Ingeniero Civil Mecánico / Esta memoria consiste en una investigación en la cual se busca mejorar las propiedades mecánicas del cobre, incorporando una dispersión nanométrica de cerámicos in-situ, mediante molienda reactiva, los cuales dificultan el movimiento de dislocaciones y límites de grano. Este trabajo tiene por objetivo fabricar aleaciones con dispersión de carburos de molibdeno (específicamente Cu - 0%v Mo2C, Cu - 2,5%v Mo2C y Cu - 5%v Mo2C) y determinar cómo afecta esta composición en la compresión en caliente y creep. Se realizaron moliendas reactivas de 100 y 150 horas, a partir de polvos elementales de Cu y Mo. Proceso realizado en un molino atritor con bolas de acero y hexano como liquido de molienda. Luego se consolidan los polvos en caliente, a una temperatura de 750ºC. Para cada una de las aleaciones se realizó ensayos de compresión en frio, a una velocidad de 0,5 mm/min, ensayos de compresión en caliente a 500 ºC y 700 ºC, por ultimo ensayos de creep a 50%, 65% y 80% del límite de fluencia. La caracterización de las aleaciones y polvos fue a través de difracción de rayos x, análisis químico de polvos y microscopia electrónica. Se estableció que efectivamente a un mayor porcentaje de Mo, el material mejora sus propiedades mecánicas, dando como resultados mayores límites de fluencia y menores velocidades de deformación en caliente, lo cual valida la tesis de la formación de precipitados.

Ingeniero Civil Mecánico / Este trabajo de título corresponde a una investigación en la cual se busca mejorar las propiedades mecánicas del cobre. La forma de lograrlo consiste en incorporar una dispersión nanométrica de partículas cerámicas, mediante molienda reactiva, las cuales dificultan el movimiento de dislocaciones y límites de grano. El objetivo de esta memoria es estudiar la influencia de la composición de aleaciones Cu-Mo-C (específicamente Cu - 0%v Mo2 C, Cu - 5%v Mo2 C y Cu - 10%v Mo2 C), sobre el límite de fluencia a temperatura ambiente. Se realizaron moliendas reactivas de 40 y 80 horas, a partir de polvos elementales de Cu y Mo, para luego consolidar los polvos molidos mediante extrusión en caliente. Se determinó la resistencia al ablandamiento de 6 aleaciones en base Cu, empleando microdureza Vickers (300 [g]), a temperatura ambiente. Para cada una de las aleaciones se midió la microdureza de una probeta sin recocer y de otras recocidas durante una hora a 400, 500, 600, 700, 800 y 900 [°C]. Se realizaron ensayos de compresión a temperatura ambiente a una velocidad de 1 [mm/min], para determinar el límite de fluencia de las aleaciones. Se estableció que efectivamente el material que tiene mayor límite de fluencia y mayor resistencia al ablandamiento es el que contiene la mayor cantidad de Mo, lo cual valida la tesis de que se forman precipitados, que mejoran las propiedades mecánicas. Además se estimó el límite elástico mediante el modelo de Besterci, llegándose a resultados muy similares a los obtenidos experimentalmente. Por otra parte, en el caso de las muestras molidas 40 horas se apreció un descenso en la conductividad eléctrica al aumentar la cantidad de molibdeno presente. Así para Cu - 5%v Mo2C y Cu - 10%v Mo2C, obtuve valores de %IACS = 95,2% y %IACS = 85,6%, respectivamente.

Ingeniero Civil Mecánico / En los últimos años ha existido una marcada tendencia a llevar al límite los materiales actualmente conocidos, debido a las diferentes aplicaciones en ingeniería. Es por esto que se han desarrollado diferentes métodos de fabricación de aleaciones con el objetivo de aumentar las propiedades de los materiales. En particular, se ha desarrollado la molienda reactiva como medio de manufactura de aleaciones de cobre con el objetivo de mejorar sus propiedades mecánicas a alta temperatura, manteniendo su conductividad térmica y eléctrica. El principal objetivo de este trabajo es estudiar y comprender la influencia de la cantidad de elemento aleante en relación a la cantidad de TaC formada de una aleación de Cu-Ta, fabricada por molienda reactiva y posterior extrusión en caliente. En experimentos previas con probetas generadas por molienda reactiva y posterior extrusión en caliente, se ha encontrado que las partículas de TaC son capaces de mejorar las propiedades mecánicas de la aleación de Cu debido a la formación de precipitados incoherentes con la red de Cu, lo que dificulta el deslizamiento de las dislocaciones. La metodología consiste en variar la cantidad de elemento aleante (Ta). También se utilizarán tres tiempos de molienda diferentes: 30, 40 y 50 horas. Se plantea como hipótesis de trabajo de título que: I) La concentración y distribución de carbono en los polvos provenientes de la molienda reactiva de aleaciones Cu-Ta depende de la cantidad del elemento formador de carburos, Ta en este caso. II) La diferente concentración y distribución de carbono en los polvos molidos afecta la cantidad y distribución de TaC formado en la molienda y en la extrusión. III) Las aleaciones molidas y extruidas posean una estructura cristalina nanométrica; una alta densidad de dislocaciones; y una fina dispersión de TaC. IV) Debido a estos factores, la dureza de la aleación extruida será superior a la del cobre puro. El resultado más relevante encontrado en el presente trabajo es que la cantidad de C absorbida en la matriz de Cu, depende mayormente de la cantidad de Ta agregada a la mezcla, más que del tiempo de molienda reactiva utilizado para fabricar la aleación; además, el carácter nanoestructural de estas aleaciones permite alcanzar propiedades mecánicas superiores a la del cobre puro.

Ingeniero Civil Mecánico / Parte importante del trabajo de investigación científica en ciencia de materiales trata sobre el mejoramiento de las propiedades mecánicas de materiales y aleaciones, así como de procesos de manufactura. Uno de los procesos utilizados para este fin es la molienda reactiva de polvos elementales, que permite la generación de materiales compuestos al insertar una segunda fase en una matriz, gracias a la reacción de uno de los polvos con el medio de molienda. En este trabajo se utiliza la molienda reactiva de cobre y titanio en distintos medios de molienda que aporten carbono con el propósito de formar TiC (Carburos de titanio), para luego extruir los polvos obtenidos y generar una aleación de matriz cúprica con dispersoides cerámicos que entorpecen el avance de dislocaciones. Estas aleaciones son posteriormente analizadas para observar el efecto de los medios de molienda en el material final. Para obtener un material de mejores características se diseñó una experiencia que permite estudiar los cambios de propiedades mecánicas en función de parámetros como el tiempo de molienda y el medio de aporte de carbono. Los tamaños de cristalito muestran una tendencia a decrecer mientras se aumenta el tiempo de molienda para todos los medios de molienda. Para todos los medios de molienda se observaron mejores propiedades mecánicas. La tendencia a incrementar dichas propiedades es considerablemente mayor en el hexano que en el tolueno o carbono activado y metanol, llegándose a observar esfuerzos de fluencia dos o tres veces más altos. Estos resultados pueden explicarse, entre otros factores, por una pobre densificación de las muestras realizadas bajo medio de molienda tolueno, y por una menor afinidad a la formación de cerámicos duros a bajo tiempo de molienda para el carbono activado y metanol.

Ingeniero Civil Mecánico / En el marco de un estudio realizado sobre los componentes que influyen en la resistencia mecánica del Cobre, se detallan las variables que influyen en ésta, cuantificando su aporte. Sin embargo, los resultados medidos experimentalmente no concuerdan con lo propuesto en la teoría. Por este motivo, se hace necesario el estudio de las discordancias presentes. En particular, se propone estudiar la influencia directa de la densidad de dislocaciones de manera independiente, sobre la resistencia mecánica del cobre. La idea es observar cómo y cuánto varía el límite de fluencia ante la variación de la densidad de dislocaciones en el material, para así contrastarlo, con lo propuesto por Besterci. El método experimental propuesto para este estudio, consiste en la fabricación de probetas a partir de polvos de cobre obtenidos por molienda de alta energía y después sinterizados por extrusión en caliente. Luego, con el fin de aumentar la densidad de dislocaciones, se procede a deformarlas en frío. Una vez confeccionadas las probetas, se realizan ensayos de compresión y análisis por difracción de rayos X. Así, se puede conocer tanto el esfuerzo máximo a compresión, como la densidad de dislocaciones efectiva, y además se consigue una imagen real de la microestructura. Es importante validar cada resultado obtenido, con el fin de verificar si cada proceso fue desarrollado de manera adecuada, y bajo parámetros controlados. Teniendo todos estos datos medidos, se obtiene la relación que determina la influencia entre la variable estudiada y la resistencia a compresión del material. Según los resultados obtenidos, se puede concluir que el tiempo de molienda adecuado para la elaboración de las probetas debe ser mayor o igual a 10 horas. Debido a que, a partir de este tiempo, el tamaño de cristalita tiende a estabilizarse. De acuerdo a lo visto en los resultados, los valores obtenidos se pueden utilizar como primera aproximación, sin embargo, algunos son descartados ya que se escapan de la tendencia esperada. Aun así, se logra obtener una expresión que relaciona la densidad de dislocaciones con el esfuerzo de fluencia. σ_f=6*〖10〗^(-8) √ρ+186,72 La poca precisión de los valores obtenidos tiene relación con la influencia no cuantificada de variables que modifican el límite de fluencia, como es la variación del tamaño de grano y el efecto embarrilamiento producto del ensayo de compresión, por lo que se proponen algunas consideraciones como realizar un recocido del material luego de extruirlo, además de contar con más muestras para identificar una tendencia más notoria.

Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ciencia de los Materiales / En la presente Tesis se estudia la formación in situ de dispersoides en una aleación de Cu-Ta producida por molienda reactiva y extrusión en caliente. Además, se estudia el efecto que producen los dispersoides sobre la resistencia al ablandamiento y la resistencia al creep. En aplicaciones tales como interruptores de alto rendimiento, intercambiadores de calor, motores eléctricos, cables, y electrodos para soldadura se requiere un material que exhiba alta conductividad térmica y eléctrica, junto a una adecuada resistencia mecánica a las temperaturas de operación. El cobre satisface las primeras solicitaciones; sin embargo, presenta una importante disminución de su resistencia mecánica cuando aumenta la temperatura de trabajo. Un mecanismo que ha probado ser efectivo para mejorar el comportamiento mecánico del cobre a altas temperaturas es la incorporación de nanopartículas cerámicas o metálicas en la matriz. Estos dispersoides dificultan el creep, ya que se requiere un esfuerzo adicional para separar las dislocaciones de la interfase dislocación-matriz, cuando esta interfase es incoherente o semicoherente. Adicionalmente, anclan los límites de grano, dificultando el deslizamiento de los bordes de grano. Para generar los nanodispersoides, se empleó molienda reactiva y extrusión en caliente para dispersar de manera homogénea partículas de tantalio en la matriz de cobre y generar dispersoides de carburo de tantalio, usando hexano como fuente de carbono y líquido de molienda. Estos dispersoides, acompañados de un refinamiento microestructural en la matriz metálica compuesta y de un aumento de la densidad de dislocaciones, produjeron un aumento de la resistencia mecánica al ablandamiento y a la deformación a altas temperaturas (773 K, 973 K y 1123 K). El material se caracterizó por medio de espectroscopia de emisión óptica, fluorescencia de rayos X, microscopía electrónica de barrido, difracción de rayos X, microscopía electrónica de transmisión y microdureza Vickers. El efecto del tiempo de molienda se analizó pasadas 10, 20 y 30 h en un material compuesto con una composición nominal de Cu-5 %vol. TaC. Al aumentar el tiempo de molienda, se observó un aumento sistemático de la densidad de dislocaciones y de carbono, así como una disminución del tamaño de cristalita. El material molido durante 30 h fue extruido en caliente y mostró una densidad de 9.037 kg m-3 (98.2% densificación) y una resistencia de ablandamiento de 204 HV; sin embargo, después de un recocido a 1023 K durante 1 h la microdureza mostró una abrupta caída. El análisis de microscopía electrónica de transmisión mostró la presencia de nanodispersoides carburo de tantalio (Ta4C3), los cuales cumplen con la función de endurecer la matriz por dispersión y ayudan a mejorar el desempeño cuando se somete la matriz metálica compuesta a ensayos de esfuerzo constante y alta temperatura (773 K, 973 K y 1123 K).