Investigadores del Instituto IMDEA Materiales estudian la deformación in-situ de aleaciones de magnesio mediante una micromáquina de tracción acoplada a un microscopio electrónico de barrido (Figura 1a). Este dispositivo permite analizar en tiempo real los mecanismos de deformación, recristalización y fractura operativos en estos materiales a distintas temperaturas y velocidades de deformación. Por tanto, permite obtener información muy valiosa acerca de las cinéticas de activación de todos estos mecanismos, lo cual es complicado a partir de observaciones ex-situ.

En particular, se ha investigado la deformación in-situ de aleaciones de magnesio, metales muy ligeros que se están introduciendo progresivamente en los vehículos de transporte. Algunas de las principales conclusiones del estudio muestran que el deslizamiento de fronteras de grano, mecanismo que consiste en el deslizamiento de granos a lo largo de las intercaras sin deformación significativa del interior de los mismos, predomina durante la deformación en fluencia a temperaturas moderadas. A velocidades cuasi-estáticas el deslizamiento cristalográfico y el maclado son los mecanismos predominantes en todo el rango de temperaturas. La Figura 1b ilustra la superficie de la aleación de Magnesio AZ31 deformada a 250 oC. Las líneas blancas en el interior de los granos son una indicación de la activación del deslizamiento cristalográfico y la rugosidad de los bordes de grano sugiere además, la presencia de recristalización dinámica.

Mediante esta técnica se han investigado también los mecanismos de deformación y fractura de una aleación gamma-TiAl, un prometedor material intermetálico que actualmente está siendo utilizado para fabricar turbinas de baja presión de los aviones. Las aleaciones gamma-TiAl son bien conocidas por su alta resistencia mecánica y su gran resistencia a la oxidación, lo que las hace adecuadas para aplicaciones en condiciones extremas de servicio. Se ha observado que, durante la fluencia a 700 oC, el deslizamiento de fronteras de colonia es el mecanismo predominante durante la deformación. Como consecuencia, se nuclean grietas en los bordes de las colonias y luego se propagan a lo largo de los mismos hasta desencadenar la rotura del material. Las Figuras 2 a-c ilustran una secuencia del proceso de nucleación de grietas y su propagación. Por lo tanto, si se pretende optimizar el comportamiento de estas aleaciones en condiciones de servicio, es importante prestar atención a la mejorar de la resistencia al deslizamiento en los bordes de la colonia.

Figura 2. Nucleación de una grieta durante la deformación por fluencia de una aleación de TiAl a 700 oC y propagación de la grieta a lo largo de bordes de las colonias en función del tiempo (a) 7.6h; (b) 22.4h; (c) 23.1h.

Los resultados de estos trabajos han sido publicados en prestigiosas revistas científicas internacionales del campo de la ciencia e ingeniería de materiales, tales como Acta Materialia, y Metallurgical Transactions y presentados en distintos conferencias y congresos internacionales como, Euromat (conferencia plenaria) y Aerodays (premio al mejor poster de estudiantes de doctorado).

Esta prometedora técnica de caracterización avanzada se ha desarrollado en el marco del programa ESTRUMAT financiado por la Comunidad de Madrid y de los proyectos de I+D ALTIVA y MAGNO, financiados por el MICINN y el CDTI respectivamente. Además de la financiación ya mencionada, la NSF (National Science Foundation, EEUU), en su convocatoria "Materials World Network", y en colaboración con el Ministerio de Economía y Competitividad, ha concedido un proyecto internacional consorciado (Michigan State University, IMDEA Materiales y UPM) de tres años para seguir investigando en el análisis de la evolución micorestructural y de las propiedades mecánicas de aleaciones de Mg con tierras raras (MAGMAN).

Autor: Dr. Teresa Pérez Prado
Grupo de Física de Metales del Instituto IMDEA Materiales

Referencias:

[1] R. Muñoz-Moreno, E. M. Ruiz, M. T. Pérez-Prado, C. Boehlert. An in-situ SEM evaluation of the creep deformation behaviour of a gamma TiAl alloy. Aerodays 2011, Madrid, España, 2011.

[2] R. Muñoz-Moreno, C. Boehlert, M. T. Pérez Prado, E. M. Ruiz-Navas, J. Llorca. In situ observations of the deformation behavior and fracture mechanisms of Ti-45Al-2Nb-2Mn+0.8v%TiB2. Metallurgical Transactions, 2011, in press.

[3] C. Boehlert, Z. Chen, I. Gutiérrez-Urrutia, J. Llorca, M. T. Pérez Prado. In-situ analysis of the tensile and tensile-creep deformation mechanisms in rolled AZ31. Acta Materialia, 2011, in press.

[4] M.T. Pérez-Prado, C. Boehlert, J. Llorca, I. Gutiérrez-Urrutia. In-situ analysis of deformation and recrystallization mechanisms. Euromat 2011, Montpellier, Francia, 2011.

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