En el presente estudio sobre las transformaciones de fase en las aleaciones Zn-22%Al-2%Cu y Zn-22%Al-2%Cu-X (X = 1, 2 y 3%Ag) se utilizó Difracción de Rayos X (DRX) y Microscopía Electrónica de Barrido (MEB). Las aleaciones fueron homogeneizadas a 350 °C durante 10 días, templadas a ~2 °C y posteriormente envejecidas a 200 °C durante diferentes tiempos. Todas las aleaciones ensayadas presentaron una microestructura inicial formada por una matriz de granos finos y equiaxiales de las fases α y η. Además, para las aleaciones sin Ag se observa la presencia de partículas de la fase ε (CuZn4) y de Φ ((Ag, Cu) Zn4) en las que se adicionó Ag. Durante el envejecido, ocurre la reacción de cuatro fases, α + ε→η + τ’, para obtener las fases de equilibrio η, α y τ’. Sin embargo, la adición de Ag promueve la formación de la fase Φ, la cual retarda e incluso inhibe la reacción de cuatro fases. La estabilidad de la fase Φ se obtiene con 3%Ag, lo que podría mejorar la estabilidad dimensional de la aleación para futuras aplicaciones industriales.
Las aleaciones base zinc (Zn) emplean aluminio (Al) como su principal elemento aleante. Estas aleaciones han sido producidas principalmente con fines estructurales, debido a su resistencia mecánica, gran capacidad de deformación, buena resistencia a la corrosión y a otros beneficios, tales como la baja temperatura de trabajo y el bajo costo de las matrices (Ruano,
Es conocido que la aleación eutectoide del sistema Zn-Al posee propiedades superplásticas, aun cuando es modificada con un porcentaje de cobre (Cu) entre el 2 y 5% en peso (Ciach
La importancia del presente trabajo reside en que no se ha descrito hasta ahora el efecto combinado de la adición de Cu y Ag sobre las transformaciones de fase en la aleación eutectoide Zn-Al. En base a lo anterior, el objetivo de este trabajo es estudiar el efecto de la adición de Ag sobre las transformaciones de fase de la aleación Zn-22%Al-2%Cu que ocurren durante tratamientos térmicos de envejecimiento artificial. Asimismo, la adición de plata permitirá la formación de la fase intermetálica Φ para inhibir la presencia de la fase ε, lo que favorecerá que no ocurra la reacción de cuatro fases, α + ε→η + τ’, responsable de la inestabilidad dimensional de la aleación.
Muestras de las aleaciones Zn-22%Al-2%Cu, Zn-22%Al-2%Cu-1%Ag, Zn-22%Al-2%Cu-2%Ag y Zn-22%Al-2%Cu-3%Ag con dimensiones de 10 mm × 10 mm × 10 mm fueron pulidas a espejo mediante el método convencional metalográfico, para posteriormente ser homogeneizadas a 350 °C durante 10 días y templadas a ~2 °C en agua helada. La caracterización mediante DRX se llevó a cabo en un difractómetro BRUKER D8 Focus con radiación Cu Kα, barrido 2θ de 35° a 48°, velocidad de 0,66° min−1, 35 V y 25 mA. La caracterización mediante Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) se realizó en un microscopio JEOL 6701F a 20 kV. Las imágenes fueron obtenidas mediante electrones retrodispersados para lograr un contraste composicional. Las imágenes fueron complementadas con microanálisis puntuales y mapeos elementales mediante un espectrómetro NORAN de energía dispersiva de rayos X (EDS).
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Diagramas de difracción de rayos X de las aleaciones (a) Zn-22%Al-2%Cu, (b) Zn-22%Al-2%Cu-1%Ag, (c) Zn-22%Al-2%Cu-2%Ag y (d) Zn-22%Al-2%Cu-3%Ag, envejecidas a 200 °C durante diferentes tiempos.
En el caso de las aleaciones con adición de Ag (
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Efecto de la adición de Ag en la evolución microestructural durante el envejecimiento a 200 °C para 0, 10 y 100 horas. (a–c) Zn-22%Al-2%Cu, (d–f) Zn-22%Al-2%Cu-1%Ag, (g–i) Zn-22%Al-2%Cu-2%Ag, y (j–l) Zn-22%Al-2%Cu-3%Ag. (a, d, g, j) 0 horas, (b, e, h, k) 10 horas, y (c, f, i, l) 100 horas.
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Por su parte, las
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Mapeo elemental de las aleaciones Zn-22%Al-2%Cu-1%Ag (columna izquierda), Zn-22%Al-2%Cu-2%Ag (columna media) y Zn-22%Al-2%Cu-3%Ag (columna derecha) después de un envejecido a 200 °C durante 100 horas. (a–c) Contraste composicional, (d–f) Zn, (g–i) Al, (j–l) Cu y (m–o) Ag.
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Evolución de la composición de la fase Φ en la aleación Zn-22%Al-2%Cu-3%Ag durante su envejecimiento a 200 °C.
A partir de los resultados obtenidos en el estudio mediante DRX y MEB de las aleaciones Zn-22%Al-2%Cu-X (X = 0, 1, 2 y 3%Ag) durante el envejecimiento artificial a 200 °C para diferentes tiempos, se concluye que: La adición de Ag promueve la formación de la fase Φ ((Cu,Ag)Zn4) en el sistema de aleación Zn-22%Al-2%Cu. La estabilidad de esta fase se obtiene después de 350 horas y 10 horas de envejecimiento a 200 °C, con adiciones de 2 y 3%Ag, respectivamente. La cinética de la reacción de cuatro fases se retarda de 5 hasta 25 horas con la adición de 2%Ag, mientras que la adición de 3%Ag inhibe completamente la formación de la fase de equilibrio τ
Los autores agradecen el apoyo recibido por CONACyT e IPN-SIP-PIFI.