Análisis multiescala de tensiones residuales en una aleación de aluminio monofásica policristalina

Resumen

Las exigencias actuales a las que se someten a los materiales de altas prestaciones, como los utilizados en la industria aeroespacial, aeronáutica y del transporte, requieren un conocimiento exhaustivo de sus propiedades mecánicas. En particular, el conocimiento del estado de tensiones residuales es fundamental para mejorar el comportamiento mecánico del material y su tiempo de vida en servicio en las aplicaciones estructurales para las cuales están diseñados. Las Tensiones Residuales, TR, se generan tanto en la superficie como en el interior del material solo por el hecho de someterlo a procesos termomecánicos no homogéneos. Son las tensiones que están presentes en ausencia de una carga externa aplicada. Se dividen en distintas categorías dependiendo de la escala en la que varían. Así, se tienen TR macroscópicas (tipo I), que varían en la escala de las dimensiones de la muestra, y TR microscópicas, que varían en la escala del tamaño de grano (tipo II) o inferior (tipo III). Ambas están íntimamente relacionadas con la microestructura del material y el proceso termomecánico al que se ha sometido, pero su determinación y el efecto en el comportamiento mecánico de los metales es muy diferente. Habitualmente, cuando en el diseño estructural se tienen en cuenta estas tensiones, sólo se atiende a la influencia de las TR macroscópicas ya que hasta la fecha no existen estudios que cuantifiquen la magnitud de las tensiones microscópicas en aleaciones monofásicas. En este trabajo se pretende avanzar en el ámbito de las TR microscópicas, tipo II, presentes en una aleación monofásica policristalina. Para ello se ha establecido un protocolo de separación de tensiones, que permite cuantificarlas. Para el estudio se ha utilizado una aleación monofásica de aluminio y se ha recurrido a modelos existentes y conceptos que ya se emplean en materiales polifásicos o compuestos (con dos o más fases bien diferenciadas que poseen distintas propiedades físico-químicas). Otro de los retos que aborda esta investigación es determinar, mediante el desarrollo de un modelo elastoplástico, una ecuación que permita describir el estado de TR intergranulares, TRI, que son aquellas que se manifiestan entre granos vecinos como consecuencia de soportar esfuerzos o tensiones diferentes (tipo II). Los principales objetivos de este trabajo son: en primer lugar llevar a cabo un análisis multiescala de las TR y correlacionarlo con la microestructura del material. En segundo lugar, estudiar el proceso de relajación de dichas TR con el fin de obtener parámetros cinéticos a través de la correlación entre los fenómenos de relajación de tensiones residuales y los fenómenos de fluencia convencionales. El estudio de TR se ha realizado a partir de medidas de la distancia interplanar obtenidas mediante difracción de radiación sincrotrón en una aleación de aluminio monofásica policristalina.