Evaluación de la resistencia mecánica a la tracción de un compósito TiB2/Al-4%Cu tratado térmicamente a través de la técnica small punch de micropunzado en probeta miniatura

Abstract

Aluminum alloy base composite materials develop physical properties markedly superior to their monolithic matrix, in addition to showing excellent response to heat treatment hardening, which makes them attractive for a wide range of industrial and scientific applications. The present investigation includes the synthesis of a TiB2/Al-4Cu particulate composite with 50 vol.% of reinforcement by liquid infiltration without external pressure of pre-sintered ceramic porous preforms. The binary alloy was manufactured by melting in a vacuum induction furnace. The micro structural characterization of the composite shows an isotropic material, with homogeneously dispersed particles and residual porosity of less than 1%. The density of the composite is 3.708 g/cm3, only 20% higher than the alloy, while the hardness and elastic modulus are approximately 250% and 175% higher, respectively. Heat treatments based on the T6 standard for commercial aluminum alloys were carried out, with the aging time varying from 2 to 10h. The best dispersion and size of precipitates phase ? CuAl2 and impurities of Fe, or the possible ternary phase FeCu2Al7, were found in composites aged at 8h, reducing their properties at 10h of treatment due to overaging effects. In general, the TiB2 reinforcement significantly improves all the mechanical properties of the alloy, especially that of the heat-treated samples, but the treatment effect is discrete in the thermophysical and thermoelectric properties. In this way, the hardness, elastic modulus and tensile strength, measured indirectly by the small punch test SPT, coincided to be greater for 8h of aging, with a preferably ductile-fragile fracture mode. Regarding the electrical resistivity of the compound, it increases with temperature by increasing the movement of atoms in the metal, coupled with the contribution of the ceramic phase whose resistivity increases with the temperature by dispersion of phonons.

Los materiales compósitos base aleaciones de Al poseen propiedades físicas notablemente superiores a su matriz monolítica además de mostrar excelente respuesta al endurecimiento por envejecido, lo que les hace atractivos para gran cantidad de aplicaciones industriales y científicas. La presente investigación comprende la síntesis de un compósito particulado TiB2/Al-4Cu con 50 %volumen de refuerzo, fabricado por infiltración líquida sin presión externa de preformas porosas presinterizadas. La aleación binaria fue fabricada por fundición en horno de inducción al vacío. La caracterización micro estructural del compósito muestra un material isotrópico, con partículas homogéneamente dispersas y porosidad residual <1%. La densidad del compósito es 3.708 g/cm3, 20% mayor que la matriz, mientras que su dureza y módulo elástico lo son en 250% y 175% respectivamente. El compósito se trató térmicamente bajo el estándar T6 para aleaciones comerciales de aluminio, con tiempos de envejecido de 2 a 10h. Se encontró la mejor dispersión y tamaño de precipitados fase ? (CuAl2) e impurezas de Fe, o bien la posible fase ternaria de FeCu2Al7, a 8h de envejecido, reduciendo sus propiedades a las 10h por efectos de sobre envejecido. En general, el TiB2 mejora notablemente todas las propiedades mecánicas de la aleación, especialmente en las muestras envejecidas, más el efecto del tratamiento es discreto en las propiedades termofísicas y termoeléctricas. De esta forma, la dureza, módulo elástico y resistencia a la tracción, medida indirectamente por la técnica de micropunzado de muestras pequeñas small punch test (SPT), coincidió ser mayor para 8h de envejecido, presentando una fractura preferentemente dúctil-frágil. Respecto a la resistividad eléctrica del compósito, ésta aumenta con la temperatura al incrementar el movimiento de los átomos en el metal, aunado a la contribución de la fase cerámica cuya resistividad incrementa con la temperatura por dispersión de fonónes.