by analogical distinction, allowed making predictions and inferences with greater precision about the fatigue behavior at low cycle of automotive components, such as, for example, the cylinder head, this being the technological contribution of the study. In such a way that, said alloys presented a kinematic to isotropic hardening model, that is, they presented a permanent softening, in the first hysteresis cycle, passing through a stable cyclic hardening, while close to fatigue fracture, they presented a cyclical softening. Through fractography, it was determined that the defects inherent to the casting process, such as, for example, porosity close to the surface and of greater size, dominated the nucleation phenomenon; fatigue striations were also observed, as well as damaged, cracked and detached particles. On the other hand, the crack propagation phenomenon was caused by the coalescence of microcracks, through regions with a higher density of defects and brittle particles, until they grew into macroscopic cracks and, finally, presenting a ductile fracture mode Coalescence, that is, the union and interaction between micropores, accelerated the fracture. This made it possible to demonstrate that the nature of the particles with the highest presence, in the first hysteresis cycle, determined the behavior of the Bauschinger effect of the alloys A319 T7, A356 T6 and A356+0.5Cu T6, decreasing this phenomenon as it increased plastic deformation and, in turn, adjusting to a Masing-type behavior.

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