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Aquest projecte estudia l’efecte del temps i velocitat d’agitació en la viscositat i la microestructura de l’aliatge de segona fusió EN-AC46500, més conegut en l’àmbit industrial com AlSi9Cu3. L’objectiu final consisteix en la conformació d’aquest aliatge en estat semisòlid, utilitzant una tecnologia nova de rheocasting desenvolupada pel CDAL (Centre de disseny d’aliatges lleugers i tractaments de superfície). El rheocasting és una de les tècniques que es pot fer servir pel conformat en estat semisòlid. Consisteix a aplicar una agitació mecànica, quan el material es troba en un rang de temperatures d’estat semisòlid, amb el propòsit d’obtenir una microestructura no dendrítica. Les tècniques de conformat en estat semisòlid, ofereixen una sèrie d’avantatges en comparació als processos de conformat tradicionals com són la forja i la fossa. Per realitzar aquesta investigació, s’han realitzat diferents assaigs a diferents velocitats d’agitació, que han permès identificar els paràmetres més adequats per aconseguir una microestructura globular. El rang de velocitats que s’ha emprat és de 200 rpm fins a 450 rpm, amb una variació entre assaigs de 50 rpm. L’agitació del material s’ha prolongat al llarg de 20 segons amb l’excepció d’un assaig on s’ha agitat durant 30 segons per identificar si amb l’augment del temps d’agitació, s’obtenia una microestructura globular més definida. Mitjançant un microscopi òptic s’ha analitzat els diferents resultats obtinguts de les mostres i s’ha determinat que de les velocitats utilitzades, els millors paràmetres d’agitació per obtenir una microestructura globular són de 350 rpm al llarg de 20 segons. Per complementar l’estudi s’han dut a terme assaigs de duresa Brinell sobre les diferents mostres i s’ha trobat indicis sobre una relació entre la temperatura final de l’assaig i la duresa. Este proyecto estudia el efecto del tiempo y velocidad de agitación en la viscosidad y la microestructura de la aleación de segunda fusión EN-AC46500, más conocida en el ámbito industrial como AlSi9Cu3. El objetivo final consiste en la conformación de esta aleación en estado semisólido, utilizando una tecnología nueva de rheocasting desarrollada por el CDAL (Centro de diseño de aleaciones ligeras y tratamientos de superficie). El rheocasting es una de las técnicas que se puede utilizar para el conformado en estado semisólido. Consiste en aplicar una agitación mecánica, cuando el material se encuentra en un rango de temperaturas de estado semisólido, con el propósito de obtener una microestructura no dendrítica. Las técnicas de conformado en estado semisólido, ofrecen una serie de ventajas en comparación con los procesos de conformado tradicionales como son la forja y la fosa. Para realizar esta investigación, se han realizado distintos ensayos a diferentes velocidades de agitación, que han permitido identificar los parámetros más adecuados para conseguir una microestructura globular. El rango de velocidades empleado es de 200 rpm hasta 450 rpm, con una variación entre ensayos de 50 rpm. La agitación del material se ha prolongado a lo largo de 20 segundos con la excepción de un ensayo en el que se ha agitado durante 30 segundos para identificar si con el aumento del tiempo de agitación, se obtenía una microestructura globular más definida. Mediante un microscopio óptico se han analizado los diferentes resultados obtenidos de las muestras y se ha determinado que de las velocidades utilizadas, los mejores parámetros de agitación para obtener una microestructura globular son de 350 rpm a lo largo de 20 segundos. Para complementar el estudio se han realizado ensayos de dureza Brinell sobre las diferentes muestras y se han encontrado indicios sobre una relación entre la temperatura final del ensayo y la dureza. This project studies the effect of stirring time and speed on the viscosity and microstructure of the second melt alloy EN-AC46500, better known in the industrial field as AlSi9Cu3. The final objective consists in the formation of this alloy in a semi-solid state, using a new rheocasting technology developed by the CDAL (Centre for the design of light alloys and surface treatments). Rheocasting is one of the techniques that can be used for semi-solid formwork. It consists of applying a mechanical agitation, when the material is in a semi-solid state temperature range, with the purpose of obtaining a non-dendritic microstructure. Forming techniques in a semi-solid state offer many advantages compared to traditional forming processes such as forge and pit. This research consists of different tests that have been carried out at different agitation speeds to identify the most suitable parameters to achieve a globular microstructure. The speed range that has been used is from 200 rpm to 450 rpm, with a variation between trials of 50 rpm. The agitation of the material was prolonged for 20 seconds with the exception of one trial where it was agitated for 30 seconds to identify if with the increase in agitation time appear more globular structure. Analyzing the data from the experimental process, it has been determined that of the speeds used, the best agitation parameters to obtain a globular microstructure are 350 rpm over 20 seconds. To complete the rheological study, we have made a Brinell hardness test out on the different samples. We found a relationship between the final temperature of the test and the hardness.

Este proyecto tiene como objetivo desarrollar un estudio reológico de la aleación de aluminio A356 durante su formación en estado semisólido, mediante el proceso de rheocasting, para ser utilizada en una máquina de impresión de piezas en 3D. A través de la investigación teórica y experimentación, se pretende controlar los parámetros que influyen en la calidad final del material y conseguir que obtenga mejoras en sus propiedades mecánicas. Se define lo que es un material en estado semisólido, sus características principales y su relación con la fabricación de piezas en la industria. Se estudia el concepto de reología examinando a fondo sus propiedades más relevantes y se hace una revisión de la viscosidad y de la clasificación de los fluidos existentes. Se citan ejemplos de rutas de tixo y rheo casting empleadas en la industria del conformado de SSM y se discute el papel que cumplen las aleaciones de aluminio en este contexto. Se describe el intento de realización de la fase experimental, consistida en analizar la morfología y el comportamiento de los parámetros del A356 fundido y sometido a varios experimentos a diferentes velocidades y tiempo de agitación mecánica. Se especifican los problemas sucedidos en este periodo y se discute propuestas de mejora para sus futuras y/o posibles soluciones. Se lleva a cabo el diseño de una mesa de altura regulable cumpliendo con los requerimientos del departamento de ciencia de materiales de la universidad EPSEVG y se describen los impactos positivos y negativos que este proyecto puede ser capaz de ocasionar al medioambiente. Por último, se informa los aspectos más relevantes que han sido observados y que se deben de tener en cuenta en los proyectos posteriores y relacionados con este. En conclusión, debido a problemas eléctricos y mecánicos que se presentan durante el montaje y desmontaje del prototipo PMSM, no se alcanza realizar la parte experimental de esta investigación. Sin embargo, se logra entender la teoría del procesamiento de piezas en estado semisólido y cómo pueden afectar los parámetros reológicos la calidad final de los elementos. Finalmente, se ha diseñado la mesa regulable cumpliendo con los requerimientos del departamento de materiales de la universidad y cómo información adicional se ha elaborado un manual de uso para el horno de fundición del edificio A de la EPSEVG, destacando sus principales limitaciones, mediante un caso práctico. The objective of this project is to develop a rheological study of the aluminum alloy A356 during its formation in semi-solid state, by means of the rheocasting process, to be used in a 3D printing machine. Through theoretical research and experimentation, the aim is to control the parameters that influence the final quality of the material and to obtain improvements in its mechanical properties. It is defined what is a material in semi-solid state, its main characteristics and its relation with the manufacture of parts in the industry. The concept of rheology is studied by examining in depth its most relevant properties and a review of viscosity and the classification of existing fluids is made. Examples of thixo and rheo casting routes employed in the SSM forming industry are cited and the role of aluminum alloys in this context is discussed. The attempt to perform the experimental phase, consisting of analyzing the morphology and parameter behavior of molten A356 subjected to various experiments at different speeds and mechanical stirring time, is described. The problems that occurred during this period are specified and improvement proposals for future and/or possible solutions are discussed. The design of a height adjustable table is carried out in compliance with the requirements of the materials science department of the EPSEVG university and the positive and negative impacts that this project may be able to cause to the environment are described. Finally, the most relevant aspects that have been observed and that should be taken into account in subsequent projects related to this one are reported. In conclusion, due to electrical and mechanical problems that occurred during the assembly and disassembly of the PMSM prototype, the experimental part of this research could not be carried out. However, it is possible to understand the theory of the processing of parts in semi-solid state and how the rheological parameters can affect the final quality of the elements. Finally, the adjustable table has been designed according to the requirements of the materials department of the university and as additional information, a user's manual has been elaborated for the melting furnace of the EPSEVG building A, highlighting its main limitations, by means of a practical case.

Se lleva a cabo un estudio del contexto histórico y una revisión de las técnicas más importantes de la actualidad en el campo de la industria de los semisólidos para obtener un mejor entendimiento del funcionamiento del prototipo PMSM y cómo se llegó a su diseño. A la vez, se exponen las ventajas de los procesos de conformado de semisólidos con respecto a las técnicas tradicionales. Un breve estudio de la reología y los diferentes tipos de fluidos, junto a sus características más diferenciales ha sido realizado para entender cómo se comportan y obtienen las propiedades del lodo semisólido. El método para medir la viscosidad en el prototipo PMSM ha sido revisado. Se han estudiado las características que definen la aleación de aluminio A356 y su viabilidad para la industria del semisólido, junto a sus opciones de posprocesado. Más adelante, se lleva a cabo la experimentación y pruebas del prototipo PMSM con aluminio A356. Los resultados obtenidos son analizados y los mejores parámetros para el proceso se ponen bajo debate. Se realiza adicionalmente una comprobación con la bibliografía obtenida para comprobar la veracidad de los resultados. Finalmente, los conflictos durante el proceso y opciones de mejora para un mejor funcionamiento futuro y la posibilidad de obtener más versatilidad en la obtención de datos son expuestas. A review of the most important techniques and the historical background of the semisolid forming industry is done in order to understand the functioning of the PMSM prototype and what led to its design. Advantages of SSM forming processes in comparison to conventional processing techniques are discussed. A rheology study is carried out, analyzing and discussing the different fluid types and its features, along with the different models and equations used to represent the behavior of each one. A rheological characterization of semisolid slurries and the reasons of it are showcased, and the best way to measure the viscosity properties in the PMSM prototype is analyzed. Aluminum A356 alloy’s properties are showcased and its viability for the semisolid processing industry is discussed, along its advantages and posttreatment options. Later on, experimentation with Aluminum A356 is carried out in the PMSM prototype. The obtained samples are analyzed and the process data is put under observation in order to find the best combination of the local process parameters. A comparison with current bibliographic data is done in order to prove the veracity of the obtained data. Finally, process issues and improvement options for the future are debated in order to obtain better results, more testing options and versatility and to improve the process stability in the future.

Aquest projecte és la continuació directa del projecte d'Eduard Garcia Banús, “Validación del diseño de un proceso para la obtención de lodo semisólido y construcción del prototipo”.

En el presente trabajo se realizará el estudio del estado actual de los diferentes procesos existentes de agitadores mecánicos para proceder al diseño, desarrollo, fabricación y puesta en marcha de un agitador mecánico que se utiliza en la conformación de materiales en estado semisólido Rheocasting. Actualmente estos agitadores están limitados a una cierta temperatura de trabajo y un cierto tiempo de exposición a esta, dependiendo del material en el que están fabricados. Por lo tanto estos están formados por una estación que dispone de más de un agitador. Los tiempos de ciclo son excesivamente largos. La conformación de aleaciones de aluminio en estado semisólido es un proceso híbrido que incorpora elementos de varias técnicas clásicas de conformado. Permite libertad en el diseño del molde y en la velocidad de producción de la fundición así como una calidad metalúrgica y unas propiedades mecánicas superiores a las de la fundición en molde permanente o en fundición inyectada [1]. El interés de estas técnicas radica en la necesidad de producir nuevos componentes con menos defectos y a un coste inferior, y se fundamenta en las propiedades reológicas de los materiales cuando coexisten una fase líquida. El objetivo principal es desarrollar un procesos polivalente que permita obtener el lodo semisólido para el conformado para diferentes familias de aleaciones unas ya utilizadas y otras hasta ahora no utilizadas tanto de Al como de Mg. Esto se consigue con un diseño innovador de un agitador mecánico, con sistema de refrigeración interno mediante un fluido o gas y la incorporación de una vaina fabricada en una aleación de cobre berilio que dispone de un recubrimiento que no pueda ser disuelto por el caldo y a su vez que nos hace de aislante térmico. Todas estas mejoras hacen que el precio del prototipo sea inferior al de otros procesos ya implantados en la industria, reduciendo con este los tiempos de ciclo, minimizando el coste y la energía necesaria para la obtención del lodo. Deberemos estudiar el tipo de material del cual estará hecho, sus dimensiones y el sistema de refrigeración que tendrá para mantenerlo a la temperatura adecuada (agitador-aluminio).

Una de las ventajas que presenta el procesado en estado semi-sólido es una baja porosidad por contracción y por gas atrapado, característica que lo hace especialmente adecuado para la fabricación de componentes con espesores variables y de mayores exigencias mecánicas. En el presente proyecto se pretende diseñar una tecnología de obtención de lingotes de Rheocasting para posteriormente ser conformados en estado semisólido, cuyo objetivo es conseguir una estructura no dendrítica mediante enfriamientos en un horno de tratamientos térmicos. Con el fin de conseguir estos resultados, se han realizado enfriamientos con diferentes rampas y posteriormente se han preparado las muestras para analizar la macro y microestructura. En este análisis se ha estudiado la estructura mediante análisis de imagen. Se ha determinado el área de fase α, la redondez de los granos, el grosor del eutéctico y la estructura globular. La aleación de aluminio estudiada es la A357. Esta aleación tiende a tener una estructura dendrítica por lo que se han tenido que usar nucleantes para ayudar a la globulización. La innovación es conseguir una estructura no dendrítica simplemente mediante enfriamientos controlados en un horno de tratamientos térmicos.