efecto del procesado por extrusión en canal angular constante (ecap)

276 Pages·2008·46.05 MB·Spanish

UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID

FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS
Departamento de Física de Materiales

EFECTO DEL PROCESADO POR EXTRUSIÓN EN
CANAL ANGULAR CONSTANTE (ECAP) EN LA
MICROESTRUCTURA Y LAS PROPIEDADES
MECÁNICAS DE DOS ALEACIONES DE ALUMINIO:
AL 7075 Y AL-7%SI

MEMORIA PARA OPTAR AL GRADO DE DOCTOR
PRESENTADA POR

Juan María García de la Infanta Belío

Bajo la dirección del doctor
Fernando Carreño Gorostiaga

Madrid, 2009

• ISBN: 978-84-669-3206-6 ©Juan Mª Garcia de la Infanta Belío, 2008
UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID
FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS
DEPARTAMENTO DE FÍSICA DE MATERIALES

EFECTO DEL PROCESADO POR EXTRUSIÓN
EN CANAL ANGULAR CONSTANTE (ECAP) EN LA
MICROESTRUCTURA Y LAS PROPIEDADES MECÁNICAS
DE DOS ALEACIONES DE ALUMINIO: Al 7075 Y Al-7%Si

Tesis Doctoral
JUAN MARÍA GARCÍA DE LA INFANTA BELÍO

Director:
FERNANDO CARREÑO GOROSTIAGA

DEPARTAMENTO DE METALURGIA FÍSICA
CENTRO NACIONAL DE INVESTIGACIONES METALÚRGICAS
CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS
Marzo 2008

A mis padres:
Juan María y Nuria

Agradecimientos
Cuando comencé esta etapa de mi carrera en Mayo de 2004, no podía saber lo
creativo, enriquecedor, y a la vez difícil y a veces frustrante que es este trabajo. Han sido
cuatro años de continuo aprendizaje a través de los libros y de la experimentación; pero
sobre todo de la gente que me ha rodeado durante todo este tiempo. Han sido muchas las
personas que me han ayudado durante el desarrollo del trabajo, y quiero mostrarles mi
agradecimiento a todos ellos en las siguientes líneas.
En primer lugar le agradezco a mi Director de Tesis, el Dr. Fernando Carreño
Gorostiaga, sus enseñanzas sobre el comportamiento mecánico de materiales, confianza
en mi capacidad, apoyo incondicional y ánimo inquebrantable. Ha sabido motivarme en
momentos difíciles, me ha enseñado a pensar y ha potenciado mi curiosidad por el
comportamiento de la naturaleza, una cualidad esencial en una mente científica.
Al Prof. Óscar Ruano Mariño le agradezco el interés mostrado durante todo este
tiempo, su ayuda con la discusión del trabajo y su esfuerzo durante la revisión de la Tesis.
Además, con su conocimiento, generosidad, entusiasmo y visión optimista me ha dado
una valiosa lección que recordaré cada vez que afronte un problema nuevo durante mi
carrera.
Agradezco al Prof. Terry R. McNelley su interés y dedicación durante las estancias
realizadas en la Naval Postgraduate School de Monterey. Las valiosas discusiones y
valoraciones positivas han contribuido a la consecución del presente trabajo. En
Monterey también tuve la oportunidad de trabajar con el Dr. Srinivasan Swaminathan, a
quien estoy agradecido por enseñarme el valor de la paciencia, sobre todo de la suya…, y
a quien me une una bonita amistad. Además, no puedo olvidarme de Susan, Sarita, Nancy
y Joseph, que han hecho de mis viajes a Monterey dos veranos inolvidables.
Al Dr. Alexander Zhilyaev le agradezco las palabras de ánimo y los consejos
durante todo este tiempo, en particular sobre la técnica EBSD. Además, le agradezco que
me animase a probar la técnica HPT, que sin duda ha enriquecido mi conocimiento sobre
procesados por deformación plástica severa.
A los Prof. Edgar Rauch y Jean-Jacques Blandin por su acogida en L’Ecole
Nationale Supérieure de Physique de Grenoble y por proporcionarme la oportunidad de
utilizar sus equipos de ECAP y ACOM-TEM para el procesado y análisis
microestructural de muestras de la aleación Al 7075.
A aquellos que me han ayudado en el departamento de Metalurgia Física del
CENIM con diferentes problemas y técnicas experimentales. A la Profra. Paloma Adeva
por su inestimable ayuda con la microscopía electrónica y sus palabras de ánimo durante
todo este tiempo. Al Dr. Jorge del Valle por sus consejos desinteresados sobre multitud
de temas, sobre todo en el aprendizaje de los ensayos mecánicos. Al Dr. José Antonio
Jiménez por su ayuda con la difracción de rayos X. A la Dra. Teresa Pérez-Prado por su
apoyo y por animarme a realizar estancias en el extranjero. A la Dra. Marta Pozuelo, a
quien espero ver pronto al otro lado del charco.
A las demás personas del CENIM que me han ayudado en diversas tareas: un
recuerdo para Fernando Federico González, quien realizó las coladas de la aleación Al-
7%Si; a Jesús Chao, Carmen Peña y Rosario Parra, quienes me asistieron en el procesado
de algunas muestras por ECAP; a Víctor López y María Jesús Bartolomé por sus consejos
sobre la preparación metalográfica; Pablo González y Alfonso García por enseñarme el
manejo de los microscopios electrónicos; César Moreno por las medidas de difracción de
rayos X y las agradables conversaciones.
Un recuerdo para los becarios con los que he coincidido durante estos años. Quiero
empezar por Luis Miguel Requejo, compañero de clase y de frontón, quien en su día me
habló de la posibilidad de realizar la Tesis en el CENIM. A mis compis de despacho,
Carmen Cepeda y Paloma Hidalgo, con quienes he compartido muchas horas de trabajo,
buenos y malos momentos y muchas risas, deciros que ha sido un placer y, Paloma, ya
tengo ganas de leer los agradecimientos de tu Tesis, ánimo. Al resto de los chicos/as:
Javi, Silvia, Gerardo, Iván, Sergio, Marta, Elvira, Marcos, Juan Pablo, etc.
Aunque parezca lo contrario, no me he olvidado del apoyo de mis amigos durante
este tiempo, sobre todo durante los últimos meses. A mi tribu, cuyo nombre no se puede
escribir aquí por razones obvias, gracias de todo corazón. Sari, Nuria, Carmen, María,
Ana, Sara, Belén, Leticia, Laura, Chema, Luís, Javi, José, Alberto, Carlos y Nacho, a ver
si volvemos al parque y a San Juan donde tan buenos momentos hemos pasado…
A ti Paco, te devuelvo el párrafo que me dedicaste en tu Tesis. Eres un gran amigo
con el que seguiré compartiendo alegrías, penas, risas, cañas (muchas), fútbol (en la Play
Station N), conciertos y muchas cosas más. Gracias por tu apoyo!
A mi familia que me lo ha dado todo. A mi Padre, Juan María, que se aseguró de
dejarme los consejos que mejor están guiando mi vida, espero que estés orgulloso. A mi
Madre, Nuria, por todos los sacrificios realizados y los malos ratos que ha pasado para
que yo pudiese llegar hasta aquí. A mi hermana, Coca, por la confianza y el apoyo que
me muestra todos los días.
Por último, un recuerdo especial para Ester, la persona que más ha “sufrido” esta
Tesis después de mi mismo. Gracias por todo el apoyo, la fe y buenas palabras que me
has regalado desde que te conozco. Me has demostrado que los sacrificios que hemos
hecho y los que nos quedan merecen la pena. Ánimo guapa, ya no queda nada.
Tabla de contenidos

i
Tabla de contenidos
Lista de siglas.........................................................................................................vi
Lista de símbolos..................................................................................................vii
Lista de figuras.......................................................................................................ix
Lista de tablas.....................................................................................................xvii
1 Introducción.......................................................................................................1
1.1 Motivación y objetivos................................................................................3
1.2 Aportaciones originales...............................................................................7
1.3 Organización del trabajo..............................................................................7
2 Fundamentos teóricos......................................................................................13
2.1 Procesado por deformación plástica severa...............................................13
2.1.1 Evolución microestructural durante SPD.........................................13
2.1.1.1 Afino de grano........................................................................14
2.1.1.2 Homogeneización de distribuciones de partículas..................18
2.1.2 Propiedades mecánicas a temperatura ambiente...............................19
2.1.3 Comportamiento a alta temperatura..................................................20
2.1.3.1 Mecanismos de fluencia a alta temperatura............................21
2.1.3.1.1 Fluencia viscosa (n=1)....................................................23
Fluencia difusional.............................................................23
Harper-Dorn.......................................................................23
2.1.3.1.2 Deslizamiento de fronteras de grano (DFG) (n=2).........23
2.1.3.1.3 Fluencia por movimiento de dislocaciones.....................24
“Solute drag” (n=3)............................................................26
Fluencia controlada por trepado (n=5)...............................27
2.1.3.2 Comportamiento de materiales SPD.......................................29
2.1.4 Aleaciones Al 7075 y Al-7%Si por ECAP hasta la fecha................33
2.1.4.1 Al 7075....................................................................................33
2.1.4.2 Al-7%Si...................................................................................33
2.2 Aspectos geométricos de ECAP y HPT.....................................................34
2.2.1 Cizalla simple en una pasada de ECAP............................................34
2.2.2 Variables de procesado por ECAP....................................................37
2.2.2.1 Ángulo de intersección 2φ......................................................37
2.2.2.2 Ángulo de alivio 2ψ................................................................38
2.2.2.3 Rutas de procesado por ECAP................................................39