Análisis termomecánico de esfuerzos residuales en muestras recubiertas con termorociado

Abstract

El presente trabajo es un análisis experimental de las deformaciones causadas por los esfuerzos térmicos residuales en materiales que han sido recubiertos por termo rociado. Esta técnica sugiere la deposición por capas de materiales de diferentes características sobre sustratos diversos con el fin de mejorar las propiedades del conjunto. El proceso implica el calentamiento sobre el punto de fusión de partículas de material de deposición y el posterior impacto de dichas partículas a altas velocidades sobre un material base para producir la juntura. Los cambios de temperatura y la diferencia de propiedades, específicamente, expansión térmica y modulo de elasticidad, entre el material base y el de deposición producen esfuerzos sobre el conjunto que pueden degenerar en fractura, de laminación, etc. Estos esfuerzos generan proporcionalmente esfuerzos sobre el material base y de recubrimiento. La medición de estas deformaciones como herramienta para entender y controlar la calidad del proceso de termo rociado es un tema de alto interés académico e industrial. Varios estudios se han realizado sobre el tema. Sin embargo, el alcance de este proyecto es escalar el modelo unidimensional predictivo de deformaciones y analizarlos sobre superficies en 2 y 3 dimensiones. Para esto se diseñó y construyó una dispositivo de medición en base a una sensor láser de distancia y un brazo robótico. El dispositivo tiene la capacidad de realizar barridos sobre la pieza para medir la deformación, curvatura y deflexión de la misma. Al comparar los valores experimentales junto con los obtenidos por equipos más sofisticados, el dispositivo mostró un alto desempeño en la medición de curvatura y predicción del módulo de Young. Se analizaron probetas de aluminio como material base con recubrimiento de alambre 100MXC (aleación de Fe, Cr, B, Mo, etc.) y se obtuvieron resultados de su deformación y esfuerzos térmicos. En primer lugar, el comportamiento elástico de los materiales sometidos a un ciclo térmico produce un comportamiento lineal. La linealidad de las rectas curvatura vs. Temperatura alcanzo valores superiores al 97% en todos los casos como predecía el modelo teórico desarrollado en 1D, con probetas más largas que anchas