Artículo Científico / Scientific Paper |
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pISSN: 1390-650X / eISSN: 1390-860X |
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Hernán Alberto Navas-Moscoso1,*, Wilson Henry Vaca-Ortega2 , Juan Gilberto Paredes-Salinas2, Fabián Rodrigo Morales-Fiallos2, Diego Fernando Núñez-Núñez2
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Resumen |
Abstract |
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La escasez de estudios in situ sobre procesos de colada continua horizontal en aleaciones de aluminio, impulsa la necesidad de investigar la influencia de temperatura, velocidad y materia prima en billets de aluminio homogenizados AA6063. Aplicando ensayos de espectrometría, permiten cuantificar el porcentaje en peso de aleantes principales magnesio y silicio. Estos elementos al precipitar forman siliciuro de magnesio (Mg2Si) durante el proceso de homogenizado. Para este estudio se produjo billets de aleación normal y experimental, demostrando una relación inversa entre los niveles de siliciuro de magnesio y dureza Brinell; así también la influencia de bajos niveles de porcentaje en peso de Mg2Si en la reducción de la resistencia a la tracción en el material.
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Lack of in situ studies about horizontal continuous casting process applied in production of aluminum alloy 6063 cast billets, promotes to investigate the direct influence of: temperature, velocity and raw material. Applying spectrometric tests to quantify the weight percent of main alloying elements such as Magnesium and Silicon. These elements precipitate to form magnesium silicide (Mg2Si) during homogenization process. For this study it was necessary to produce billets with normal and experimental alloy levels to demonstrate an inverse relation between magnesium silicide and Brinell hardness. Equally important, the effect of reduction of the material tensile strength due to low levels of magnesium silicide |
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Palabras clave: aleación 6063, billet, precipitado.
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Keywords: Alloy 6063, billet, precipitate. |
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1,* Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica - Universidad Técnica de Ambato, Ambato - Ecuador. Autor para correspondencia |
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2 Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica, Universidad Técnica de Ambato - Ecuador
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Por medio de la técnica de molde abierto se logra producir con un mismo equipo: lingotes, billets (cilindros), barras T, entre otros; cada uno de ellos con diferentes dimensiones y longitudes con la integración de un sistema con sierra de corte. En la Figura 1 se aprecia las partes principales del equipo de colada continua horizontal, además a |
decidió tomar 22 muestras respectivamente porque control de calidad ase dos muestras de tundish en cada hora por turno de ocho horas de producción y someter las muestras a ensayo de espectrometría para controlar los niveles de aleación basados en norma ASTM E716 y E1251 con discos tipo B. La recolección de datos estadísticos descriptivos sobre la relación entre temperatura de moldeo y el avance de mesa, fue realizada en los turnos de trabajo durante la producción de la aleación A y B, mismas que serán descritas en el literal 2.2 y se los obtuvieron por medio de tableros de control y medición de avance de mesa con cronómetro en intervalos de tiempo cada 10 minutos. Para ensayos de dureza Brinell y espectrometría de los billets, fueron necesarios un total de ocho billets (cuatro de aleación A y cuatro de aleación B) con un costo de producción de $700 USD cada uno, luego se compararon rangos de aleación con el objetivo de discriminar información y quedarse con un billet por cada aleación con la intención de realizar cortes consecutivos con espesor promedio de 35 mm y reservándose un corte mayor de la sección media a fin de obtener las probetas para ensayo de tracción, medición de dureza y espectrometría completando así un total de 59 muestras por billet.
2.2. Comparación entre muestras de casting y tundish Esta comparación espectrométrica sirve para averiguar si existe una diferencia significativa en los niveles de aleantes principales al momento de tomar una muestra de casting o tundish. Se debe tener en cuenta lo siguiente: todos los valores a ser mencionados durante todo este análisis corresponden al porcentaje en peso de los aleantes principales (magnesio y silicio) en aleación 6063. Figura 2. Comparación niveles de Si entre casting y tundish. Al realizar los ensayos espectrométricos para conocer los porcentajes en peso de silicio (Figura 2), en ambos casos se obtuvo que un cincuenta por ciento de las muestras están |
encima del valor 0,496 con un valor máximo en casting de 0,523 y en tundish de 0,576, el otro cincuenta por ciento en ambos casos está por debajo del valor 0,496 con un valor mínimo en casting de 0,412 y en tundish de 0,437. En promedio los niveles de silicio de la aleación se encuentran en 0,49 en casting y desviándose 0,028 unidades del promedio. De la misma forma, el nivel promedio de silicio en la aleación tomada de tundish es de 0,498 con una desviación estándar de 0,034 unidades. Continuando, en la Figura 3 se observa la respectiva comparación entre casting y tundish en relación con el porcentaje en peso de magnesio, por medio de los ensayos espectrométricos se obtuvo que en casting un cincuenta por ciento de las muestras están por encima del valor 0,508 con un valor máximo de 0,559 y el otro cincuenta por ciento está por debajo del valor 0,508 con un valor mínimo de 0,439. En el caso de las muestras tomadas de tundish, el cincuenta por ciento está por encima del valor 0,528 con un valor máximo de 0,591; el porcentaje restante está por debajo del valor de 0,528 con un valor mínimo de 0,461. En promedio los niveles de magnesio de la aleación se encuentran en 0,508 en casting con una desviación estándar de 0,035 unidades. De la misma forma, el nivel promedio de magnesio en la aleación tomada de tundish es de 0,524 y desviándose 0,035 unidades del promedio.
Figura 3. Comparación niveles de Mg entre casting y tundish.
Considerando la diferencia encontrada al momento de tomar muestras en casting y tundish, indistintamente del tipo de aleación a ser producida es preferible tomar muestras de tundish cuando se precisa equiparar los niveles de aleantes principales.
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Tabla 1. Rango de porcentaje en peso de elementos principales a controlar durante proceso de colada continua horizontal en aleación “A”.
En cambio, de aquí en adelante se va a denominar la aleación con niveles experimentales como aleación «B», cuyos rangos de porcentaje en peso de los elementos principales a controlar se indican en la Tabla 2.
Tabla 2. Rango de porcentaje en peso de elementos principales a controlar durante proceso de colada continua horizontal en aleación “B”.
2.3. Relación entre temperatura de moldeo y velocidad de avance de mesa
La relación con respecto a dos variables importantes como son la temperatura registrada de moldeo en tundish y la velocidad de avance de mesa, se determinó que la velocidad de avance de mesa está en relación directa a la temperatura en tundish. Figura 4. Velocidad avance de mesa vs. temperatura de moldeo. |
se puede avistar los niveles de dureza HB transversal de la aleación «B» en la Figura 6.
Figura 5. Dureza Brinell a lo largo del billet homogenizado de aleación «A».
Figura 6. Dureza Brinell a lo largo del billet homogenizado de aleación «B».
Gráficamente advierte en la Figura 7 la comparación entre ambas aleaciones. Al contrario de lo que se podría esperar por los niveles en aleantes principales que posee la aleación «B», esta posee apenas en promedio un 0,55 % menor dureza que la aleación «A».
2.5. Cuantificación de los aleantes principales Precipitados |
[1] HERTWICH ENGINEERING SMS GROUP. (2016) The universal caster. [Online]. Available: www.hertwich.com
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[3] P. Barrand, R. Gadeau, and A. Dumas, “Metalurgia estructural del aluminio,” Enciclopedia del Aluminio, vol. 2. PECHINEY GROUP, España: Ediciones URMO, pp. 13-30, 39-57, 61-87, 89-94, 95-123, 2001.
[4] S. E. Cordes, “Aluminum extrusion technology,” Ed. Ohio, United States of America: ASM International, pp. 120-147, 2000.
[5] K. Thanaporn, J. Pearce, M. Ponboon, and U. Phongsophitanan, “Quantification of precipitated phases in 6063 aluminium billet by image analysis for improvement of homogenization condition,” National Metal and Materials Technology Center, Bangkok, China, 2008.
[6] X. Fang, M. Song, K. Li, and Y. Du, “Precipitation sequence of an aged al-mg-si alloy,” State Key Laboratory of Powder Metallurgy, Central South University of Changsha, China, 2011.
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