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 estudio el efecto del aumento de la concentracion de aluminio (Al) sobre la microestructura y la dureza del bronce al aluminio, mediante el uso de espectrometria de emision optica de chispa, microscopia electronica de barrido, tecnicas de espectroscopia de dispersion de energia, microscopia optica convencional y pruebas de dureza. En la investigacion 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 parametros quimicos 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 concentracion quimica del aluminio se uso la metodologia de superficie de respuesta. Se observo 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 monofasica a bifasica (α+β) evidenciando la aparicion de una microestructura martensitica similar a los aceros aportando un mejor comportamiento a la resistencia a indentacion. Se concluye que el aumento en la concentracion de Al, en la aleacion Cu-Al, presenta un cambio microestructural, y la aparicion de una fase β y β’ genera una mejor propiedad en la dureza, la dureza posee un comportamiento k proporcional a la concentracion de aluminio obteniendo en valor de 53 Brinell para un incremento en la concentracion de 5,5 wt.% Al. Palabras claves: aleacion, microestructura, bronce, espectrometria, espectroscopia.