Modelling of non-metallic particles motion process in foundry alloys

Modelización del proceso de movimiento de partículas no metálicas en aleaciones de fundición

En el presente estudio se analizó el comportamiento de las partículas no metálicas en los materiales compuestos seleccionados. Se realizaron cálculos de partículas flotando en líquidos de viscosidad diferente. Se realizaron simulaciones basadas en la ecuación de Stokes para partículas esféricas de SiC y, además, se analizó la influencia del tamaño de las partículas en el número de Reynolds.El movimiento de las partículas en la matriz metálica líquida está estrictamente relacionado con el problema de la formación de aglomerados.Algunas de las colisiones entre partículas no metálicas conducen a una conexión permanente entre ellas. La creación de un sistema de dos partículas esféricas y una fase metálica genera la fuerza de adhesión. Se ha descubierto que la fuerza de adhesión depende principalmente de la tensión superficial de la aleación líquida y del radio de las partículas no metálicas.

INTRODUCCIÓN

Los materiales compuestos basados en matrices metálicas se utilizan en diversos campos: construcción, industria aeronáutica, para productos de uso cotidiano y para equipamiento deportivo. El diseño de aleaciones de materiales compuestos de matriz metálica (MMC) ofrece un amplio espectro de posibilidades de obtención de materiales caracterizados por sus elevadas propiedades mecánicas y su resistencia térmica. El diseño de nuevos materiales es mucho más eficaz cuando se ayuda de la modelización y la simulación por ordenador [1-10]. Entre estos materiales compuestos, el grupo especial lo constituyen los materiales basados en la matriz de aleaciones Zn-Al. Las aleaciones tradicionales de Zn-Al se caracterizan por una alta resistencia a la abrasión y buenas propiedades de vertido [11-13]. Debido a ello, a partir de ellas se fabrican cojinetes y dispositivos que funcionan a altas temperaturas y cargas mecánicas. El constante aumento de los requisitos relativos a las aleaciones de metales no férreos permitió desarrollar materiales avanzados basados en la matriz Zn-Al, reforzados por partículas cerámicas y los denominados composites híbridos [14]. El refuerzo de la aleación mediante la introducción de partículas cerámicas mejora las propiedades mecánicas al aumentar la resistencia, la dureza y la resistencia a la abrasión, pero empeora las propiedades de mecanizado y las conductividades térmicas de estos materiales. En casos extremos, la introducción de una fase no metálica en una aleación puede tener efectos negativos causando el debilitamiento de las propiedades mecánicas. Los efectos de aglomeración y la salida flotante de partículas no metálicas de una aleación líquida, que cambia su ubicación en el compuesto fundido, son las razones de este debilitamiento.