Trabajo presentado en el Concurso Pre-Ingeniería 2019.

La aleación de Magnesio AZ31 ha presentado en el último tiempo un fuerte crecimiento en sus aplicaciones en elementos estructurales, asociada a su buena relación resistencia peso. El Procesamiento por Fricción Agitación (FSP) es un proceso de deformación plástica severa (SPD) local que ha encontrado numerosas aplicaciones en relación al conformado superplástico (SPF). En el presente trabajo se estudió el procesamiento mediante fricción-agitación de una aleación AZ31 en condición “como fundida”, utilizando diferentes configuraciones: una de simple pasada, tres configuraciones de doble pasada (con superposición total) y una mediante bobbin tool. Las muestras procesadas se caracterizaron macro y microestructuralmente. Se analizó la estabilidad térmica de la estructura refinada obtenida mediante FSP. A este fin se sometió a muestras de material procesado a tratamientos térmicos isotérmicos a temperaturas entre 300 y 450°C y a tiempos de permanencia de entre 2 y 60 minutos. Se obtuvieron mapas de microdureza y se realizaron ensayos de tracción en caliente a diferentes temperaturas (Tamb, 350, 400, 450 y 500°C) y velocidades de deformación (10-2, 5.10-3, 10-3, 5.10-4 y 10-4 s-1) de probetas con diferentes condiciones de procesamiento. Se analizó la microestructura y las superficies de fractura de algunas de las muestras luego del ensayo de tracción mediante microscopía electrónica de barrido (SEM). Se realizaron estudios preliminares de textura mediante difracción de rayos X.
Como consecuencia de la aplicación del FSP se logra un fuerte refinamiento de grano. Los tamaños de grano de las muestras luego del procesamiento son similares para las distintas condiciones de procesamiento, variando entre 3 y 4 μm. A partir de los 300°C con 60 minutos de permanencia, la estabilidad térmica de la microestructura refinada obtenida se pierde, presentando en las zonas cercanas a la base del pin crecimiento anormal de grano (AGG). Se observó que para una misma condición de procesamiento y configuración la estabilidad térmica es variable a lo largo del cordón, resultando más estable en general en el comienzo del cordón, no observándose variación de la textura entre el inicio y el final del cordón. Tampoco se observaron variaciones significativas de la morfología de la segunda fase Mg17Al12. El modelo numérico térmico implementado mediante elementos finitos mostró un leve aumento de la temperatura hacia la parte final del cordón. A partir de los mapas de microdureza se concluyó que el principal mecanismo de endurecimiento se debe al tamaño de grano, obteniendo una buena correlación con el modelo de Hall-Petch. En los ensayos de tracción en caliente se obtuvieron deformaciones a rotura de hasta 200%, consistentes con la limitada estabilidad térmica observada. Las deformaciones a rotura del material procesado son algo superiores a la del material base pero mucho menores de las reportadas para AZ31 procesado por FSP en condición de laminado o extruido. En las muestras de material base el mecanismo principal de deformación es el de deslizamiento y trepado de dislocaciones. Para el material procesado por partir de un tamaño de grano menor presenta además alguna contribución de deslizamiento de bordes de grano. Entre las futuras líneas de trabajo se plantea la posibilidad de profundizar en el análisis mediante EBSD las características de los bordes de granos y la textura. Asimismo, se propone analizar la estabilidad térmica con pasadas de procesamiento que presenten superposiciones parciales de refinamiento, de modo de disminuir el gradiente de tamaño de grano.