Efecto de la adición de refinadores de grano (Ti-B) y modificadores de estructura (Na, Sr) en la microestructura y propiedades mecánicas de aleaciones Al-7%Si

Abstract

RESUMEN: En este trabajo se estudió el efecto de la adición del refinador de grano base Ti-B y la adición de modificadores de estructura base Na y Sr sobre la microestructura y propiedades mecánicas de aleaciones Al-7%Si. Las aleaciones Al-Si no presentan excelentes propiedades mecánicas por lo que la resistencia, la ductilidad y dureza de estas aleaciones son mejoradas por la refinación y modificación del eutéctico aluminio-silicio. Los resultados indican que la refinación de grano de la aleación Al-7%Si fue llevada a cabo por inoculación en el metal líquido durante el proceso, con adiciones específicas del refinador de grano Ti-B, disminuyendo notablemente el tamaño de grano hasta un 37% comparado con la aleación sin adiciones del refinador y modificadores. La resistencia a la tensión (UTS) fue mejorada presentando valores de 116 MPa y con una deformación del 7%. Sin embargo, adiciones combinadas del refinador más modificador no presentaron un efecto notable en la refinación del grano obteniendo porcentajes del 12% en la reducción de tamaño de grano y valores UTS de 80 MPa. La adición de los modificadores de estructura provocó que la morfología del silicio eutéctico en forma de placas y/o agujas cambiara a formas de fibras, algas o listones, dependiendo del tipo de modificador utilizado. En todos los casos los valores de UTS son superiores que el obtenido en la aleación sin adiciones, obteniendo valores de 84MPa y 5% de deformación, sin embargo la dureza disminuyó debido a la porosidad encontrada en las piezas y a la modificación en la morfología del silicio eutéctico. Elevadas cantidades de Fierro incrementaron la dureza debido a la formación de la fase β-Al5SiFe, la cual provee dureza pero a su vez fragiliza la aleación. Las curvas DTA indican que la adición del refinador de grano y modificadores de estructura aceleran el proceso de solidificación activando efectivos sitios de nucleación en la aleación Al-7%Si, de 1 a 2 °C por encima de la temperatura eutéctica reportada (T= 577°C, A356), ubicando la temperatura de nucleación inclusive por encima de la temperatura de crecimiento. ABSTRACT: In this work, the effect of the addition of a grain refiner base Ti-B and structure modifiers base Na and Sr was studied on the microstructure and mechanical properties of Al-7%Si alloys. The Al-Si alloys do not present excellent mechanicals properties, the strength, ductility and hardness can be improves for the refining and modification of aluminum-silicon eutectic. The results show that the grain refining of the Al-7%Si alloy was carried by inoculating the melt in the furnace with specific amount of grain refiner Ti-B, a remarkable decrease on grain size was observed, obtaining a 37% reduction in the grain size comparing with the alloy without additions of refiner and modifiers. The tensile strength (UTS) was improved exhibited values of 116MPA and 7% deformation. However, combined additions of refiner and modifier did not exhibit a remarkable effect on the grain size, the reduction of grain was 12% and UTS values was 80MPa. The addition of structure modifiers caused that the eutectic silicon morphology in form of plates and/or needles to change the form of fibers, algae or slats, depending on the type of modifier used. In general the UTS values are higher than the obtained in the alloy without additions, the UTS value was 84MPa and 5% deformation, however the hardness decreased due to the porosity found in the pieces and the modification on the morphology of silicon eutectic. In the case where high amounts of iron were detected, the hardness was increased due to the formation of β(Al, Fe, Si) phase which provides hardness but embrittles the alloy. DTA results show that additions of grain refiner and structure modifiers increased the ratio of solidification process, promoting effective nucleation sites in Al-7%Si alloys. An increase of 1 and 2°C of the eutectic was detected comparing with Al-Si phase diagram (T= 577°C, A356), which indicates that the nucleation temperature is higher than the growth temperature.