Ingeniería Mecánica · 2021
Determinación de la dureza de un recubrimiento de doble capa a partir de simulación numérica empleando el método de elementos finitos
Los recubrimientos de níquel fosforo depositados por el método de niquelado industrias, como lo es su alta dureza, propiedades magnéticas y excelente resistencia a la corrosión. Este método cada vez va ganando campo en las practicas industriales para la mejora de las propiedades mecánicas de los materiales involucrados en procesos de producción y/o transporte de productos químicos. La selección de los recubrimiento multicapa siempre ha representado un desafío debido a la naturaleza de los esfuerzos y deformaciones de los cuales influyen los diferentes sistemas de materiales estratificados, es por ello que el objetivo de este trabajo es realizar pruebas de indentación Vickers para un acero AISI 1045 con un doble recubrimiento Ni P por el método de elementos finitos, utilizando el software ANSYS, para la visualización de los esfuerzos y deformaciones presentes en las huellas. Luego, usando el modelo de Lesage Pertuz, para determinar el aporte de dureza del sustrato al recubrimiento, y obtener la comparación entre los resultados simulados y experimentales, de los cuales se halló un amplio margen de confiabilidad en comparación con los datos experimentales, así, se puedo concluir que aun que el software si sirve para observar el comportamiento de sistemas multicapa bajo cargas externa, lo cual valida proseguir investigando su comportamiento del mismo con el uso de elementos finitos
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Contenido
- Introducciónp. 14
- 1. Objetivosp. 16
- 1.1. Objetivo generalp. 16
- 1.2. Objetivos específicosp. 16
- 2. Marco teóricop. 17
- 2.1. Antecedentes de la investigaciónp. 17
- 2.1.1. Antecedentes internacionalesp. 17
- element modeling (kot et al. , 2012)p. 17
- empleando el método de elementos finitos (víctor y cesar, 2013)p. 18
- 2.1.2. Antecedentes nacionalesp. 18
- 2019)……………………p. 18
- aluminum 6063 t6 with a ni-p coating (leon b., pertuz y martínez, 2019)p. 19
- 2.2. Referentes teóricosp. 20
- 2002)……………p. 20
- strain (mata, anglada y alcalá, 2002)p. 21
- 2006)……………p. 22
- 2.3. Referencias conceptualesp. 23
- 2.3.1. Fundamentos del niquelado químico (enp)p. 23
- 2.3.1.1. Aspectos históricos fundamentales del niquelado químico (enp)p. 23
- 2.3.1.1.1. Propiedades del niquelado químicop. 26
- b733-15)…………p. 28
- 2.3.3. Fundamentos de indentaciónp. 30
- 2.3.3.1. Introducción a la indentaciónp. 30
- 2.3.3.2. Ensayo de dureza por microindentaciónp. 31
- 2.3.3.2.1. Indentador y número de dureza vickersp. 31
- 2.3.3.2.2. Formulación…p. 32
- 2.3.4. Fundamentos del método de elementos finitosp. 33
- 2.3.4.1. Antecedentes históricos del método de elementos finitosp. 33
- 2.3.4.2. Definición del métodop. 35
- 2.3.4.3. Solución del método de elementos finitosp. 36
- 2.3.4.3.1. Función de desplazamientop. 37
- 2.3.4.3.2. Deformacionesp. 38
- 2.3.4.3.3. Esfuerzos……p. 39
- 2.3.4.3.4. Fuerzas equivalentes nodalesp. 40
- 2.3.5. Tratamientos térmicosp. 42
- 2.3.5.1. Temple……p. 42
- 2.3.5.1.1. Temple martensíticop. 43
- 2.3.5.1.2. Temple de precipitaciónp. 43
- 3. Metodologíap. 44
- 3.1. Metodología numéricap. 44
- 3.1.1. Partes……p. 45
- 3.1.2. Malla……p. 48
- 3.2.2.1 patch conforming methodp. 49
- 3.2.2.2 generación de mallap. 49
- 3.1.3. Configuración de análisisp. 50
- 3.1.4. Definición del material del sustratop. 53
- 3.1.5. Definición del material del recubrimientop. 54
- 3.1.6. Visualización de resultadosp. 57
- 3.2. Estimación de la dureza absoluta de los recubrimientosp. 58
- sustrato………p. 59
- 4. Diseño metodológicop. 61
- 5. Resultado y análisisp. 62
- 5.1. Cálculo de la dureza experimentalp. 62
- 5.2. Cálculo de dureza aplicando el método de elementos finitosp. 69
- 5.2.1. Análisis de convergenciap. 69
- 5.2.2. Cálculo de dureza del sustrato aisi 1045 aplicando el método de elementos finitosp. 70
- elementos finitosp. 72
- método de elementos finitosp. 76
- 5.3. Análisis de los campos de esfuerzo y deformaciónp. 79
- 5.3.1. Análisis de esfuerzop. 80
- 5.3.1.1 campo de tensiones para carga de 25 grfp. 80
- 5.3.1.2 campo de tensiones para carga de 100 grfp. 81
- 5.3.1.3 campo de tensiones para carga de 300 grfp. 82
- 5.3.2. Análisis de deformaciónp. 82
- 5.3.2.1 campos de deformación para carga de 25 grfp. 82
- 5.3.2.2 campos de deformación para carga de 100 grfp. 83
- 5.3.2.3 campos de deformación para carga de 300 grfp. 84
- 6. Conclusionesp. 85
- Bibliografíap. 88
- Apendicesp. 92
- Tabla 1. Dimensiones del sustrato y capas de recubrimientop. 48
- Tabla 2. Numero de nodos y elementos del mallado por simulaciónp. 49
- Tabla 3. Propiedades mecánicas del Acero AISI 1045 (Calik, 2009)p. 54
- Tabla 4. Propiedades mecánicas del acero AISI 1045 (Zhao, 2018)p. 54
- Tabla 5. Propiedades mecánicas del acero AISI 1045 (Li, 2019)p. 54
- Tabla 6. Coeficiente de Poisson de los recubrimientos Ni – Pp. 55
- Tabla 7. Propiedades del Electroless Nickel-Phosphorusp. 57
- Tabla 8. Diseño metodológico del proyectop. 61
- Tabla 9. Dureza experimental para el acero AISI 1045p. 63
- 400°Cp. 64
- Tabla 11. Dureza experimental Vickers para el doble recubrimientop. 66
- para el sistema sustrato doble recubrimientop. 68
- experimental para el acero AISI 1045p. 70
- elementos finitosp. 72
- recubrimiento Ni – P con tratamiento térmico sobre sustratop. 73
- contra la profundidad relativa de indentación (RID)p. 74
- computacionalp. 16
- doble recubrimiento Ni – Pp. 76
- contra la profundidad relativa de indentación (RID)p. 77
- computacionalp. 16
- Tabla 21. Composición química del Acero 1045p. 92
- Tabla 22. Dimensiones de probetas usadas en pruebas experimentalesp. 93
- el polvo que se precipitap. 24
- tratamiento térmico y (b) con tratamiento térmico a 400 °Cp. 27
- Figura 4. Propiedades de los recubrimientos de ENP según el contenido de fosforop. 29
- Figura 6. Indentador Vckersp. 32
- unidimensionales. (b) elemento de esfuerzo plano bidimensionalesp. 36
- Figura 8. Región de esfuerzos planos dividido en elementos finitosp. 38
- Figura 9. Diagrama de flujop. 44
- Figura 10. Croquis representativo del primer modelo de estudio, indentador y sustratop. 46
- Figura 13. Condiciones de borde en el modelo computacionalp. 52
- Figura 14. Zona de difusión entre las capas del recubrimiento bicapap. 56
- Figura 15. Grafica de valores de dureza (HV) vs carga (grf) para el acero AISI 1045p. 64
- compuesta)p. 65
- Figura 19. Grafica de análisis de convergenciap. 69
- resultados experimentales y la simulación computacionalp. 71
- Figura 21. Dureza del recubrimiento (Hf) vs RIDp. 75
- Figura 22. Dureza del recubrimiento (Hf) vs RIDp. 79
- Figura 23. nálisis de esfuerzos para una carga de indentación de 25 grfp. 80
- Figura 24. Análisis de esfuerzos para una carga de indentación de 100 grfp. 81
- Figura 25. Análisis de esfuerzos para una carga de indentación de 300 grfp. 82
- Figura 26. Análisis de deformaciones para una carga de indentación de 25 grfp. 83
- Figura 27. Análisis de deformaciones para una carga de indentación de 100 grfp. 84
- Figura 28. Análisis de deformaciones para una carga de indentación de 300 grfp. 85
- según el porcentaje de fosforo presente en la muestrap. 96
- Figura 31. Microdurometro de marca LEITZ WETZLAR. Tipo: 060-356.012, No: 881922p. 98
- Metodología experimentalp. 92
- Material basep. 92
- Selección y preparación de probetasp. 93
- Recubrimiento de probetasp. 93
- Tratamiento térmico aplicado al recubrimientop. 95
- Determinación del espesor del recubrimientop. 96
- Ensayo de durezap. 98