En la presente investigación se procesaron por ECAP dos aleaciones de Al con motivaciones y objetivos distintos. El primer material es una aleación con denominación comercial Al 7075, y fue seleccionada para el estudio de su comportamiento mecánico a temperaturas intermedias y altas. El segundo material, una aleación de Al-7%Si de colada, fue seleccionada para el estudio del
comportamiento mecánico de las muestras procesadas a Ta. Por ello, la
investigación está dividida en dos bloques, cada uno dedicado a una aleación, los cuales se plantean a continuación:
1) El primer bloque está dedicado al procesado por ECAP de una aleación de Al 7075 para la mejora de su comportamiento superplástico a temperaturas intermedias. Es una aleación que pertenece al sistema Al-Zn-Mg-Cu, extensamente utilizada en la industria aeronáutica por su capacidad de endurecimiento por precipitación. Sin embargo, para su conformado superplástico son necesarias temperaturas muy altas y velocidades de deformación demasiado lentas para que sea viable su producción a gran escala.
Generalmente, los materiales procesados por SPD presentan un inconveniente importante, que es la inestabilidad térmica de la estructura de (sub)granos, que engrosan al someterlos a temperatura. La tendencia más usual durante los últimos años ha sido mejorar la estabilidad microestructural mediante la adición de pequeñas cantidades de elementos como Sc o Zr en la composición de las aleaciones a procesar [15]. Estos elementos forman precipitados de tamaño submicrométrico que actúan retardando el crecimiento de grano durante los ensayos a temperatura, permitiendo deformaciones superplásticas a temperaturas más elevadas que los materiales convencionales.
Por otro lado, en algunos trabajos sobre procesados por SPD en aleaciones de Al se ha mostrado que las microestructuras ultrafinas muestran ductilidades más altas de lo habitual a temperaturas intermedias-bajas (cercanas a 0,5Tf) [16-18].
Son temperaturas a las que las microestructuras muestran un crecimiento de grano suficientemente lento y a las que se han llegado a registrar alargamientos a rotura en tracción, eF, por encima de un 200% (alargamiento mínimo para aplicaciones
de conformado superplástico). Esto contrasta con las temperaturas de conformado normalmente utilizadas en aleaciones de Al, aproximadamente ~0,8Tf [19]. En
esta investigación se pensó focalizar en el procesado que permitiera el descenso de las temperaturas de conformado a temperaturas 0,5-0,6Tf sin la necesidad de
añadir Sc y Zr a la composición. Esta idea es interesante desde el punto de vista tecnológico ya que supondría una gran reducción de los costes de producción. Además, desde un punto de vista científico, los parámetros microestructurales y mecánicos observados en las aleaciones procesadas por SPD ensayadas a estas temperaturas difieren de los parámetros característicos habituales de fluencia. Es por esto que hay cierta controversia acerca del mecanismo responsable del aumento de la ductilidad, y se han propuesto dos posibilidades: movimiento de
dislocaciones controlado por solución sólida (“solute drag”, SD) y deslizamiento de fronteras de grano (DFG).
Los objetivos principales son: desde el punto de vista tecnológico, procesar la aleación Al 7075 por ECAP para obtener un (sub)grano lo suficientemente fino cuya ventana de temperaturas a la que se observa deformación superplástica sea lo más baja posible, sin la necesidad de Sc y Zr en la composición. Dicha ventana superplástica, esquematizada en la Fig. 1.2, estaría delimitada por una temperatura mínima, Tmin, a partir de la cual se observaría deformación superplástica, y una
temperatura máxima, Tmax, limitada por el crecimiento excesivo del grano de la
aleación. Desde el punto de vista científico, se pretende aclarar el mecanismo de fluencia responsable del incremento de la ductilidad dentro del intervalo Tmin-Tmax
de las muestras procesadas, atendiendo a los parámetros microestructurales y mecánicos obtenidos en su caracterización.
2) El segundo bloque está dedicado al procesado por ECAP de una aleación de Al-7%Si de colada para la mejora de su comportamiento mecánico a temperatura ambiente. Las aleaciones de Al-Si son muy utilizadas en la industria aeronáutica y especialmente automovilística. La razón principal por la que se utilizan de Al-Si es por su buena colabilidad y capacidad para adoptar formas complicadas durante la colada. Aunque gracias a los tratamientos de endurecimiento por precipitación presentan una resistencia mecánica razonablemente alta, la heterogeneidad de las
Fig. 1.2. Esquema del intervalo de temperaturas en el que un material con grano submicrométrico muestra superplasticidad.
microestructuras de colada hacen que presenten ductilidades muy bajas.
La mayoría de las aleaciones de Al procesadas por ECAP hasta la fecha consisten en aleaciones policristalinas monofásicas o con poca presencia de partículas de otras fases. El efecto de las rutas de procesado por ECAP en el desarrollo microestructural se ha abordado generalmente desde el punto de vista de la efectividad de cada ruta en el afino de grano y en la generación de fronteras de grano de ángulo alto. Los resultados existentes en la literatura sugieren que el mecanismo de afino de grano depende del modo de deformación de cada ruta de procesado. Sin embargo, la imposibilidad de distinguir la evolución de las estructuras de grano originales después de cierta deformación impide el seguimiento de los procesos ocurridos en el interior de un grano original durante la deformación severa. Por lo tanto, no se sabe mucho sobre la influencia de la ruta de procesado en el mecanismo de afino microestructural. Se pensó entonces que el constituyente eutéctico en una aleación Al-7%Si actuaría como marcador de la deformación sufrida durante el procesado por ECAP, delimitando las dendritas de Al primario. Por ello, se recurrió a este hecho para estudiar el mecanismo de afino de grano ocurrido en regiones de Al primario inicialmente libres de deformación, perfectamente distinguibles.
Por otro lado, hay pocos trabajos sobre procesado por ECAP de aleaciones de Al con gran presencia de otras fases como aleaciones de Al-Si de colada o materiales compuestos particulados de matriz de Al. En estos materiales, la distribución de las partículas es determinante en su ductilidad a Ta, de forma que
distribuciones homogéneas de partículas son deseables para optimizar la ductilidad y tenacidad del material. Estos materiales son poco dúctiles y difíciles de procesar por SPD y en la mayoría de los casos reportados se procesaron a altas temperaturas. Además, en todos los trabajos de la bibliografía consultada, se procesaron utilizando una única ruta de ECAP, por lo que poco se sabía del efecto de las diferentes rutas de procesado en la distribución de partículas y ductilidad finales.
Al seleccionar esta aleación se abordaban los siguientes objetivos: desde el punto de vista tecnológico, se pretendía el procesado por ECAP de la aleación Al- 7%Si por diferentes rutas y encontrar la ruta óptima para la mejora de las propiedades mecánicas a Ta. Al procesar a Ta se pretendía la mejora tanto de la
resistencia, por medio del afino de grano, como de la ductilidad, por medio de la homogeneización de la distribución de partículas de Si. Desde el punto de vista científico, se pretendía aprovechar la presencia del constituyente eutéctico como
marcador de la deformación ocurrida durante el procesado por ECAP y profundizar así en el conocimiento del desarrollo de la microestructura a escalas macroscópica y microscópica.