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https://doi.org/10.18502/espoch.v1i1.9548

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authors

  • C. Cargua

    C. Cargua

    Facultad de Ingeniería Mecánica, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Riobamba, Ecuador
  • M. Moreno

    M. Moreno

    Facultad de Ingeniería Mecánica, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Riobamba, Ecuador
  • L. Castro

    L. Castro

    Facultad de Ingeniería Mecánica, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Riobamba, Ecuador
  • A. Noguera

    A. Noguera

    Facultad de Ingeniería Mecánica, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Riobamba, Ecuador

Published Date

  • Aug 26, 2021

Influence of the Increase in Aluminum Concentration on the Microstructural Behavior and Hardness of a Cu-Al Alloy (ASTM B-824)

ESPOCH Congresses: The Ecuadorian Journal of S.T.E.A.M. / Volume 1, Issue 1 / Pages 20–45

Abstract

In this work, the effect of the increase in the concentration of aluminium (Al) on the microstructure and the hardness of bronze to aluminium was studied using optical emission spectrometry, scanning electron microscopy, dispersion spectroscopy techniques of energy, conventional optical microscopy and hardness tests. Alloys with three concentrations by weight of aluminium (Cu-4.5 wt.% Al, Cu-7 wt.% Al and Cu-10 wt.% Al) were studied, with the chemical parameters established in the (ASTM B-824), were manufactured and cast in a permanent mold according to the standard (ASTM B-208), to determine the influence of the chemical concentration of aluminium the response surface methodology was used. It was observed that bronzes with a content of 4.5 wt.% Al and 7 wt.% Al, remain with a constant microstructure of phase α, and bronzes of 10 wt.% Al, undergo a change from monophasic to biphasic microstructure (α + β) evidencing the appearance of a martensitic microstructure similar to steels providing a better behaviour to resistance to indentation. It is concluded that the increase in the concentration of Al, in the Cu-Al alloy, presents a microstructural change, and the appearance of a β and β 'phase generates a better property in hardness, the hardness has a behaviour k proportional to the aluminium concentration obtaining 53 Brinell value for an increase in the concentration of 5.5 wt.% Al.


Keywords: alloy, microstructure, bronze, spectrometry, spectroscopy.


Resumen


En el presente trabajo, se estudió el efecto del aumento de la concentración de aluminio (Al) sobre la microestructura y la dureza del bronce al aluminio, mediante el uso de espectrometría de emisión óptica de chispa, microscopia electrónica de barrido, técnicas de espectroscopia de dispersión de energía, microscopia óptica convencional y pruebas de dureza. En la investigación se estudiaron aleaciones con tres concentraciones en peso de aluminio (Cu-4,5 wt.% Al, Cu-7 wt.% Al y Cu-10 wt.% Al), con los parámetros químicos establecidos en la norma (ASTM B-824), fueron fabricadas y coladas en un molde permanente de acuerdo con la norma (ASTM B-208); para determinar la influencia de la concentración química del aluminio se usó la metodología de superficie de respuesta. Se observó que los bronces con un contenido de 4,5 wt.% Al y 7 wt.% Al, permanecen con una microestructura constante de fase α, y los bronces de 10 wt.% Al, sufren un cambio de microestructura monofásica a bifásica (α+β) evidenciando la aparición de una microestructura martensítica similar a los aceros aportando un mejor comportamiento a la resistencia a indentación. Se concluye que el aumento en la concentración de Al, en la aleación Cu-Al, presenta un cambio microestructural, y la aparición de una fase β y β’ genera una mejor propiedad en la dureza, la dureza posee un comportamiento k proporcional a la concentración de aluminio obteniendo en valor de 53 Brinell para un incremento en la concentración de 5,5 wt.% Al.


Palabras claves: aleación, microestructura, bronce, espectrometría, espectroscopia.

References
[1] Ruiz, AR. Estudio de la corrosíon electroquímica en los bronces de aluminio con níquel [Master’s Thesis]. Madrid: Univerisad de Cantabria; 2014.

[2] Herenguel, J. Metalurgia Especial. Urmo; 1971.

[3] Avner, SH. Introducción a la metalurgia física. Mexico: Mc Graw Hill; 1977.

[4] Vega C, et al. Mejoramiento de la aleación de bronce al aluminio, revista latinoamericana de metalurgia y materiales. 2009. Disponible en: http://www.rlmm.org/archives.php?f=/archivos/S01/N3/RLMMArt-09S01N3- p1311.pdf.

[5] King F. El aluminio y sus aleaciones. Mexico: Limusa, 1992.

[6] Slater JC. Atomic radii in crystals. The Journal of Chemical Physics. 1964;41(10): 3199-3204.

[7] Tuthill AH. Materials performance focus on seawater corrosion. NACE International; 1987. Disponible en: https://www.copper.org/publications/pub_list/pdf/A7032-seawater- corrosion.pdf.

[8] Klement JF, Maersch RE. Use of alloy additions to prevent intergranular stress corrosion cracking in aluminum bronze. Corrosion. 1960;16(10):519-522

[9] Turhan H, Aksoy M, Kuzucu V, Yıldırım MM. The effect of manganese on the microstructure and mechanical properties of leaded-tin bronze. Journal of Materials Processing Technology. 2001;114(3):207-211.

[10] Cengel YA, Boles MA. Termodinámica. Séptima. DF: Mcgraw- Hill/Interamericana Editores, S.A.; 2012.

[11] Askeland, DR. Ciencia e Ingenieria de los materiales. Mexico: Thomson, International Editors; 1998.

[12] Shackelford, JF. Introducción a la ciencia de materiales para ingenieros. Madrid: Pearson Educacion, S.A.; 1998.

[13] Campbell, J. Complete casting handbook. Oxford: Elsevier; 2011.

[14] Rodríguez J, Martínez L, Romero JCR. Procesos industriales para materiales metalicos. Segunda. Madrid: Vision Net; 2006.

[15] Bohler. Catalogo de materiales. Quito: Bohler; 2016.

[16] Cengel Y, Cimbala J. Mecánica de fluidos. D.F :McGraw-Hill;2006.

[17] Mott, R. Mecanica de fluidos. Mexico: Pearson; 2006.

[18] Jelínek P, Elbel T. 2010. Chvorinov’s rule and determination of coefficient of heat accumulation of moulds with non-quartz base sands. Archives of foundry engineering. 2010:10(4):77-82.

[19] Ares A, Rodriguez C, Schvezov C, Rosenberger M. Structural characterization and dimensional analysis during directional solidification of Al- Cu Alloys. Procedia Materials Science. 2012;1: 72-79.

[20] Almeida MB, et al. Response surface methodology (RSM) as a tool for optimization in analytical chemistry. Talanta. 2008;76(5):965-977.

[21] Esparza C. Optimizacion de un sistema de alimentacion para llenado de moldes con aleacion de aluminio [Doctoral thesis]. Mexico;2003.

[22] Tao X. Effect of Fe and Ni contents on microstructure and wear resistance of aluminum bronze coatings on 316 stainless steel by laser cladding. Surface & Coatings Technology. 2018;342:76-84.

[23] Chiavari C, Colledan A, Frignani A, Brunoro G. Corrosion evaluation of traditional and new bronzes for artistic castings. Materials Chemistry and Physics. 2006;95(2-3):252-259.

[24] Rosario F, Villacorta L, Falconi V, Rengifo S. Tratamiento térmico de los bronces aluminio complejos, transformación martensítica y la fase kappa – templabilidad. Revista del Instituto de Investigacion (RIIGEO). 2011;14(27):65-72.

[25] Montgomery DC, Runger GC. Applied statidtics and probability for engineers. Limusa: Wiley; 2018.

[26] Jahanafrooz A, Hasan E, Lorimer GW, Ridley N. Microstructural development in complex nickel-aluminum bronzes. Metallurgical Transactions. 1983,14:1951-1956.

[27] Emamy M, Campbell J, Abbasi R, Kaboli S. Fluidity of Al based metal matrix composites containing Al2O3 and SiC particles. International Journal of Cast Metals Research. 2009,6(22):430-437.

[28] Morral FR, Jimeo E, Molera P. Metalurgia general. Barcelona: Reverté; 1985.