efectos de la adición de cenizas de cascara de arroz y partículas de sillar en polvos de aluminio

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Efectos de la Adici ´ on de Cenizas de Cascara de Arroz y Part´ ıculas de Sillar en Polvos de Aluminio Ing. Carlos Medina C´ aceres a , Ing. Edgar V´ eliz Llayqui a y Ing. Guido Quispe Ampuero a Facultad de Ingenier´ ıa de Procesos. Departamento Acad´ emico de Ingenier´ ıa Metal ´ urgica y Materiales. Universidad Nacional de San Agust´ ın. Arequipa - Per ´ u. RESUMEN El presente trabajo esta orientado a mejorar las propiedades mec´ anicas del Aluminio sinterizado, mediante la adici´ on de part´ ıculas de cenizas de c´ ascara de arroz y part´ ıculas de sillar, esto lo convierte en comp´ ositos de matriz met´ alica reforzado con part´ ıculas cer´ amicas. El nuevo material se ha preparado experimentalmente en los laboratorios de Metal´ urgica y Materiales por Tecnolog´ ıa de Polvos, antes de proceder a la mezcla de polvos se caracteriz ´ o las cenizas de c´ ascara de arroz y part´ ıculas de sillar y el polvo de aluminio en el microscopio electr´ onico de Barrido. Posteriormente se realiz´ o la mezcla mec´ anica, adicionando 12 % en volumen de cenizas de c´ ascara de arroz y part´ ıculas de sillar en los polvos de aluminio, se efectu´ o la compactaci´ on con presiones de 700, 800 y 900MPa y la sinterizaci´ on de comp ´ ositos verdes se desarrollo en atm´ osfera reductora a 550 C durante 45 minutos. Se evaluaron las variables: Densidad y dureza,; as´ ı mismo se valor´ o el costo de la part´ ıcula reforzante. Es importante destacar, que las cenizas de c´ ascara de arroz y part´ ıculas de sillar constituyen un residuo y ripio reciclable (protecci ´ on del medio ambiente) de uso industrial, que empleados como materia prima permitir´ a disminuir los costos en la elaboraci ´ on de materiales comp ´ ositos, con propiedades y caracter´ ısticas similares a los comp ´ ositos reforzados con carburo de silicio y oxido de aluminio. Los materiales comp ´ ositos obtenidos en la presente investigaci´ on, no se procesan actualmente en la regi ´ on y puede ser de inter´ es y potencialmente aplicable a partes de uso industrial, porque poseen propiedades y caracter´ ısticas superiores a los materiales tradicionales. Palabras clave: Aluminio sinterizado, cenizas de c´ ascara de arroz, part´ ıculas de sillar, comp´ ositos. ABSTRACT This work is aimed at improving the mechanical properties of sintered aluminum, by adding particles of rice husk ash and particles of ashlar, this makes for metal matrix composites reinforced with ceramic particles. The new material has been prepared experimentally in the laboratory of Metallurgy and Materials by Powder Technology, prior to the powder mixture is characterized the rice husk ash and particles of ashlar and aluminum powder in the scanning electron microscope. Later the mechanical mixing, adding 12 % by volume of rice husk ash and particles of ashlar aluminum powders, compaction was carried out at pressures of 700, 800 and 900 MPa and sintering of green composites was developed atmosphere reducing to 550 o C for 45 minutes. Variables were evaluated: density and hardness, and it was assessed the cost of reinforcing particles. Importantly, the rice husk ash and particles of ashlar are a waste and rubble recyclable (environmental protection) for industry, which used as raw material will reduce the costs of production of composite materials with properties and similar to the composites reinforced with silicon carbide and aluminum oxide. Composite materials obtained in this investigation, not currently processed in the region and maybe of interest and potentially applicable to parts for industrial use, because they have properties and superior features to traditional materials. Keywords: sintered aluminum, particles of ashlar, composites. 1–10 | 1

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Caracteristicas de las cenizas de cascarilla de arroz

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  • Efectos de la Adicion de Cenizas de Cascara de Arroz y Partculas deSillar en Polvos de Aluminio

    Ing. Carlos Medina Caceresa, Ing. Edgar Veliz Llayquia y Ing. Guido Quispe Ampueroa

    Facultad de Ingeniera de Procesos.Departamento Academico de Ingeniera Metalurgica y Materiales.Universidad Nacional de San Agustn.Arequipa - Peru.

    RESUMEN

    El presente trabajo esta orientado a mejorar las propiedades mecanicas del Aluminio sinterizado, mediante la adicion departculas de cenizas de cascara de arroz y partculas de sillar, esto lo convierte en compositos de matriz metalica reforzado conpartculas ceramicas.

    El nuevo material se ha preparado experimentalmente en los laboratorios de Metalurgica y Materiales por Tecnologa de Polvos,antes de proceder a la mezcla de polvos se caracterizo las cenizas de cascara de arroz y partculas de sillar y el polvo de aluminioen el microscopio electronico de Barrido. Posteriormente se realizo la mezcla mecanica, adicionando 12 % en volumen decenizas de cascara de arroz y partculas de sillar en los polvos de aluminio, se efectuo la compactacion con presiones de 700,800 y 900MPa y la sinterizacion de compositos verdes se desarrollo en atmosfera reductora a 550 C durante 45 minutos.

    Se evaluaron las variables: Densidad y dureza,; as mismo se valoro el costo de la partcula reforzante. Es importante destacar,que las cenizas de cascara de arroz y partculas de sillar constituyen un residuo y ripio reciclable (proteccion del medio ambiente)de uso industrial, que empleados como materia prima permitira disminuir los costos en la elaboracion de materiales compositos,con propiedades y caractersticas similares a los compositos reforzados con carburo de silicio y oxido de aluminio.

    Los materiales compositos obtenidos en la presente investigacion, no se procesan actualmente en la region y puede ser de interesy potencialmente aplicable a partes de uso industrial, porque poseen propiedades y caractersticas superiores a los materialestradicionales.

    Palabras clave: Aluminio sinterizado, cenizas de cascara de arroz, partculas de sillar, compositos.

    ABSTRACT

    This work is aimed at improving the mechanical properties of sintered aluminum, by adding particles of rice husk ash andparticles of ashlar, this makes for metal matrix composites reinforced with ceramic particles.

    The new material has been prepared experimentally in the laboratory of Metallurgy and Materials by Powder Technology, priorto the powder mixture is characterized the rice husk ash and particles of ashlar and aluminum powder in the scanning electronmicroscope. Later the mechanical mixing, adding 12 % by volume of rice husk ash and particles of ashlar aluminum powders,compaction was carried out at pressures of 700, 800 and 900 MPa and sintering of green composites was developed atmospherereducing to 550 oC for 45 minutes.

    Variables were evaluated: density and hardness, and it was assessed the cost of reinforcing particles.

    Importantly, the rice husk ash and particles of ashlar are a waste and rubble recyclable (environmental protection) for industry,which used as raw material will reduce the costs of production of composite materials with properties and similar to thecomposites reinforced with silicon carbide and aluminum oxide.

    Composite materials obtained in this investigation, not currently processed in the region and maybe of interest and potentiallyapplicable to parts for industrial use, because they have properties and superior features to traditional materials.

    Keywords: sintered aluminum, particles of ashlar, composites.

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  • 1. Introduccion

    La forma de vivir del hombre moderno en el siglo XXI,cohesiona con una adecuada innovacion Tecnologica paraelaborar partes de su uso industrial, a partir de polvos deAluminio, reforzado con partculas de ceniza de cascara dearroz y partculas de sillar.

    Actualmente en los laboratorios de Metalurgica y Ma-teriales se esta disenando y construyendo un equipo deLaboratorio para obtener polvo de Aluminio por atomizaciona pequena escala, as mismo se cuenta con un horno electricocuya temperatura es 12000 0, el cual se usa para obtenercenizas de cascara de arroz, la materia prima proviene delvalle de Camana y partculas de sillar proviene de las canterasde Anashuayco, tambien cabe indicar se cuenta con unaprensa hidraulica de 100 Tn/pulg2, un durometro Rockwell,Rop-tap, balanza electronica y matrices.

    En el ambito Local, Regional y Nacional, es de vitalimportancia generar la innovacion tecnologica de materialescompositos, ya que ello contribuye al desarrollo de aplica-ciones industriales.

    La necesidad de tener materiales cada vez mas resistentesy economicos, lleva a la ingeniera a producir materialescompositos, los cuales reemplazaran a los materiales tradi-cionales.

    La pulvimetalurgia toma polvos metalicos con ciertascaractersticas como tamano, forma y empaquetamiento paraluego crear una figura de alta dureza y precision.

    Los pasos claves incluyen la compactacion del polvo y launion de partculas por medio de la sinterizacion.

    Teniendo como objetivos:

    1. Identificar compositos con mejores caractersticas quelos productos que no tienen refuerzos de tipo ceramico,debido a las propiedades de las partculas ceramicas, quehacen que los compositos se aligeren en peso y presentenuna alta dureza.

    2. Precisar que la ceniza de la cascara de arroz y partculasde sillar son reforzantes ceramicos para elaborar materi-ales compositos.

    3. Verificar que la ceniza de la cascara de arroz y partcu-las de sillar son un residuo reciclable de uso industrial yproteccion del medio ambiente.

    1.1. Pulvimetalurgia (PM)

    El atractivo mayor de la PM es la habilidad de fabricarpiezas de formas complejas con excelentes tolerancias y de

    a Avenida Independencia s/n. Campus Universitario Area Ingeniera. Are-quipa. Peru. Fax: 5154-289902; Tel: 5154-450852, 51-958592344; E-mail:[email protected]

    alta calidad relativamente barato. En resumen, la PM tomapolvos metalicos con ciertas caractersticas como tamano, for-ma y empaquetamiento para luego crear una figura de altadureza y precision. La PM es el estudio del procesamiento depolvos metalicos, incluyendo la fabricacion, caracterizacion yconversion de polvos metalicos en componentes ingenierilesutiles. Las secuencias de procesamiento involucran la apli-cacion de leyes basicas de calor, trabajo y deformacion. Esel procesamiento el que cambiara la forma, propiedades y es-tructura del polvo para obtener el producto final. Tres pasosprimordiales se ilustran en la Fig 1.

    Fig. 1 Procesamiento de pulvimetalurgia.

    1.2. Compactacion

    Los polvos sometidos, a presion a la temperatura ambi-ente, quedan compactos y forman solidos de la forma deseada,se disminuye la porosidad y se aumenta la densidad relativaadquiriendo una resistencia metalica que permite manipular-los, como se muestra en la Fig 2.

    Fig. 2 Relacion entre la densidad y la presion.

    La soldadura por presion de las partculas metalicas paraformar briquetas macizas de acuerdo a la clase de polvo yla forma deseada exige presiones comprendidas entre 700y 4000 Kg/cm2 (5 a 100 toneladas/pulg2). Para el caso dealuminio se trabaja desde 200 a 900 MPa.

    La operacion de prensado se logra con la ayuda de prensashidraulicas las cuales cumplen con los ciclos de prensado. Fig3.

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  • Fig. 3 Prensa Hidraulica.

    1.3. Sinterizacion

    La sinterizacion es el tratamiento termico de partculasindividuales o de un cuerpo poroso, con o sin aplicacionde presion externa en la cual algunos o la totalidad de laspropiedades del sistema son modificados por la reduccion dela entalpa libre, donde quedan retenidas las suficientes fasessolidas para asegurar la habilidad de la forma.

    Fig. 4 Fenomenos que conducen al equilibrio.

    Las variables de la sinterizacion son: la temperatura, eltiempo, la atmosfera del horno y las velocidades de enfri-amiento y calentamiento.

    Las temperaturas empleadas en la sinterizacion para soldarentre si las partculas de los polvos prensados en fro dependende las presiones aplicadas, de tipo de polvo y de la resistenciamecanica exigida en las piezas acabadas. El efecto del tiempose representa graficamente por la curva de la Fig 5.

    Los factores que influyen en la contraccion son: el tamanode partcula; presion empleada en el prensado en fro; temper-atura de sinterizacion, y tiempo empleado en la misma.

    Fig. 5 Prensa Hidraulica.

    2. Estudio Experimental

    2.1. Caractersticas del Material

    Para desarrollar el presente trabajo de investigacion dealeaciones de aluminio reforzado con, cenizas de cascara dearroz y partculas de sillar, se eligio el proceso de Pulvimet-alurgia.

    Estos materiales compuestos, al igual que todos los produc-tos metalicos pulvimetalurgicos, se obtuvieron del modo sigu-iente:

    1. Preparacion de polvos.

    2. Homogenizacion.

    3. Compactacion.

    4. Sinterizacion de los Compactos.

    Para ello, previamente se caracterizo el polvo de aluminio,y cenizas de cascara de arroz y partculas de sillar, en cuantoa estructura, tamano de partculas y composicion, al micro-scopio Electronico de Barrido SEM Phillips XL 20.

    Para realizar la distribucion granulometrica, se pesa 200gramos de polvo de Aluminio en una balanza Analtica, y setamiza en un roptap durante 30 minutos. La distribucion de38 a 63 m, se usa para mezclar con partculas de sillar ycenizas de cascara de arroz, al 12 % en volumen. Para lograruna mezcla homogenea es necesario usar un aglutinante paraunirlos, se usa estearato de aluminio.

    Se realiza el proceso de mezclado, por cuarteado, luegode lo cual, se obtiene una distribucion homogenea, la mezclaas obtenida se deja a temperatura ambiente y lista para lacompactacion en verde.

    Para realizar el proceso de compactacion, se utiliza unamatriz de 2O mm de diametro interior y una presion de 700a 900 Mpa, despues de esto los compactos verdes se cubrencon papel de Aluminio y se introducen en el horno electricoen una caja de acero, previamente protegido por Carbonato deBario (30 %) y carbon vegetal (70 %), para obtener atmosfera

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  • reductora, la temperatura de sinterizacion es de 550 C.

    Las muestras ya sinterizadas son valoradas en cuanto a den-sidad, dureza especfica, micro estructura SEM y Optico. Ladensidad se evalua previo calculo del volumen y el peso decompactos sinterizados; los valores de dureza se obtuvieronen el durometro Brinell.

    Fig. 6 Prensa Hidraulica.

    2.2. Distribucion granulometrica

    Para realizar la distribucion granulometrica, se pesa 200gramos de polvo de Aluminio y se tamiza durante 30 minu-tos. En la tabla 1 se muestra la distribucion granulometricade los polvos de Aluminio, determinado segun norma ASTM8214.

    Cuadro 1 Distribucion granulometrica.

    N de Fraccion Peso Polvo de AlMalla m (gr) % en peso200 75 0.90 0.45250 63 66.94 33.47325 45 116.91 55.45

    Fondo 38 15.25 7.63

    2.3. Caracterizacion del polvo de Aluminio

    El polvo de Aluminio posee partculas tridimensionales ir-regulares, con una calidad de superficie irregular y una estruc-tura interna compacta. Siendo 38 a 63 m el tamano de mayorcantidad de partculas de aluminio, lo cual fue observado enel Microscopio Electronico de Barrido SEM Phillips XL 2O.Fig 7.

    El espectro y composicion qumica, observados en elMicroscopio Electronico de Barrido SEM Phillips XL 2O, semuestra la figura 8 el espectro detecta la presencia de 68.40 %de aluminio, 7.06 de cobre, 1.12 de magnesio, 1.49 % de

    Fig. 7 Morfologa del polvo de aluminio.

    hierro, 0.48 % de silicio y 0.54 % de manganeso.

    Este tipo de aleacion de aluminio pertenece a la serie 6061segun la norma H35.1 de las normas ANSI. La densidadaparente del aluminio es 1.25 gr/cc.

    Fig. 8 Espectro y composicion qumica del polvo de aluminio.

    2.4. Caracterizacion de las Cenizas de cascara de Arroz

    La composicion qumica de la ceniza de la cascara de arrozesta expresada en el cuadro 2.

    Procedimiento para obtener Cenizas de cascara de arroz:La morfologa de las cenizas de cascara de arroz se observa

    al Microscopio Electronico de Barrido, que presenta un as-pecto fibroso particulado, la ceniza obtenida de la cascara dearroz, muestra un valor de 184 m, esto es debido al aspectofibrilar que presenta la Slice, siendo su densidad 2.2 gr/cc.

    2.5. Caracterizacion de las Partculas de Sillar

    La morfologa de las partculas de sillar se observa en elMicroscopio Electronico de Barrido SEM Phillips XL 20 las

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  • Cuadro 2 Composicion qumica de la ceniza de la cascara de arroz.

    Composicion PorcentajeQumica ( %)

    CaO 0.77MgO 0.53Fe2O3 0.25K2O 1.05NaO2 0.30Al2O3 0.27MnO 0.14TiO2 0.01P2O5 1.00

    SiO2 (Silica) 97Perdida 0.20

    Fig. 9 Diagrama de flujo del proceso de obtencion de slice a partirde la cascara de arroz.

    partculas muestran un valor de 80 m siendo su densidad de1.26 gr/cc, partculas de sillar provienen de las canteras deAnashuayco, color blanco, textura vitral fragmental siendo sucomposicion qumica de acuerdo al cuadro 3.

    2.6. Diseno Experimental

    Para desarrollar el experimento se preparan nueve probetas,tres de Aluminio como patron, tres probetas con cenizasde cascara de arroz y tres probetas con partculas de sillar,Cuadro 4.

    Para lo cual se mantuvo una masa de nueve granos, una pre-sion de 700, 800 y 900 MPa y 12 % en volumen de los polvosreforzantes, estas muestras se sinterizaron a 550 C, durante45 minutos.

    2.7. Sinterizacion de Compactos Verdes

    Las probetas se someten a una sinterizacion que consiste enun calentamiento de las muestras compactadas a una temper-

    Cuadro 3 Composicion qumica del sillar.

    Compuesto %SiO2 74.63

    Al2O3 13.63Fe2O3 1.05FeO 0.12MgO 0.16CaO 0.67Na2O 3.58K2O 4.86

    H2O(+) 0.64H2O(-) 0.20

    CO2 -SO3 0.03Cl 0.08

    Ti2O 0.18P2O5 0.01MnO 0.04BaO 0.05SnO 0.01Pb2O 0.02Li2O 0.01B2O3 0.06F(+) 0.02

    Cuadro 4 Diseno experimental para compactacion y sinterizacion.

    Masa Presion Temp. Tiempo Reforzante(gr) (Mpa) (C) (min) ( %volumen)

    9 700 550 45 Aluminio9 800 550 45 Aluminio9 900 550 45 Aluminio9 700 550 45 CCA9 800 550 45 CCA9 900 550 45 CCA9 700 550 45 Sillar9 800 550 45 Sillar9 900 550 45 Sillar

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  • Fig. 10 Morfologa de las cenizas de cascara de arroz.

    atura de 550 C en donde, por procesos de difusion en estadosolido se logra la union de las partculas. ASTM S595 Y B311.

    Cuadro 5 Densidad y dureza de sinterizados de aluminio.

    Presion Al Temp. Densidad Dureza(Mpa) (gr) (C) (gr/cc) (HB)700 9 550 2.70 70800 9 550 2.69 76900 9 550 2.68 80

    El cuadro 5 muestra que la densidad del Aluminio no varacon la Temperatura y Presion, segun fundamento teorico, perohay variacion de dureza con la variacion de presion.

    Cuadro 6 Densidad y dureza de los sinterizados de Al-CCA.

    Presion Al Temp. Densidad Dureza(Mpa) (gr) (C) (gr/cc) (HB)700 12 550 2.44 182800 12 550 2.42 210900 12 550 2.40 230

    El cuadro 6 presenta que la densidad del composito Al-CCA es bajo respecto al patron, pero hay aumento de la den-sidad con el aumento de presion y variacion de dureza con lavariacion de presion.

    2.8. Dureza Especfica

    En los nuevos materiales la dureza especifica es la relacionentre la dureza y la densidad, nos permite observar comomejorar las durezas con una menor o mayor compactividad.El cuadro 8 muestra que los valores de dureza especfica seincrementan con el aumento de la presion de 700 a 900MPa.

    3. Analisis, interpretacion y discusion de resul-tados

    El comportamiento del polvo de Aluminio reforzado conpartculas de sillar y cenizas de cascara de arroz, conformadoen verde y sinterizado, tiene como objetivos:

    Cuadro 7 Densidad y dureza de los sinterizados Al-Sillar.

    Presion Al Temp. Densidad Dureza(Mpa) (gr) (C) (gr/cc) (HB)700 12 550 2.45 205800 12 550 2.37 226900 12 550 2.28 244

    Cuadro 8 Valores de dureza especifica.

    Presion Al CCA Sillar(Mpa) (gr)

    700 25.92 75.20 83.67800 28.25 81.71 95.36900 29.85 86.47 107.02

    1. Identificar nuevos valores de dureza respecto al Alu-minio.

    2. Evaluar la dureza, densidad y densidad especifica.

    3.1. Analisis de la Distribucion Granulometrica

    La figura 11 muestra un histograma de frecuencias dondela fraccion de 45 a 63pm tiene 91 %, los finos de 38pni tieneun 8 %, lo que influye positivamente en el proceso de com-pactacion y mayores a 75pm se tiene 1 %

    Fig. 11 Distribucion granulometrica.

    3.2. Analisis de la densidad de sinterizado

    La figura 12 muestra para Aluminio una curva de densidadconstante a medida que se incrementa la presion. Para alu-minio + CCA, se tiene la curva de densidad creciente a medidaque se incrementa la presion.

    3.3. Analisis de valores de dureza

    La figura 13 muestra valores de dureza bajo y constantepara Aluminio puro, se bserva que los valores de dureza sonbastante altos para los materiales reforzados con cenizas decascara de arroz y partculas de sillar.

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  • Fig. 12 Densidad de sinterizados.

    Fig. 13 Dureza de los sinterizados.

    3.4. Analisis de dureza especifica

    La dureza especifica es, en estos nuevos materiales larelacion entre dureza y su respectiva densidad, que nospermite observar cuando mejoran las propiedades mecanicascon una menor y mayor compacticidad.

    La figura 14, muestra valores de dureza especfica altos,para el material reforzado con cenizas de cascara de arroz sonbastante respecto al Aluminio.

    Fig. 14 Durezas especificas.

    3.5. Analisis de densidad comparativa

    Con la posibilidad de competir este nuevo material en cuan-to a densidades, respecto al aluminio, dando que la nueva tec-nologa es obtener nuevos materiales con mejores propiedades

    y con menor peso por densidad de volumen, se ha elaboradoel cuadro 9.

    Cuadro 9 Densidad comparativa de nuevo material.

    Tipo de DensidadMaterial (gr/cc)Aluminio 2.70Al + CCA 2.42Al + Sillar 2.28

    Fig. 15 Densidad comparativa de los nuevos materiales.

    3.6. Analisis de dureza comparativa

    Con la posibilidad de competir con otros materiales encuanto a dureza, se ha elaborado el cuadro 10 de Dureza deeste nuevo material.

    Cuadro 10 Valores de dureza comparativa.

    Tipo de Dureza HBMaterial (promedio)Aluminio 75.33Al + CCA 207.33Al + Sillar 224.00

    3.7. Analisis de dureza especifica comparativa

    La dureza especifica comparativa es la relacion entre ladureza del material reforzado y su densidad, que nos permiteobservar cuanto varia la dureza especifica de ese nuevo mate-rial con una mayor o menor compactividad, elaborandose elcuadro 11.

    En la figura 17 se muestra que el Aluminio reforzado concenizas de cascara de arroz, tiene valores de dureza especificaelevado frente a la aleacion de Aluminio, indicamos que nosencontramos frente a un nuevo material que tienen menor pe-so por unidad de volumen y mayor dureza especifica frente alAluminio, pudiendo competir en cuanto a resistencia estruc-tural, dureza y trabajo a temperatura elevada.

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  • Fig. 16 Dureza comparativa de los nuevos materiales.

    Cuadro 11 Valores de dureza especifica comparativa.

    Tipo de Dureza especificaMaterial (dureza/densidad)Aluminio 25.92Al + CCA 75.20Al + Sillar 84.20

    3.8. Analisis de costo de materiales: matriz y refuerzos

    En el cuadro 12 se muestra que las cenizas de la cascara dearroz y partculas de sillar, tiene el menor costo por libra, porlo cual es necesario utilizarlo masivamente en la produccionde nuevos materiales, dado que compite frente a otros mate-riales, en cuanto a resistencia estructural, dureza, menor pesopor unidad de volumen frente al Aluminio y puede trabajar atemperatura elevadas.

    Cuadro 12 Costo de materiales reforzantes.

    Tipo de Unidad CostoMaterial libra $

    Aluminio en polvo 1 15Al2O3 1 70

    SiC 1 100CCA (Silice) 1 36CCA (UNSA) 1 3

    Sillar Anashuayco 1 2

    3.9. Analisis de macrofotografas en SEM PHILIPSXL2O

    En la microfotografa de la figura 18, observada en elMicroscopio Electronico de Barrido, se muestra que lasuperficie del grado y los bordes, estan recubiertos de cenizade cascara de arroz y partculas de sillar, el apelmazamientode este material llena los espacios vacas, aligerando el pesopor unidad de volumen en los productos sinterizados, semuestra las microfotografas mas adecuadas. El mecanismopor el cual el polvo de Aluminio, cenizas de cascara de arrozy partculas de sillar favorece el incremento de la durezaen los productos de sinterizacion, parece estar relacionadocon la participacion de estas partculas, para la formacion y

    Fig. 17 Valores de dureza especifica comparativa.

    desarrolla de los cuellos.

    Siendo la dureza, resistencia a la indentacion, mientras masfuerte y enclavado esten los cuellos, mayor sera la dureza. Sepresume que estos polvos finos de estos materiales, formanparte constitutiva de los cuellos, aumentando la resistenciay por ende impiden el desplazamiento de los granos deAluminio recubiertos con las cenizas de cascara de arroz ypartculas de sillar. Aumentando de este modo su dureza. Paraevidenciar esta conformacion, se prepararon probetas concorte transversal, con el proposito de observar la morfologainterno de este nuevo material.

    Fig. 18 Seccion transversal, aumento 1000x, muestra Al, presion800MPa, temperatura 550 C, tiempo 45 min.

    Observacion: La microfotografa muestra superficie de gra-nos de Aluminio y bordes recubiertos de polvo de cenizas decascara de arroz, no muy claro, debido a la forma laminar deestas partculas, se aplica una presion de 800MPa, se observala formacion de puente o cuello con dificultad, esto debido ala falta de homogenizacion.

    3.10. Analisis de microfotografas de sinterizados

    Se ha estudiado la microfotografa de los sinterizados en elMicroscopio Carl Zeizz METAVAL de los nuevos materialesde Aluminio reforzado con partculas de cenizas de cascara dearroz de modo siguiente, figura 19:

    La microfotografa, figura 20, muestra la matriz de Alu-minio sin reforzante, se evidencian bordes de granos irregu-

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  • Fig. 19 Polvo Al compactado: aumento 200x, dureza 76HB,densidad 2.69, presion 800MPa, temperatura 550 C.

    lares y de diferentes tamanos, se aprecia granos de cobre, losespacios oscuros representan la porosidad del material.

    Fig. 20 Muestra Al - CCA: aumento 200x, dureza 210HB, densidad2.57, presion 800MPa, temperatura 550 C.

    La microfotografa, figura 21, muestra la matriz de Alu-minio reforzado con cenizas de cascara de arroz al 12 % envolumen, se evidencia bordes de grano y de tamanos irregu-lares, bordeados con partculas de cenizas de cascara de arroz,los espacios oscuros representan porosidad.

    Fig. 21 Microfotografias de matriz de aluminio reforzado concenizas de aroz.

    4. Conclusiones

    1. La adicion de partculas de cenizas de cascara de arrozy partculas de sillar en los polvos de Aluminio, eleva

    enormemente la dureza y disminuye el peso por unidadde volumen de los nuevos materiales compositos.

    2. Para la compactacion de los polvos de Aluminio re-forzados con partculas de cenizas de cascara de arrozy partculas de arroz, es suficiente aplicar una presion de800MPa, dando lugar a la formacion de puente o cuelloentre las partculas de Aluminio.

    3. La sinterizacion de los compactos verdes, debe realizarseen atmosfera reductora durante cuarenta y cinco minutosa una temperatura de 550 C.

    4. Se presume que partculas de cenizas de cascara de arrozy partculas de sillar, forma parte del cuello o puente en lasinterizacion, reforzando e incrementando notablementelos valores de dureza. Siendo la mayor dureza en los ma-teriales con cenizas de cascara de arroz y sin aumentar elpeso por unidad de volumen del nuevo material.

    5. Se concluye que la cascara de arroz y partculas de sil-lar un residuo reciclable de uso industrial y protecciondel medio ambiente, al utilizar las cenizas de cascara dearroz, en la cual esta inmersa la slice y partculas de sil-lar en los cuales esta inmerso slice y alumina, los cualespermitiran disminuir costos en la elaboracion de nuevosmateriales compositos con propiedades mecanicas in-teresantes, o simplemente obtener la slice a partir decascaras de arroz o slice y alumina de las partculas desillar.

    6. Por los parametros de operacion descritos, se concibeun nuevo material que podra aportar propiedades intere-santes de dureza y densidad, que puede resultar de interespara la industria, muy especialmente por la disminucionde peso por unidad de volumen y competir con otros ma-teriales tradicionales con aplicaciones de partes de usoindustrial.

    Referencias

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