2. Maestría
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Tesis de la Escuela de Posgrado
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Item Estudio de soldabilidad aplicado a la recuperación de piezas de hierro fundido nodular y compacto(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-03-15) Espinoza Cárdenas, Renato Sezé; Lean Sifuentes, Paul PedroEn el trabajo desarrollado se estudió la soldabilidad del hierro fundido nodular y hierro fundido compacto, en componentes con aplicación industrial, tales como un monoblock y una culata, los cuales tienen una gran demanda en la industria minera en equipos de acarreo. Para ello, se desarrolló procedimientos de soldadura para una eventual reparación de estos componentes, con el objetivo de recuperarlos. En el primer capítulo, Marco Teórico, se planteó la clasificación de los tipos hierros fundidos existentes en la industria, así como, las aplicaciones, microestructuras y normativas vigentes. Asimismo, en este capítulo, se abordaron las técnicas y recomendaciones para soldar este tipo de hierros fundidos. En el segundo capítulo, se desarrolla el procedimiento experimental. Se plantean los procedimientos de soldadura: sin precalentamiento y con enfriamiento forzado; proceso de soldadura con precalentamiento y enfriamiento controlado (lento); proceso de soldadura con precalentamiento, enfriamiento controlado y tratamiento de alivio de tensiones; proceso de soldadura con precalentamiento, enfriamiento controlado y tratamiento post-soldadura de recocido y; finalmente, procesos de soldadura con precalentamiento en condiciones de embridamiento. El proceso de soldadura utilizado fue SMAW y los electrodos evaluados fueron ENiFe-Cl y ENi-Cl. En el tercer capítulo, se muestran los resultados de los ensayos realizados y se lleva a cabo un análisis de los resultados. Los resultados preliminares obtenidos permiten comprobar que el precalentamiento, disminuye la formación de martensita; otro resultado encontrado, es que el hecho de que no se produzcan fisuras durante o después de la reparación por soldadura, no es indicio que la soldadura de reparación fue exitosa, pues siempre se formará martensita, así se emplee precalentamiento y enfriamiento lento. Como conclusión final, se obtiene que para el soldeo de reparación de ambos componentes, se recomienda soldarlos mediante el proceso SMAW utilizando un precalentamiento de 300°C en el caso del monoblock y de 260°C en la culata, pudiéndose emplear cualquiera de los dos aportes ENiFe-CI o ENi-CI, luego a las uniones soldadas se les debe realizar un tratamiento térmico post-soldadura de recocido, con objeto de eliminar las zonas frágiles y duras, formadas básicamente por martensita.Item Evaluación de las propiedades mecánicas de un acero sumiten 780s, utilizando un simulador de ciclo térmico de soldadura(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-06-11) Agüero Zamora, Víctor Raúl; Sakihama Uehara, José Luis HidekiEl acero SUMITEN 780s es un acero de grano fino (HSLA) que presenta alta resistencia y alta tenacidad, pero tiene baja soldabilidad y es susceptible a generar estructuras frágiles en la zona de grano grueso de la ZAC. Para estudiar el comportamiento de las propiedades mecánicas y los cambios microestructurales de este acero, cuando es sometido a diferentes ciclos térmicos de soldadura, se construyó un Simulador de Ciclo Térmico de Soldadura, el cual permite conocer las propiedades mecánicas en un punto específico de la ZAC, sin necesidad de gastar dinero en la fabricación de cupones de soldadura. En el presente trabajo fue analizado el efecto de la temperatura de precalentamiento variando el tiempo de enfriamiento (t8/5 = 6s, 12s y 18s). Luego, a fin de evaluar el efecto de un tratamiento de postcalentamiento, el acero fue sometido a dos ciclos térmicos de soldadura, manteniendo fijo el t8/5 del primer ciclo térmico y haciendo variar la temperatura máxima alcanzada en el segundo ciclo térmico dentro y fuera del rango intercrítico de temperaturas (A1 y A3). Los resultados encontrados muestran que la dureza y tenacidad del acero disminuyen conforme aumenta el tiempo de enfriamiento (t8/5). La microestructura conocida como M-A constituyente, se forma dentro del rango intercrítico de temperaturas, incluso cuando la temperatura es ligeramente menor al límite inferior (A1) del rango intercrítico. Un t8/5 de 6s sería suficiente para no superar una dureza de la ZAC de 400HV, mientras que si el límite fuera 350HV sería necesario usar un t8/5 superior a 18s.Item Influencia del contenido de FeTi en la resistencia al desgaste, dureza y microestructura de un recubrimiento duro base Cr(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-09-28) Requejo Villanueva, Ronald; Rumiche Zapata, Francisco AurelioEn el presente trabajo de investigación se evaluó la influencia del porcentaje de FeTi en el revestimiento de electrodos de soldadura, sobre la microestructura, la resistencia al desgaste, y la dureza de recubrimientos duros base Cr. El porcentaje de FeTi (45% de concentración) en el revestimiento de los electrodos estuvo en el rango de 0 a 6.85%. Los electrodos fueron empleados para depositar capas de recubrimiento sobre sustratos de acero ASTM A-36 empleando el proceso SMAW. La microestructura de los recubrimientos fue evaluada mediante técnicas metalográficas y microscopia electrónica de barrido. Para la determinación de la dureza se empleó el método Vickers. La resistencia al desgaste de los recubrimientos fue evaluada mediante el ensayo de desgaste continuo por abrasión e impacto y el ensayo de desgaste por abrasión de rueda de caucho y arena (ASTM G 65-04). Los resultados indican que los porcentajes de carburo de titanio, austenita retenida, y martensita, en la microestructura de los recubrimientos, varían con el contenido de FeTi. No se aprecia una variación significativa en la dureza asociada al porcentaje de FeTi debido al efecto compensatorio que ejerce el porcentaje de las fases observadas. En relación a la resistencia al desgaste, altos porcentajes de FeTi (5 y 6.85%) generan un ligero incremento en la resistencia al desgaste abrasivo.Item Laser-assisted friction stir welding of magnesium and magnesium/aluminium dissimilar joints(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-08-20) Hennig, Martin; Bergmann, Jean PierreThe present master thesis is dealing with the influence of workpiece temperature in the process loads, generated during the FSW process. The investigation is focused on welding of the magnesium alloy AZ31. To affect the initial temperature of the joining members, two different methods are investigated. by using a laser, the material is heated and soften local direct in front of the welding tool. In contrast, a heating element, located beneath the workpieces, enable the heating of a laser area. The consequences of both methods are regarded and compared in the investigation. In addition, the comparison to the conventional welding process is made. Thereby, main aspects are the rached load levels as well as surface appearance and tensile properties. the successfully reduction of process forces is obtained for both procedures; however, the tensile properties got worse.Item Investigating the potential of magnetic are oscillated GMWA - welding for hard surfacing applications(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-08-19) Nagel, Falk; Bergmann, Jean Pierre; Rumiche Zapata, Francisco Aurelio; Gunther, KarstenThe flux cored arc welding process has some characteristic features and is therefore established in the industry to fabricate hardfacing. One advantage of the process is the possibility to vary the alloy content of the weld metal by manipulating the chemical composition of the filler material. Moreover, it is possible to produce self shielding electrodes, which show advantages for outdoor applications. One the other hand this process creates high dilution rates. One possibility to avoid this effect is to apply a magnetic field in order to deflect the welding arc. In this thesis, the influence of a transversal magnetic field on the weld seam formation during FCAW was investigated. An increase of the weld width and a simultaneous decrease of the penetration depth was achieved at a certain deflection. The influence of the magnetic oscillation was found to be stronger for short circuit mode than for pulsed mode. Furthermore, high frequencies in combination with a high magnetic flux density caused a reduced process stability and consequently a worsening of the weld bead appearance. Apart from that, the drop detachment was inhibited, when a strong magnetic field was applied during pulsed and spray mode.Item Development of friction stir processing of CNT - reinforced aluminum alloy composites(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-08-12) Regensburg, Anna; Bergmann, Jean Pierre; Rumiche Zapata, Francisco AurelioOwing their wide range of exceptional properties, for example thermal conductivity values of more than 3000W/(mK) and strength in the range of 100 GPa, Carbon Nanotubes (CNTs) have recently gained much attention as reinforcement for composite materials. Considering the practical application in metal matrix composites (MMCs), tranferring those favourable properties from nano to macro scale represents a main challenge. Methods of the powder metallurgy route show promising results so far, but also lead to long process times and damage of the tublar structure of the CNTs due to prolonged ball milling times. At this point, the application of Friction Stir Processing (FSP) for fabricating CNT-reinforced MMCs offers the possibility to reduce process times and realize the required reinforcement at the relevant location of the component. The process uses a specially designed tool with a pin to plasticize the base material by frictional heating and thus incorporate the reinforcing material by stirring it into the workpiece. Investigations, that have been carried out on this subject, generally consider the unifom dispersion of the CNTs within the matrix as the key challenge of this process. So far, the solution herefore is the application of multipass-FSP in order to distribute the CNTs uniformly by processing the weld up to five times with alternating welding direction. This method usually leads to damage or even destruction of the tubular structure of the CNTs. Regarding all investigations on this subject, it can be noticed, that only conventional tool profiles like cylindrical or threaded were used for the experiments, though other profiles like square or more complex ones are considered to exhibit an increased mixing effect. Therefore the objective of the thesis is to analyse the performance of four different tool geometries under varying parameters and their influence on the CNT dispersion and general MMC composite properties. Channels were cut into an Al 5086 plate, filled with CNT-powder and processed by the different tools. The results were evaluated by metallographic analysis, hardness and electrical resistance measurement and SEM analysis. Among the different geometries, the triangular profile produced defect-free welds over the whole parameter set and distributed the CNTs uniformly along a wide area close to the weld surface.Item Soldadura por fricción batido de tuberías de polietileno para gas natural(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-09-04) Muñoz Pinzón, Sergio Antonio; Rumiche Zapata, Francisco AurelioLa soldadura por fricción batido FSW, es un nuevo método en la tecnología de unión de plásticos; a diferencia de las aplicaciones tradicionales en aleaciones de aluminio en el caso de los plásticos requiere el desarrollo de herramientas y procedimientos para conseguir uniones de la calidad requerida. La investigación en FSW de polímeros se ha enfocado hasta ahora en la unión de planchas planas, en este documento se presenta un método para unir mediante FSW tuberías plásticas de polietileno para gas natural, las propiedades mecánicas de la unión se evalúan mediante ensayos de resistencia a la tracción, se estudiaron además las superficies de fractura y se analizó la microestructura de las uniones soldadas.Item Desarrollo de nanocompuestos superficiales de hidroxiapatita para implantes oseointegrados empleando procesos de fricción batido(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-04-11) Muñante Palacin, Paulo Edgardo; Rumiche Zapata, Francisco AurelioEn el presente trabajo de investigación se ha empleado la técnica de procesamiento por fricción batido (Friction Stir Processing: FSP) para generar superficies que combinen las buenas propiedades de biocompatibilidad del titanio y la hidroxiapatita. Se utilizó un sustrato de titanio CP grado 2, incorporándose en la zona de batido dos tipos de nanopartículas de hidroxiapatita a diferentes porcentajes en peso: hidroxiapatita pura e hidroxiapatita dopada con óxido de silicio. Se realizaron dos pases con la herramienta de procesamiento, los parámetros para el primer y segundo pase fueron: velocidad de rotación de 800 y 1100 rpm y velocidad de avance de 1200 y 1100 mm/min respectivamente. Los materiales empleados y los nanocompuestos resultantes fueron caracterizados mediante microscopía óptica, microscopía electrónica de barrido y espectroscopía de energía dispersiva. Los resultados muestran que es posible fabricar los nanocompuestos mediante FSP dado que presentan una plastificación y batido uniforme tanto del material sustrato como de las nanopartículas; las capas superficiales tienen una profundidad de entre 10 a 25 μm, sin embargo se aprecia una considerable rugosidad. Los ensayos electroquímicos bajo un entorno de fluido corporal simulado a 37°C muestran que entre los nanocompuestos fabricados por FSP mejoran sus propiedades de resistencia a la corrosión y biocompatibidad según la variación de porcentaje en peso de las nanopartículas, no obstante los nanocompuestos