Publication: Development and optimization of an AA2014 powder metallurgy aluminium alloy, characterization and corrosion behavior
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Publication date
2014-10
Defense date
2014-10-15
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Abstract
The light density of aluminium has make it one of the main materials used in the aeronautic and automotive industries. Both industries are constantly trying to reduce weight to save costs in combustibles. When heat treated, aluminium alloys obtain values of specific strength that allows them to compete with ferrous alloys.
Powder metallurgy is an alternative to conventional manufacturing techniques, such as casting or forging. It can produce small pieces at high rate with a high complexity, requiring much less machining process, thus saving time, costs and raw material.
The aim of this project is the characterization and optimization of an aluminium alloy, AA2014 T4, manufactured by powder metallurgy.
The experimental procedures focused on the manufacture of samples of the alloy, following a conventional powder metallurgy route of press-and-sinter and optimizing the parameter of compaction pressure. A series of tests were carried out to evaluate the sample’s physical and mechanical properties, its microstructure and its corrosion resistance. This project includes: 1. A characterization of the starting powders, studying the distribution of particle sizes and the morphology of the powders. 2. Mixing of the powders with a lubricant, uniaxial compaction and characterization of the green part, measuring density, porosity and flexural strength. 3. Theoretical study of the sintering temperature, analyzing the phase diagram of the alloy and supporting the decision with a thermogravimetric analysis. 4. Sintering, heat treatment and characterization of the final product: density, porosity, flexural strength, hardness, microstructure (through X-rays crystallography and scanning electron microscope) and corrosion resistance (through electrochemical impedance spectroscopy).
La baja densidad del aluminio le ha convertido en uno de los materiales más usados en las industrias de aeronáutica y automoción. Ambas industrias buscan sin descanso reducir el peso de los vehículos para ahorrar costes en consumo de combustible. Después de un tratamiento térmico, las aleaciones de aluminio pueden alcanzar valores de resistencia específica que les permiten competir con aleaciones férreas. La metalurgia de polvos es una alternativa a las técnicas de fabricación convencionales, como moldeo o forja. Con ella, es posible producir piezas de pequeño tamaño con una gran complejidad, requiriendo menos mecanización, lo que ahorra tiempo, coste y material. El objetivo de este proyecto es caracterizar y optimizar una aleación de aluminio, AA2014 T4, fabricada por metalurgia de polvos. El procedimiento experimental se centró en fabricar muestras de la aleación, siguiendo una ruta convencional de metalurgia de polvos de press-and-sinter, y en optimizar el parámetro de presión de compactación. Se realizaron una serie de experimentos de cara a evaluar las propiedades físicas y mecánicas de las muestras, además de observar su microestructura y su resistencia a corrosión. Este proyecto incluye: 1. Una caracterización de los polvos de partida, incluyendo distribución de tamaños de partícula y morfología de los polvos. 2. Mezclado de los polvos con un lubricante, compactación uniaxial y caracterización de la muestra en verde, midiendo densidad, porosidad y resistencia a flexión. 3. Estudio teórico de la temperatura de sinterizado, analizando el diagrama de fases de la aleación y realizando un análisis termogravimétrico para apoyar la decisión. 4. Sinterizado, tratamiento térmico y caracterizado del producto final: densidad, porosidad, Resistencia a flexión, dureza, microestructura (a través de difracción de rayos X y microscopía de barrido electrónica) y resistencia de corrosión (usando espectroscopia de impedancia electroquímica).
La baja densidad del aluminio le ha convertido en uno de los materiales más usados en las industrias de aeronáutica y automoción. Ambas industrias buscan sin descanso reducir el peso de los vehículos para ahorrar costes en consumo de combustible. Después de un tratamiento térmico, las aleaciones de aluminio pueden alcanzar valores de resistencia específica que les permiten competir con aleaciones férreas. La metalurgia de polvos es una alternativa a las técnicas de fabricación convencionales, como moldeo o forja. Con ella, es posible producir piezas de pequeño tamaño con una gran complejidad, requiriendo menos mecanización, lo que ahorra tiempo, coste y material. El objetivo de este proyecto es caracterizar y optimizar una aleación de aluminio, AA2014 T4, fabricada por metalurgia de polvos. El procedimiento experimental se centró en fabricar muestras de la aleación, siguiendo una ruta convencional de metalurgia de polvos de press-and-sinter, y en optimizar el parámetro de presión de compactación. Se realizaron una serie de experimentos de cara a evaluar las propiedades físicas y mecánicas de las muestras, además de observar su microestructura y su resistencia a corrosión. Este proyecto incluye: 1. Una caracterización de los polvos de partida, incluyendo distribución de tamaños de partícula y morfología de los polvos. 2. Mezclado de los polvos con un lubricante, compactación uniaxial y caracterización de la muestra en verde, midiendo densidad, porosidad y resistencia a flexión. 3. Estudio teórico de la temperatura de sinterizado, analizando el diagrama de fases de la aleación y realizando un análisis termogravimétrico para apoyar la decisión. 4. Sinterizado, tratamiento térmico y caracterizado del producto final: densidad, porosidad, Resistencia a flexión, dureza, microestructura (a través de difracción de rayos X y microscopía de barrido electrónica) y resistencia de corrosión (usando espectroscopia de impedancia electroquímica).
Description
Keywords
Aluminium alloys, AA2014, Powder metallurgy, Sintering, EIS, Aleaciones de aluminio, Pulvimetalurgia, Sinterizado