ESTUDIO NUMÉRICO DEL EFECTO DE LA INTERFASE Cu-Fe SOBRE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE UN MATERIAL COMPUESTO DE Cu REFORZADO CON ESFERAS HUECAS DE Fe

En este trabajo de título se estudia numéricamente el efecto de la interfase Cu-Fe sobre las propiedades mecánicas de un material compuesto por una matriz de cobrecon esferas huecas de hierro, mediante el método de elementos finitos.Con el desarrollo se busca plantear una alternativa para determinar unamicroestructura que optimice el comportamiento de este material en términos demódulo de elasticidad, reduciendo así los costos asociados a su estudio y desarrolloexperimental.Las espumas metálicas corresponden a cuerpos sólidos que poseen espacioshuecos distribuidos a lo largo del material, pueden ser de poros abierto o cerrado. Enla práctica los defectos que se forman de las paredes de los poros de una espuma deporo cerrado reducen las propiedades en comparación con los valores medidos por laespuma de célula abierta. Eliminar estos defectos podría mejorar su rendimiento engran cantidad para bajas densidades. En el caso de las espumas sintácticas la porosidadse logra cuando se añaden esferas huecas, por lo que las celdas son cerradas, siendoimposible la interconexión de poros. Con este tipo de espumas se logra disminuir demanera importante la densidad de un material, manteniendo o incluso pudiendomejorar las propiedades mecánicas del material compacto. Por tal motivo suspropiedades mecánicas son mucho mejores que las presentes para una espumaconvencional.Por otro lado, el cobre además de ser uno de los productos de exportación de Chile,es un material de gran interés en la ingeniería por sus propiedades mecánicas. Esto hallevado a la búsqueda de aplicaciones y desarrollo de nuevos materiales en base a cobrecomo las espumas de cobre producidas mediante el proceso de pulvimetalurgia, que se caracteriza por su baja densidad y alta absorción de energía al impacto. Susaplicaciones van de intercambiadores de calor y almacenamiento de energía. Sinembargo, por su morfología de poros abiertos posee desventajas en su comportamientomecánico.Para este trabajo se analiza el comportamiento mecánico de espumas sintácticasde cobre con la incorporación de esferas huecas de hierro bajo diferentes condicionesde trabajo. Para esto, se modelan probetas de cobre en 3D con incorporación de esferashuecas y otras sin ellas, variando porosidad y tamaño de la geometría para finescomparativos.Para analizar el efecto que tiene la interfase matriz-esferas en el sistema Cu-Fese toma en cuenta que el tamaño de la interfase se relaciona con el espesor de la paredde las esferas huecas. Usando, así como indicador del tamaño de la interfase al espesorde cada esfera hueca, y así, estudiar el efecto de la interfase en las espumas sintácticas.Se realizan simulaciones para 4 espesores diferentes, donde las probetas son sometidasy analizadas con el fin de apreciar el comportamiento mecánico a medida que se generamayor interfase.En base a los resultados obtenidos, es posible concluir que el tamaño de lainterfase Cu-Fe varía según el espesor de las esferas huecas de Fe y que el tamaño deesta interfase influye levemente en los resultados, de tal manera que a mayor espesorde esferas mayores son la interfase y el módulo elástico.Por otro lado, el módulo de Young disminuye a medida que aumenta elporcentaje de porosidad. Por último, se aprecia que el tamaño de RVE no influye enlas propiedades mecánicas de cada simulación.
 In this work title numerically, we study the effect of the Cu-Fe interface on themechanical properties of a material composed of a copper matrix with hollow spheresiron by the finite element method.With the development seeks to offer an alternative to determine a microstructureto optimize the behavior of this material in terms of modulus of elasticity, thus reducingthe costs associated with study and experimental development.Metal foams correspond to solid bodies having voids distributed throughout thematerial, can be open or closed pores. In practice defects that form the walls of thepores of a closed-cell foam reduced properties compared to measure by the open cellfoam values. Eliminate these defects could improve their performance in largequantities for low densities. In the case of syntactic foams porosity is achieved whenhollow spheres added, so that the cells are closed, making it impossible interconnectingpores. With this type of foam is achieved substantially lower density material, whilemaintaining or even can improve the mechanical properties of compact material.On the other hand, copper as well as being one of the export products of Chile, itis a material of great interest in engineering for their mechanical properties. This hasled to the search for and development of new applications based on copper materialssuch as copper foams produced by the process of powder metallurgy, which ischaracterized by its low density and high impact energy absorption. Its applicationsrange of heat exchangers and energy storage. However, open pore morphology hasdisadvantages in their mechanical behavior.For this work the mechanical behavior of syntactic foams of copper byincorporating hollow spheres iron under different working conditions is analyzed. Tothis, copper samples are modeled 3D incorporating hollow spheres with and somewithout varying porosity and geometry size for comparative purposes.To analyze the effect of the interface matrix-spheres in the Cu-Fe system isconsidered that the size of the interface is related to the wall thickness of the hollowspheres. Using and size indicator interfacial thickness of each hollow sphere, and thusstudy the effect of the interface in syntactic foams simulations for four differentthicknesses, where the samples are submitted and analyzed to assess the mechanicalbehavior as more interface is generated is performed.Based on the results obtained, one can conclude that the size of the Cu-Feinterface varies according to the thickness of the hollow spheres of Fe and the size ofthis interface, affects slightly on the results, so that a greater thickness larger spheresare the interface and elastic modulus.Furthermore, the Young's modulus decreases with increasing the percentporosity. Finally, we see that the RVE size does not affect the mechanical properties ofeach simulation.