REVISTA ~,tEXICANA DE FÍSICA 45 SllPI,EI\IENTO l. 114-1 ~7 JUNIO [999

Cambios en la microestructura durante la laminación en caliente de la aleaciónZn-21AI-2Cu con estructura de colada

1. Negrete, A, Torres, L Narváez y J, ZamoraInstituto de Metalul!<ia, Universidad Autónoma de Sall Luis Potos(

A~',Sil'1"ftlLeolla550, Col. Lomas 20. Sección, Sall Luis PotosÍ, s.L.P. Mexico

G. Torres-VillaseñorInstituto de Investigaciones en Materiales, Universidad Nacional Autónoma de México

Ciudad Universitaria. Mexico

Recihido el 4 de m<lrz.ode 199R: <lceptado el 29 de mayo de 1998

Se llevaron a caho pruch<ls de laminación en caliente en I<lale<lción Zn.2IAI-2Cu con estructura de colada continua con el propósito deestahlecer los parámetros del proceso. dar seguimiento a la evolución dc 1<1estructura del m<lterial durante I<ldeformación asoci<lda y analizarlos mecanismos que operan durante el conformado. La laminación se reali/.ó a temperaturas por encima y por dehajo de la temperaturaeutectoide del sistema Zn.AI (275°C) con el fm de analizar la influencia del camhio de fase. Los resultados ohtenidos permiten definirI<lscondiciones de temperatura. velocidad de deformación y cantidad dc deformación porpaso requeridos para obtener lámina de excelentecalidad. La estructura de colada esta compuesta por 3 constituyentes que son; fase (\' primaria, colonias de laminillas de fases O: + 11-descomposición química muy cercana a la composición elltectoide- y un constituyente de características eutécticas formado por la fase T}

rica en zinc y predpitados de fase O: rica en aluminio. Las ohservaciones de la microestructura muestran la gran dificultad para eliminar laestructura de colada. ya que aun con deformacioncs verdaderas mayores quc 300% sc tienen vestigios de la estructura de solidificación.

Descril)IOf"l'S: Transformadones de fase; aleaciones Zn-AI-Cu: trahajado mecánico

In ordcr lo establish the process parameters for hot rolling 01" Zn-21AI.2Cu aHoyo roHing tests were performed at temperatures ahove andbclm •...Ihe eutectoid tcmperature of the Zn-AI syslcm. the main goal was to ohserve Ihe microstructurc evolution during dcformation andanalyze the mech,lllisms taking: place during rolling process. The results allow to define the temperature. strain rate and the rcduction in cachpass in order to get sheet of high quality. The as cast structurc is formcd hy 3 constituents: primary o phase. colonies of n +'1 phases andan intcrdendritic constilllent formed by 11phase and n phase precipitatcs. It is very difficult to climinatc lhe as cast microstructure cven with

(rue deformations bigger than 300%.

Kl'ywonl.c Phase transfonnations; Zn.Al-Cu alloys: Illechanical working

PAes: R1.05.-1: R1.30.-1: R1.20.lIy

I. Introducción

Las aleaciones l.inc-aluminio-cohre con composición quími-ca alrededor del punto eutectoide del sistema hinario Zn-AIhan demostrado gran facilidad para adaptarse a procesos deconformado mecánico tradicionales como la extrusión, la la-minación y la forja entre otros [1-31. En el caso de los pro.duetos laminados el mercado potencial es muy prometedorpor lo que se ha diseilado un programa extenso para detenni-nar los panímctros adecuados del proceso así como la influen-cia de las diversas variahles que intervienen. Como parte deeste programa. el presente trahajo pretende analifar la evolu-ción de la microestructura del material durante las diferentesetapas de la laminaci6n. I~as aleaciones ziIH.;.alulllinio-C<lhre<.:oncomposición química alrededor del punto elltectoide delsistema hinario Zn-AI pueden presentar 4 diferentes tipos demicroestructura según la historia térmica [21. La presenciadel cohre en la aleación provoca la apariciónde 2 fases adi-cionales que son: f y T' [41. Dehido a lo extenso del programase decidió acotar el trahajo a solamente un tipo de microes-

tructllra de las 4 posihles variedades que se pueden inducir enel material, la microestruclura seleccionada fue la de coladacontinua.

2. Trahajo experimental

A partir oe metales puros se preparó en un horno de inducciónla aleación con ulla composición química de 779'(1 en peso definc, 21 (X) en peso de aluminio y 2% en peso de cohre. Unave/. fundido el malerial se procedió a solidificarlo mediantecolada continua para ohtener prohctas para laminación cuyasdimensiones fueron; 100 mm de largo. 5 mm de espesor y15 mm de ancho, La lamina<.:iónse reali/.ó a 3 diferentes tem-peraluras 300°C, 2~'WOCy 220°C esto es ligeramente encimay ahajo de la temperatura de Iransfonnación eutectoide. Lavelocidad de deformación utilizada se uhicó en el rango de4 a 20 s-l y la cantidad de deformación por paso entre 20Sf,.y 50%. A medida que el espesor de la muestra laminada erareducido, se tomaron muestras con diferente grado de defor-mación, las cuales fueron sometidas a análisis por difracción

CAr-.1H[OSEt\ LA ,'llCROESTRUCTURA DURANTE LA I.A\llNAC[()N EN e ALIENTE DE L:\ ALEAC]<lN ZN-2 J AL.2CU. 135

DRX Laminación a 300°C

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% de DelonnlelÓII

FI(,Uf{,\ l. R.esultados dc las mediciones de microdureza. observ,lCión dc la mic[Ocslrlll.:lura y dífracciún de rayos X en la aleación Zn.21 Al-2Cu L!minad;l a .100".

dl~rayos X. medición dc rnic.:rodureza y ohservación en el mi.LToscorio elcclrónico de harrido con el fin de estahlecer loscall1hi{)sen la microestructuf<l.

3. Resultados)' discusión

J.I. Laminaci<ln a Jl)()OC

aUlOres 1<1consideran una fase nucva [6]. A medida que ocu-rre la deformación. esla reflexión se corre hacia ángulos mc-nores, dando lugar a la aparición de una doble reflcxión, unade las cuales es la reflexión (0002) de la fase '1 no saturadacon cobre y la otra. es la misma rellexi6n pero para el rema-nelllC de la fase /1saturada con cobrc. Adcmás se observa laformaci6n de E dehido a que se desaloja de la fase 1) el cobredisllello.

En la Pig. 1 se presentan de manera global los resultados delas pruebas de Illicrodurel.a Vickers, difracción de rayos X y()h~L'TVacióllde la microestruclura llevadas a cabo en elmate-rial laminado a 300°C. Puede ohservarse que la microdurezaticlle poca variaci6n con la cantidad de deformación y que seuhica en el rango más alto rcportado para esta aleación 15].En relación a las microcstructuras, es notoria la rápiJa ao~son:iúnJe la fase o primaria (ohscur<l) y la más lenta t1eSJ-parición del constiluyentc inlerdcndrítico (olanco). La matrizestá compuesta principalmelllc por laminillas de fases (l + '1que se generan durante el enfriamiento de la lámina al ocurrirla transformación cutcctoide ¡j --+ (1 + 1} a los 275°C. En lospasos IInales de lalllinaciún, la eslructura de la matriz es másgranular ya que pm lo delgado de la L.Ímina,el cnfriamiento(ICUITem¡ísrürido yen lugar de laminillas se forman gránulosde n + '1. En relación a los resultados de la difracción de ra-yos X, se observa que inicialmente se encuentran retlexioncsque correspondell a las fases I}, n y E, aunquc las reflexionesde csla lí1tilll<lsolo se percihen ligeramente. Además el pico(OOO}) de la fase // sc encucntra en un ángulo de difracciúnmayor porque se encuentra sohresaturada con cobre. Olros

3.2. Laminadón a 2XnoC

En la Fig. 2 se presentan los resultados para el matcriallami-nado a 2~()°C. Ilay una notoria disminución de la dureza con-formc se aplica la deformación. Este ablandamiento es pro.vocado por la l'oalescencia o engrosamiento de los constitu-yentes que no logran transformarse durante el calcntamienlohasta la temreratura de trahajo. Las microestructuras corres.pondicllles lIlucstran con claridad como la fase (l primaria yel constilUyente inlcrdcndrítico no son absorbidos por la ma~tril. pnlv(lcando la formación de una estructura bandeada. Losan.íIisis de rayos X muestran que los constiluyentes de la es-tructura (o, '/ y E) ,e orientan prcferencialmcnte,col1lo pueJescr ohservado en la Fig. 2. En esta tcmperalura al igual que a300°C no se observa la fase T' .

3.3. Laminadc)1I a 22()OC

En la Fig. 3 se preselltan los resultados para el materiallami-nado a 22()0C. La disminución de la dureza es m{L,pronun-ciada y es evidente el engrosamiento de las colonias tle per-

Rel; Mt'x. Fú. 45 SI (1999) 134-1.17

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FII, URA 2. Rc"ull;ldos dI.:'la" mediciones dc microdurcza. obscrvat:i\'lll de la rnit:loc"'(fllclura y difracción de rayos X en la nleación Zn-21 Al.

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% d. ddonn.clón

Fl(jUR,\ J, RC"1I11adosdc las mediciones dc microdureza. obscrv.K'jún dc la mi(T(lCSlrUl'lura y difracción de rayos X en la aleación Zn-2IAI-2Cu laminaL1a a 220" .

lita conforme procede la deformación, esto ocurre pon.luc du-rante el'calentamiento no hay transformación a la fase (3, delal manera que los constituyenlcs de la estructura solamenteincrementan de tamaño. Esto mismo provoca que la durezavaya disminuyendo progrcsivamcnte con la deformación. Lo

mismo ocurre con el matcrial laminado a 280°C. aunque enmenor graJo, ya que en cste caso hay transformación parcial.Los ;udlisis por rayos X mucstran la prcsencia dc fasc T' con-firmando que el trahajado mecánico a temperaturas mcnoresa la elllecloide favorece su formación 12].

Rel'. Mex. Fí.\". 015 SI (1999) 134-137

CA~1BI()S EN LA t\.lICKOESTRUCTllRA l)llRANTE LA LA~lINAClÚN EN CALIENTE DE LA ALEACIÓN ZN-21AL-2eu. 137

4. Conclusiones

l. La estructura de ('olada de la aleaci6n ClIlcc(oidc ZIl-

21AI-2Cu puede ser laminada en caliente sin limita-ci()(les siempre que la temperatura eSlé por e!lcima tiC'

los 22()cC.

'") La homogeneización dc la estructura de colada se fa-cilita con el incremento en la lemperatura de laminadoaunque !lO se alcan/ó a destruir totalmente.

3. La deformación pl:ística impartida durante la lamina-ción tic la alcaci6n ocurre por dc:-.lizamicllto de planos,H()micos. lo cual se manifiesta por el alargamiellto delas fases que componen la microcstrUl:lura.

-l. La difracción tic rayos X Illuestra que durante la dc-

L J. !\'cgrete. L. ValJé~y G. Torrc~ Villascñor. HC'I'. ,t/l'.\. ¡:tl. JI(19R5) 4R9

1. J. Negrete, A. Torres y G. Torre~- Vilbseñor. M/'lIIoritlS /)I'! XXGlIIgrc.\"Odi' la Actltlemi(/ Naclollal dl'/lIgl'IlÍl'''Ú¡ (1\1\1) (199:'1)2-l-l.

J. J. Negrete and G. Torres VillJseñor. Malt'l: (///{I Mmlllf 1'1"11('.

formación pl;:íslica y por efecto tic] calentamicnto, seprovoca la rorlll<:H:iónde las fases E o T'. dcpendielll.lodI.:'la temperatura. La J;¡se é se forma en temperaturassuperiores a la eutectoide mientras que la fase T' SI.:'forma en tcmperaturas inferiores a dicha temperatura.

5. La 1aminal'i(ín ;¡ temperaturas inferiores a la eutectoidepro\"OC;¡orientación preferencial en la estructura.

Agradeci mientos

El presenle lrahajo se realizó con el apoyo del CONACyTal proyecto 120RP-A. El fondo de apoyo a b investigaciónen la U,\SLP (FAI) y dentro del convenio de colahoraciónaC;lllémica UNAi\l-UASLP.

](] (1995) 7H5

--l. S. Murphy. 1. Ml'l(1/1kllfu/c 71 (1980) 96.

S. 1. i\:eg:rc[e. A. Torres. ami G. Torres Villnscñor. 1. o/ ,\1afer. Se.Ll'ftcr.I, 1--1(1995) 1{JJ2.

n, Y.11. Zhu and 11.e. ~1an. Mal{'/' alld A-Ia!ll!f. Proc. 12(997)11-l9.

Re!'. Ml'.r. Fú. 45 SI (1999) 134-))7