Magíster en Ciencias de la Ingeniería Mención Mecánica / Ingeniero Civil Mecánico / El efecto de superelasticidad y memoria de forma presentada por las aleaciones con memoria de forma está relacionado con una transformación martensítica inducida por esfuerzo. Por otro parte, la aleación utilizada Cu-11,8%p.Al-0,5%p.Be policristalina (producida por Trefimetaux, Francia), la cual presenta un comportamiento superelástico a temperatura ambiente, se ha observado que tal comportamiento se extiende hasta aproximadamente 3-4% de elongación, para deformaciones mayores, en el llamado rango post-superelástico (RPSE) se tiene, al retirar la carga, martensita retenida y deformaciones permanentes. El objetivo general de esta tesis es estudiar el mecanismo microestructural que controla el amortiguamiento interno en el rango post-superelástico de esta aleación, sometida a tracción cíclica a temperatura ambiente. Se emplearon unas muestras cilíndricas de 3,5 mm de diámetro y probetas planas de 3 mm de espesor. Con estas se realizaron ensayos de tracción (carga-descarga), hasta distintas deformaciones (ε_i^m= 0 - 13,9 %) a temperatura ambiente y a dos velocidades de deformación de 2,5 mm/min y 10 mm/min. Para las cilíndricas durante los ensayos se midió la temperatura superficial de las probetas, Tp. Se determinaron curvas esfuerzo-deformación σ-ε y temperatura-deformación Tp-ε para un único ciclo de carga-descarga por probeta. Mientras que paras las planas durante los ensayos se tomaron micrografías in-situ. A muestras deformadas se les aplicó metalografía óptica. En las curvas σ-ε se observaron los habituales rangos para estas aleaciones: elástico, superelástico, y post-superelástico. De esas curvas, se determinaron los siguientes valores de propiedades, valores que en general son concordantes con resultados previos: módulo de Young E= 80,4 GPa, esfuerzo de transformación σ_T = 258 MPa, y esfuerzo de fractura σ_UTS= 858 MPa para una elongación de 13,9%, aproximadamente. Se estableció que la deformación asociada al inicio del RPSE corresponde a ε_LSE= 4,16%, aproximadamente a 440 [MPa]. El análisis metalográfico reveló que las probetas deformadas en el RPSE presentaron martensita retenida en una matriz de austenita. Así, al aumentar la deformación impuesta, se verificó que, después de descargar, la fracción en volumen de la austenita (fvA) es decreciente y la de martensita retenida (fvM) es creciente. La nanoindentación reflejó que la martensita tiene un módulo elástico y dureza inferiores a los de la austenita, lo que se traduce en un comportamiento más dúctil que ésta última, lo que sirve para explicar varios fenómenos observados en la fractura. También se observó que el amortiguamiento interno aumenta con la ε_i^m en el RPSE, hasta llegar a un máximo a mediados de este rango. Esto se puede explicar porque, a mayor ε_i^m habrá más martensita y menos austenita, lo que reflejaría una gran influencia en el amortiguamiento interno, dada por la recuperación desde martensita reversible a austenita. Sin embargo, gracias a las observaciones in-situ en muestras cargadas con esfuerzos fue posible observar que siempre se mantiene un 30% de martensita reversible, lo que explicaría la existencia de amortiguamiento interno hasta niveles de 14% de deformación.

Ingeniera Civil Mecánica / Las aleaciones ternarias Cu-Al-Ni, presentan en el extremo rico en Cu, una solución sólida α de estructura fcc, donde el Al y Ni ocupan posiciones de sustitución. Es sabido que las aleaciones Cu-Al-Ni de estructura inicial fase α, no necesariamente al equilibrio, endurecen por recocido. Durante el desarrollo de esta investigación, año 1994, al revisar la literatura, se encuentra que la mayor parte de las investigaciones originales, respecto al endurecimiento por recocido de las aleaciones Cu-Al-Ni, son previas al año 1950, sin el uso de Microscopía Electrónica de Transmisión (TEM), sino basadas principalmente en análisis por Microscopía Óptica. Una investigación (CANMET, 1977), utiliza Microscopía Óptica, Extracción Química y Microsonda Electrónica. La motivación de este trabajo, es estudiar el endurecimiento por recocido de tres aleaciones ternarias Cu-xAl-xNi, con x = 3, 5 y 7% at., de estructura inicial monofásica α, con técnicas de análisis por Microdureza Vickers (100 g), Microscopía Óptica, agregando la técnica de Microscopía Electrónica de Transmisión TEM. Particularmente, en este trabajo, es de interés verificar si tal endurecimiento se debe principalmente a precipitado de una o más fases, precipitado de partículas finas Ni3Al o precipitado de NiAl, entre otros posibles mecanismos. Debido al tamaño de los precipitados que se trate, la técnica de TEM es aquí realmente necesaria para correlacionar las propiedades y microestructura. Mediante observaciones de TEM sobre la muestra, la Imagen obtenida, permite buscar defectos cristalográficos, como dislocaciones y su comportamiento, y con el Diagrama Difracción de electrones, realizar el análisis radiocristalográfico para identificar las distintas fases cristalinas presentes en la muestra, comparando el Diagrama de la muestra con los Diagramas Patrón clasificados sistémicamente en el atlas publicado por la A.S.T.M. Para los recocidos se consideran tiempos de 1 y 3 h, y temperaturas entre 200 y 800 C. La aleación con x= 3 % at no endurece ni presenta modificaciones en su estructura. Las aleaciones con x= 5 y 7 %at si exhiben endurecimiento por recocido; en cada gráfico Dureza versus Temperatura de Recocido, se observa un máximo de dureza para temperaturas de 550-600 [C]. Este endurecimiento se puede asociar, mediante TEM, a la precipitación de finas partículas esféricas de la fase Ni3Al, con un diámetro medio de 0,02-0,03 μm. Nuestros resultados permiten también ayudar a precisar la ubicación del límite α/α + Ni3Al en el diagrama de equilibrio Cu-Ni-Al a 600C. Los resultados obtenidos serán relevantes para motivar y proponer recomendaciones para continuar el desarrollo de esta línea de investigación, para posteriores investigaciones del endurecimiento en aleaciones Cu-Al-Ni, mediante técnicas de análisis de TEM y Difracción de Rayos X, entre otras, y ampliar el campo de aplicación de estas aleaciones.

Existe una familia de aleaciones que presentan un comportamiento llamado Memoria de Forma, las cuales después de una deformación plástica, recuperan su forma original. La recuperación se da tras un tratamiento térmico calentando el material produciéndose el Efecto de memoria de forma o EMF o al retirar la carga que produce la deformación al material dentro de un rango de temperatura, fenómeno llamado generalmente súper elasticidad o SE. Ambos tipos de recuperación de la forma tienen origen en la Transformación Martensítica, un cambio de fase que ocurre por efectos de la temperatura o la deformación. La aleación Cu-11,8 %p. Al-0,5 %p. Be presenta el comportamiento de memoria de forma mencionado anteriormente, es por esto que el estudio de esta aleación es interesante debido al amplio campo probable de aplicaciones. El objetivo de esta memoria es estu- diar el efecto de distintos niveles de deformación impuesta por compresión a distintas temperaturas, en el rango superelástico y post-superelástico, y de tratamiento térmicos postdeformación, sobre la microestructura de una aleación superelástica Cu-11,8 %p.Al-0,5 %p.Be. Así, se realizaron ensayos de compresión hasta diferentes valores de deformación (10 valores diferentes) a distintas temper- aturas (5, 20, y 50◦C) y aplicaron tratamientos térmicos a algunas de las probetas deformadas, para evaluar la recuperación en longitud por estos tratamientos. Se analizó por DSC probetas altamente deformadas (15 %), para avanzar en el estudio e interpretación de peaks de transformación encon- trados fuera de las zonas típicas en recientes ensayos de tracción de alta deformación. Además se analizó por microscopia óptica probetas altamente deformadas (12 %), y se determinó la fracción y comportamiento de fases en función de la temperatura del ensayo de compresión. Finalmente se re- alizó un análisis fractográfico utilizando un microscopio óptico estereoscópico. Una vez realizados los ensayos y análisis, se logró concluir una dependencia de la temperatura del ensayo de compre- sión en el comportamiento mecánico y microestructural. Se determinó que el nivel de deformación post-descarga es mayor en los casos que la temperatura del ensayo es menor. Asimismo la concentración de martensita retenida, tiende a aumentar con el aumento de la temperatura del ensayo, debido al aumento de la concentración de dislocaciones a menores temperaturas de deformación. Se determinó que para grandes deformaciones la acumulación de dislocaciones produce que la energía necesaria para lograr la transformación de martensita a austenita aumente considerablemente, además de impedir la transformación de ambas fases a las temperaturas típicas de transformación.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Sísmica / Ingeniero Civil / En esta investigación se estudia experimental y analíticamente el comportamiento de placas tipo ADAS, fabricadas de una aleación en base a cobre, frente a desplazamientos perpendiculares a su plano. Estas placas son usadas en dispositivos de disipación de energía sísmica en estructuras civiles. La composición nominal de la aleación es 75.35%p.Cu - 16.90%p.Zn - 7.71%p.Al y corresponde a una de las llamadas Aleaciones con Memoria de Forma (SMA). Se fundieron dos aleaciones (Aleación A y Aleación B), las cuales se forjaron y mecanizaron dejando probetas para ensayar en tracción y placas tipo ADAS. Ambas aleaciones poseen composiciones sólo cercanas a la nominal, pues es difícil controlar la rápida evaporación del Zinc. El tratamiento térmico óptimo para obtener fase austenita o martensita sin aumento excesivo del tamaño de grano en las placas ADAS consistió en el calentamiento del material a 850°C durante 15 minutos para luego enfriarlo en agua a temperatura ambiente; sin embargo, el mismo tratamiento produjo mayor tamaño de grano en las probetas de tracción. En ambas aleaciones se encontró fase martensita a temperatura ambiente, con temperaturas de transformación Mf y Af de 270 y 400°C, respectivamente. Se realizaron ensayos a tracción y ensayos a flexión. En los ensayos a tracción a las probetas, se impusieron ciclos de deformación en tracción pura (evitando compresión) hasta alrededor del 4.0%. Las curvas tensión-deformación obtenidas son características de materiales SMA en fase martensítica. El Módulo de Young es alrededor de 50 [GPa] para la Aleación A y 55 [GPA] para la Aleación B, mientras que la tensión inicial del proceso de demaclado es alrededor de 190 [MPa] y 265 [MPa], respectivamente. En los ensayos a flexión a las placas ADAS, se usaron desplazamientos cíclicos de amplitud creciente entre 0.5 [mm] y 40 [mm], obteniendo ciclos histeréticos estables. A partir de éstos, se calculó la Fuerza Máxima, la Rigidez Secante, la Energía Disipada y la Razón de Amortiguamiento Viscoso Equivalente. Al aumentar el desplazamiento, la Rigidez Secante disminuye asintóticamente hasta valores de alrededor un 40% del valor inicial. Por otro lado, la Fuerza Máxima, la Energía Disipada y la Razón de Amortiguamiento Equivalente aumentan, llegando esta última a valores entre 10% y 15% en todos los casos. La curvatura a lo largo de cada placa ADAS se midió usando strain gauges en las fibras extremas, en 3 posiciones diferentes, resultando, para pequeñas deformaciones, curvaturas constantes tal como lo predice la teoría elástica. Finalmente se observó, con un microscopio óptico de bajo aumento, el tipo de fractura de probetas y placas ADAS, siendo éste intergranular en ambos casos. A partir de los datos obtenidos de los ensayos a tracción, se ajustó un modelo de ley constitutiva multilineal, que se incorporó a un modelo computacional de elementos finitos y fibras para predecir el comportamiento flexural de placas tipo ADAS. El modelo predice de buena forma tanto la Fuerza Máxima como la Rigidez Secante de los ciclos, con errores menores al 7.1% y 7.3%, respectivamente. La Energía Disipada y la Razón de Amortiguamiento Equivalente son sobreestimadas por el modelo para desplazamientos más allá de la fluencia, debido principalmente a la diferencia de rigidez al descargar el material supuesta por la ley constitutiva respecto del resultado experimental. Finalmente, la Rigidez Elástica y la Fuerza de Fluencia calculadas a partir de los ensayos son correctamente predichas por el modelo con errores máximos del 12.5%$ y 22.7%, respectivamente, mientras que las fórmulas teóricas deducidas para placas ADAS estiman tales parámetros con errores máximos del 13.4% y 27.8%.

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