Influence of the Increase in Aluminum Concentration on the Microstructural Behavior and Hardness of a Cu-Al Alloy (ASTM B-824)

In this work, the effect of the increase in the concentration of aluminium (Al) on the microstructure and the hardness of bronze to aluminium was studied using optical emission spectrometry, scanning electron microscopy, dispersion spectroscopy techniques of energy, conventional optical microscopy and hardness tests. Alloys with three concentrations by weight of aluminium (Cu-4.5 wt.% Al, Cu-7 wt.% Al and Cu-10 wt.% Al) were studied, with the chemical parameters established in the (ASTM B-824), were manufactured and cast in a permanent mold according to the standard (ASTM B-208), to determine the influence of the chemical concentration of aluminium the response surface methodology was used. It was observed that bronzes with a content of 4.5 wt.% Al and 7 wt.% Al, remain with a constant microstructure of phase α, and bronzes of 10 wt.% Al, undergo a change from monophasic to biphasic microstructure (α + β) evidencing the appearance of a martensitic microstructure similar to steels providing a better behaviour to resistance to indentation. It is concluded that the increase in the concentration of Al, in the Cu-Al alloy, presents a microstructural change, and the appearance of a β and β 'phase generates a better property in hardness, the hardness has a behaviour k proportional to the aluminium concentration obtaining 53 Brinell value for an increase in the concentration of 5.5 wt.% Al. Keywords: alloy, microstructure, bronze, spectrometry, spectroscopy. Resumen En el presente trabajo, se estudió el efecto del aumento de la concentración de aluminio (Al) sobre la microestructura y la dureza del bronce al aluminio, mediante el uso de espectrometría de emisión óptica de chispa, microscopia electrónica de barrido, técnicas de espectroscopia de dispersión de energía, microscopia óptica convencional y pruebas de dureza. En la investigación se estudiaron aleaciones con tres concentraciones en peso de aluminio (Cu-4,5 wt.% Al, Cu-7 wt.% Al y Cu-10 wt.% Al), con los parámetros químicos establecidos en la norma (ASTM B-824), fueron fabricadas y coladas en un molde permanente de acuerdo con la norma (ASTM B-208); para determinar la influencia de la concentración química del aluminio se usó la metodología de superficie de respuesta. Se observó que los bronces con un contenido de 4,5 wt.% Al y 7 wt.% Al, permanecen con una microestructura constante de fase α, y los bronces de 10 wt.% Al, sufren un cambio de microestructura monofásica a bifásica (α+β) evidenciando la aparición de una microestructura martensítica similar a los aceros aportando un mejor comportamiento a la resistencia a indentación. Se concluye que el aumento en la concentración de Al, en la aleación Cu-Al, presenta un cambio microestructural, y la aparición de una fase β y β’ genera una mejor propiedad en la dureza, la dureza posee un comportamiento k proporcional a la concentración de aluminio obteniendo en valor de 53 Brinell para un incremento en la concentración de 5,5 wt.% Al. Palabras claves: aleación, microestructura, bronce, espectrometría, espectroscopia

Analysis of the Corrosion Resistance of Bronze to Aluminium (ASTM B 824) in a Corrosive Environment Controlled with an Artificial Seawater Solution

This paper presents the analysis of corrosion resistance of bronzes to aluminum in a controlled corrosive environment. Three alloys were studied CuAl4.5; CuAl7,1 and CuAl10,1 (ASTM B824), whose chemical composition was evaluated by spectrometry (OES). To determine its metal phases, chemical attacks were carried out with FeCl3, HCl in 95% Ethanol and FeCl3, HCl, CrO3 in distilled water. The microstructures obtained were characterized by metallography using two microscopes, an optical and a scanning electron (SEM) and the phases obtained were compared. Subsequently, electrochemical corrosion tests were performed on each alloy. The electrolyte used in the tests was artificial seawater (ASTM D1141) with a pH of 10 ± 0.3. Then, the corrosion products were characterized by EDS and SEM. Once the identification phase was over, the products were removed with a 50% HCl solution. Corrosive attack damage in each microstructural matrix was identified and corrosion rates for each alloy were evaluated. Finally, the corrosion rate data were correlated with the Al and Sn percentages of the alloy. The results show that the higher the increase in aluminum, the lower the corrosion rate, for a maximum limit of Al = 10.11%; Sn = 0.13%; CR = 5,170 mpy; In addition, it was shown that these alloys are effective for marine environments with high salinity. The correlation can be used to estimate the corrosion rate for different pH of the electrolytic medium of any type of ferrous or non-ferrous alloy whose variables are dependent on its chemical composition. Keywords: corrosion, alloy, metallography, microstructure, spectrometry, electrochemistry. Resumen Este artículo presenta el análisis la resistencia a la corrosión de bronces al aluminio en un ambiente corrosivo controlado. Se estudiaron tres aleaciones CuAl4,5; CuAl7,1 y CuAl10,1 (ASTM B824), cuya composición química fue evaluada por espectrometría (OES). Para determinar sus fases metálicas se realizaron ataques químicos con FeCl3, HCl en Etanol al 95% y FeCl3, HCl, CrO3 en agua destilada. Las microestructuras obtenidas se caracterizaron mediante metalografía empleando dos microscopios, un óptico y un electrónico de barrido (SEM) y se compararon las fases obtenidas. Posteriormente, se realizaron ensayos de corrosión electroquímica a cada aleación. El electrolito utilizado en los ensayos fue agua de mar artificial (ASTM D1141) con un pH 10±0.3. Sucesivamente, se caracterizaron los productos de la corrosión mediante microscopia SEM. Una vez terminada la fase de identificación, se removieron los productos con una solución al 50% HCl. Los daños del ataque corrosivo en cada matriz microestructural fueron identificados y las tasas de corrosión para cada aleación fueron evaluadas. Finalmente, se correlacionaron los datos de tasas de corrosión con los porcentajes de Al y Sn de la aleación. Los resultados muestran que a mayor aumento de aluminio existe una menor tasa de corrosión, para un límite máximo de Al=10,11%; Sn=0.13%; CR=5,170 mpy; además, se demostró que estas aleaciones son eficaces para ambientes marinos con alta salinidad. La correlación puede ser utilizada para estimar la tasa de corrosión para diferentes pH del medio electrolítico de cualquier tipo de aleación ferrosa o no ferrosa cuyas variables sean dependientes de su composición química. Palabras claves: corrosión, aleación, metalografía, microestructura, espectrometría, electroquímica