Determinación de la porosidad en aleaciones zinc-aluminio empleando el criterio Niyama

Abstract

El criterio de Niyama es un parámetro térmico local de uso muy frecuente en software de modelización de la solidificación de aleaciones y que frecuentemente es utilizado para predecir defectos de porosidad en fundiciones de acero. Estudios adicionales muestran que el criterio de Niyama para determinar macro y micro porosidad también podría ser aplicado a otras aleaciones diferentes a los aceros,como por ejemplo a las aleaciones de aluminio A356 y las de aluminio magnesio AZ91D, aunque no se han encontrado validaciones con datos experimentales. En el presente trabajo se solidificaron unidireccional y horizontalmente aleaciones Zn-Al de diferentes concentraciones (Zn-10%Al, Zn-15%Al, Zn-17,2%Al y Zn-27%Al) empleando una extracción calórica en dos sentidos opuestos. Se analizaron las macroestructuras y microestructuras obtenidas, así como los defectos superficiales, se calcularon los parámetros térmicos de las aleaciones (gradientes de temperatura y velocidades de enfriamiento) a los efectos de calcular los números de Niyama. Se encontró que existen números umbrales críticos a partir de los cuales la macroporosidad es evidente. Además, se modelizaron los números de Niyama utilizando funciones de tipo Lorentzianas negativas.

The Niyama criterion is a local thermal parameter very commonly used in the solidification modeling software of alloys and which is often used to predict porosity defects in steel foundries. Additional studies show that the Niyama criterion for determining macro and micro porosity could also be applied to other alloys than steels, such as the A356 aluminum alloy and AZ91D magnesium aluminum alloy, but no have found experimental data validations. In this paper, Zn-Al alloys at different concentrations (Zn-10% Al, Zn-15% Al, Zn17,2% Al and Zn-27% Al) were unidirectional solidified using a heat extraction in two opposite directions. For the purpose of calculating the Niyama numbers we analyzed the macrostructures and microstructures, surface defects, and calculated the thermal parameters of the alloys (temperature gradients and cooling rates). It was found that exist critical thresholds numbers from which the macroporosity is evident. In addition, Niyama numbers were modeled using functions type negative Lorentzian.