Caracterización microestructural de la precipitación en aleaciones de Cu-Ni-Sn, mediante calorimetría diferencial de barrido y microdureza Vickers

Abstract

Las aleaciones de Cu-Be que pueden ser endurecidas por precipitación, han sido ampliamente utilizadas por sus buenas propiedades mecánicas y alta conductividad eléctrica. Sin embargo, debido al carácter tóxico del berilio, se requiere desarrollar materiales metálicos avanzados en reemplazo de estas aleaciones. Las aleaciones del sistema ternario Cu-Ni-Sn, que también presentan endurecimiento por precipitación, tienen interesantes propiedades mecánicas y eléctricas y, por lo tanto, son potenciales candidatos a reemplazar las aleaciones de Cu-Be.

En el presente trabajo se estudió el proceso de precipitación en dos aleaciones Cu-Ni-Sn (Cu-9 Ni-6 Sn y Cu-9 Ni-3 Sn, % en peso) y los efectos de tales precipitados sobre la dureza de la matriz de Cobre. Con esta finalidad, las aleaciones se analizaron mediante Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC) y Microdureza Vickers. El análisis energético y cinético de las curvas calorimétricas, se realizó mediante los modelos de Kissinger modificado y Mehl-Johnson-Avrami (MJA). Para el caso de disolución de precipitados, donde el método de Kissinger no es aplicable, se integraron dos modelos que permitieron evaluar energéticamente los procesos e identificar si la cinética está ligada a difusión unidimensional o tridimensional. Los ensayos de microdureza se realizaron para distintos tratamientos de envejecimiento, cada uno de ellos asociado a los diferentes procesos de transformación de fase detectados por DSC.

Para ambas aleaciones, las curvas calorimétricas mostraron la presencia de efectos exotérmicos y endotérmicos, asociados a la formación y disolución del precipitado (CuXNiX-1)3Sn, respectivamente.

Las energías de activación obtenidas en los procesos exotérmicos fueron de 76 y 93 [kJ/mol] para Cu-9Ni-6Sn y 99 [kJ/mol] para Cu-9Ni-3Sn. Para los procesos endotérmicos las energías de activación resultantes fueron iguales a 56 [kJ/mol] para Cu-9Ni-6Sn y 68 [kJ/mol] para Cu-9Ni-3Sn.

Los resultados de microdureza mostraron que las aleaciónes son predominantemente reforzadas por mecanismos de endurecimiento por precipitación. Desde la condición templada hasta el máximo de dureza alcanzado, se observó un incremento de dureza de 206 HV para Cu-9Ni-6Sn, y uno de solo 17,3 HV para Cu-9Ni-3Sn.