Caracterización de una Aleación Superelástica CuZnAl Extruida, Considerada para Disipadores de Energía Sísmica

Abstract

Los disipadores de energía sísmica permiten evitar daños en estructuras civiles. Para dichas aplicaciones es posible considerar a las aleaciones con memoria de forma (SMA), bajo condiciones de comportamiento superelástico, en relación con la transformación martensítica inducida por esfuerzo. En este contexto, el objetivo de la presente memoria es caracterizar la microestructura y las propiedades mecánicas (tradicionales y superelásticas) de una aleación Cu-17,0 %p.Zn7.2 %p.Al policristalina, preparada por fusión en un laboratorio nacional. Luego de forja y extrusión en caliente, se fabricaron probetas de 7 mm de diámetro, para ensayos de tracción estática y dinámica a distintas temperaturas (13-16, 25 y 50oC) y frecuencias ((0,1 a 2 Hz, precisando que la mayoría de los ensayos se realizó a 1Hz). La microestructura de las probetas era austenítica, con coexistencia de granos equiaxiales (recristalizados) y alargados (no recristalizados); el tama˜no de grano medio era superior a 0,1 mm. Los ensayos de tracción se realizaron con control de avance del cabezal; se utilizó un extensómetro de 25 mm. Por calorimetría diferencial de barrido, se estableció un valor de temperatura de fin de transformación austenítica, Af, de 22oC. Los ensayos de tracción estática mostraron una tendencia del esfuerzo de transformación martensítica a crecer con la temperatura, según lo esperado teóricamente. El análisis fractográfico, por microscopia electrónica de barrido, mostró fractura transgranular, con zonas de clivaje y otras con hoyuelos. Las deformaciones máximas a la fractura (con carga) estuvieron entre 4,4 % y 6,3 %. De los ensayos de tracción dinámica, realizados a 1Hz, con series de 10 ciclos, e incrementando la deformación serie a serie, se concluye: -Existe una razonable similitud entre la envolvente de los ensayos cíclicos y la respectiva curva de tracción. -El valor de deformación correspondiente a la cota superior del rango superelástico está entre 1 y 2,1. -El coeficiente de amortiguamiento presenta una tendencia predominantemente creciente al aumentar la deformación impuesta. -Los mayores valores amortiguamiento corresponden al rango de deformaciones postsuperelásticas, donde hay deformaciones permanentes (en el primer ciclo de una serie), y luego ciclos de histéresis. -El calentamiento adiabático observado en el rango superelástico es de hasta 4oC -Existe una relación lineal entre la temperatura alcanzada en la probeta, en cada serie, y el área de los ciclos superlásticos correspondientes. En ensayos realizados a distintas frecuencias (0,1, 0,5, 1, 1,5 y 2 Hz), se encontró que, al crecer la frecuencia, tanto el esfuerzo de transformación como el módulo secante decrecen. La frecuencia no parece afectar significativamente el calentamiento adiabático, en el rango de condiciones experimentales de este estudio.