Para más información, comuníquese con Donald S. Parker, Kennedy Space Center, donald.s.parker@NASA.gov
Los procesos de fundición y forja inadecuadas en la fabricación de aleación de aluminio 2219 pueden conducir a defectos microestructurales que dan lugar a una respuesta suboptimal a tratamientos superficiales anódicos y a un aumento de la susceptibilidad a la corrosión. Este Boletín Técnico comunica los riesgos de la fundición inadecuada y recomienda un paso homogeneizador seguido de la deformación multidireccional después del enfriamiento directo convencional, especialmente para las castings más grandes. 09/24/26 DOC ID: 20260008373
Antecedentes
Aluminum 2219 es una aleación resistente a la edad, sobre saturada, de aluminio-cobre desarrollada por Aluminum Company of America (Alcoa) en 1954, para servicio hasta 600 °F. Numerosas aplicaciones aeroespaciales incluyen vehículos de lanzamiento y espacio, incluyendo tanques de transporte espacial, y módulos presurizados de la Estación Espacial Internacional. Tiene excelentes propiedades criogénicas, soldabilidad, funcionalidad y propiedades mecánicas a bajas y altas temperaturas [1].
Problema/Isue Descripción
Casting 2219 ingots de aleación de aluminio es un proceso especializado utilizado para fabricar estructuras a gran escala que son forjadas o enrolladas posteriormente en formas de producto final. Los defectos internos de ingestión as-cast pueden incluir tamaños de grano dispares, macrosegregación de elementos de aleación, y intermetalólicos ricos en cobre agrupados y agrupados residuales, que pueden conducir a propiedades mecánicas y de corrosión insatisfactorias que incluyen baja ductilidad, baja resistencia y una distribución no uniforme de propiedades materiales en la forma final del producto. [2,11,12]
Estos defectos pueden ser un tanto mitigados con procesos post-casting, incluyendo deformación mecánica, tratamiento de solución, apagado y envejecimiento. Sin embargo, si los ingots ya poseen discontinuidades inverosímiles como la segregación interdendrítica, los intermetálicos de cobre grandes agrupados y agrupados, y los tamaños de granos dispares, ningún tratamiento termo-mecánico posterior remediará las deficiencias de las propiedades, especialmente para los tamaños de enigmas más grandes.
Homogenización como un paso esencial
La homogenización después del casting mejora mucho el procesamiento mecánico posterior de las propiedades finales. Los estudios muestran que las leyes de difusión de Fick impulsan los átomos de cobre altamente concentrados fuera de las zonas fronterizas interdendríticas, distribuyéndolos uniformemente a través de los granos de la matriz de aluminio; las fases residuales se disuelven en la matriz, y el grado de segregación de todos los elementos reduce drásticamente. Los parámetros de procesamiento de Homogenización deben ser optimizados para el espesor de sección transversal ingot para garantizar una respuesta térmica adecuada y uniforme. Wang et al., que se centraron en la homogeneización, utilizaron efectivamente una temperatura y tiempo de 535 °C durante 10 horas [3].
Las variables de optimización de la homogénización incluyen el punto de fusión, la cantidad y la tasa de disolución de la fase eutectica, el tamaño del enigma, el tamaño del grano y el contenido de cobre. Varios investigadores demostraron que herramientas como Diffraction (XRD) de rayos X o Calormetría de Escaneo Diferente (DSC) son herramientas valiosas para definir y verificar el paso de homogeneización [3,4,5,6,7,8,9]. La mejora de la microestructura y las propiedades mecánicas de aluminio homogenizado 2219 está bien documentada. Microscopio Eléctrico Escáner (SEM) imágenes de un estudio que examina aluminio 2219 con cantidades variables de cambio en la morfología de los límites del grano después de la homogeneización en la Figura 1.
En el cuadro que figura a continuación se enumeran los resultados de Wang et al. que examinaron los 2219 no homogéneos, que fueron falsificados y tratados con el temperamento T6. El 2219 homogenizado es claramente superior [3].
Deformación termomecánica Se ha demostrado que la deformación mecánica, como la forja —específicamente, la forja alterada— y la rodadura, seguida de tratamiento de solución y envejecimiento, han mejorado drásticamente la microestructura de aluminio 2219 mediante la creación de partículas Al2Cu de menor tamaño bien distribuidas y granos significativamente más pequeños que conducen a propiedades mecánicas mejoradas y menos anisotrópicas. En un ejemplo de muchos estudios, las propiedades mecánicas y microestructuras superiores se desarrollaron con un forja multidireccional de temperatura superior a 510 °C seguido de laminación caliente a 240 °C.
La forja molesta y la rodadura seguida de tratamiento de solución y envejecimiento llevó a una reducción significativa de la fracción de área de partículas gruesas Al2Cu (5,5% a 1,0%) debido a la disolución en la matriz. El tamaño de la hilera se redujo (230 micrometros a 58,6 micrometros) a través del aumento de la energía de almacenamiento y la nucleación de la baja temperatura. Por último, una fase de θ distribuida uniformemente aumentó en un 118%. Estos cambios en la microestructura dieron lugar a mejores propiedades de fuerza, alargamiento y fractura[10].
Recomendación/ Orientación
La homogenización tras el enfriamiento directo convencional es imprescindible para optimizar las propiedades finales de aluminio 2219 y debe incluirse explícitamente en las especificaciones de adquisición. Además, también se recomienda la verificación de la eficacia de la medida de homogeneización y podría incluir mediciones antes y después de micrografos, DSC o XRD. Los micrografos iniciales son útiles para verificar un enigma de alta calidad. La deformación multidireccional también es importante para ayudar a la fractura de partículas gruesas, la distribución de las fases al2Cu e intermetallicas, la recrystallización y la nucleación de nuevos granos que conducen a mejores propiedades mecánicas.
Referencias
1. NASA-CR-74545
2. NASA-CR-123777
3. Wang y otros, Materiales 2018, 11, 914.
4. Chen et al., Metals 2020, 10, 197.
5. Zhang y otros, Journal of Materials Research and Technology 2023, 27, 7470.
6. Gupta et al., Canadian Metallurgical Trimestral, 2006, 45, No. 3.
7. Xu et al., Metals 2021, 11, 174.
8. Zhang et al., Advanced Engineering Materials, 2024, 26.
9. Lin et al., Materiales 2023, 16, 433.
10. Zhang y otros, Journal of Materials Research and Technology 2023, 22, 1136.
11. NASA-TM-20230018439 12. NASA-TM-20240000329
