Estudio de los parámetros térmicos y estructurales en aleaciones AL–ZN Y ZN–AL solidificadas direccionalmente

Abstract

Los componentes manufacturados de aleaciones de base aluminio ofrecen la ventaja del bajo costo y de una elevada relación esfuerzo/peso comparadas con las aleaciones ferrosas y las aleaciones Zn–Al (ZA) combinan elevado esfuerzo y dureza, buena maquinabilidad con buenas propiedades superficiales. La estructura más común en la solidificación de aleaciones metálicas es la dendrítica, que puede ser columnar o equiaxial siendo también posible la presencia de la estructura de transición columnar a equiaxial, TCE. En el presente trabajo se investigan las correlaciones entre los parámetros térmicos, tamaño de grano, espaciamiento dendrítico y microdureza en muestras solidificadas direccionalmente de aleaciones Al–Zn y Zn–Al y que presentan diferentes tipos de estructuras: columnar, equiaxial y con TCE. Se analiza la correlación entre la velocidad de enfriamiento y el espaciamiento dendrítico en granos columnares y equiaxiales. También, las correlaciones entre el tamaño de grano, el espaciamiento dendrítico y las variaciones de microdureza, como una función tanto de la microestructura como de la carga aplicada en aleaciones solidificadas direccionalmente. Se determinó que: a) el ancho de los granos columnares disminuye con la velocidad de enfriamiento, b) la longitud de los granos columnares puede ser estimada en la región de la transición a partir de la posición de los frentes y del parámetro C que puede ser determinado para cada aleación, c) la densidad de los granos equiaxiales se relaciona linealmente con el gradiente de temperatura, d) el espaciamiento dendrítico secundario se incrementa con el incremento del tiempo de solidificación local, e) los valores de microdureza disminuyen con el incremento de la carga y alcanzan valores constantes a cargas elevadas y f) los valores de microdureza de las aleaciones “as cast” son similares a los valores obtenidos en las zonas equiaxiales de las probetas solidificadas direccionalmente.

Components manufactured from cast aluminum alloys offer the advantages of lower cost and higher strengthto-weight ratios compared to ferrous alloys and Zn-Al (ZA) alloys combine high strength and hardness, good machinability with good bearing properties. The most common structure in solidification of metallic alloys is the dendrite, which can be either columnar, equiaxed or transitional from columnar to equiaxed (CET microstructure). In the present research, we investigated correlations between thermal parameters, grain size, dendritic spacing and microhardness in directional solidified samples of Al-Zn and Zn-Al alloys which present different types of structures: columnar, equiaxed and the CET. We analyzed the correlation between cooling rate and dendritic spacing in columnar and equiaxed grains. Also correlations between grain size and dendritic arm spacing and the variations in microhardness were investigated as a function of both microstructure and load applied in the directionally solidified alloys. We concluded: a) the width of the columnar grains decreases with the cooling rate, b) the columnar length can be estimated within the transition region from the position of the fronts and a parameter C which was determined for each alloy, c) the density of equiaxed grains is linearly related to the temperature gradient, d) the secondary arm spacing increases with an increase of the local solidification time, e) the microhardness values decrease when the load increase and reach almost constant values at higher loads and f) bulk alloys have similar microhardness values to those in the equiaxed zone of the directionally solidified samples.