Tesis:
Optimización de campos de tensiones residuales en procesos de tratamiento superficial de materiales metálicos mediante ondas de choque generadas por láser.
- Autor: PORRO GONZALEZ, Juan Antonio
- Título: Optimización de campos de tensiones residuales en procesos de tratamiento superficial de materiales metálicos mediante ondas de choque generadas por láser.
- Fecha: 2010
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES
- Departamentos: FISICA APLICADA A LA INGENIERIA INDUSTRIAL
- Acceso electrónico: http://oa.upm.es/7202/
- Director/a 1º: OCAÑA MORENO, José Luís
- Resumen: La tecnología LSP se considera en la actualidad como una técnica emergente para la mejora de propiedades de resistencia mecánica de materiales metálicos de interés estratégico cuyo desarrollo con vistas a su implantación a nivel industrial es objeto de estudio en importantes laboratorios y centros de investigación de todo el mundo y que está, sin duda, llamada a constituir una tecnología básica de tratamiento sobre la que se han de apoyar importantes mejoras en la capacidad de servicio de componentes mecánicos de importancia crítica. Sobre la base de los avances previos llevados a cabo por el equipo de investigación en cuyo trabajo se enmarca la presente Tesis, el desarrollo de la misma se ha enfocado principalmente a la optimización de los campos de tensiones residuales de compresión inducidos por el tratamiento. En concreto, se ha realizado un extenso estudio sobre los diferentes parámetros experimentales implicados en el proceso con el objeto de optimizarlos generando unas ventanas paramétricas idóneas para cada uno de los materiales objeto de análisis. Respecto a la estructuración de la Tesis, en el capítulo 1 se presenta una introducción al tratamiento superficial mediante ondas de choque generadas por láser desde un punto de vista descriptivo de la tecnología, siendo los principales puntos en los que se hace hincapié: i) Introducción a los procesos de tratamiento de materiales mediante ondas de choque generadas por láser y sus aspectos científicos-técnicos más destacados. ii) Discusión de potenciales beneficios obtenibles al tratar materiales mediante la técnica LSP. iii) Repaso de los principales materiales que normalmente son objeto de tratamiento y las modificaciones realizadas en sus propiedades mecánicas. En el capítulo se incluye, además, un repaso bibliográfico de los trabajos más significativos publicados sobre la tecnología tratada. El capítulo 2 contiene una revisión sobre la problemática específica del estudio de procesos de LSP desde el punto de vista de los resultados previamente obtenidos por distintos autores. El capítulo examina, entre otros, los siguientes aspectos fundamentales (adaptando contenidos de la referencia [MORALES04]): i) Mecanismo de generación de la onda de choque. ii) Análisis de la interacción láser-plasma. iii) Análisis de la ruptura dieléctrica del medio confinante. iv) Metodología desarrollada en el CLUPM para el estudio de procesos de LSP, con especial referencia a los códigos DRUPT, LSPSIM, HARDSHOCK 1D y HARD-SHOCK 3D. v) Resumen del estado del arte de los avances experimentales de la técnica LSP. En el capítulo 3 se recoge el núcleo básico de la Tesis consistente en el desarrollo y aplicación de una metodología propia de carácter integrado teórico-experimental para la optimización de campos de tensiones residuales en procesos LSP. Los puntos desarrollados en este capítulo son los siguientes: i) Marco general de la optimización de procesos LSP. ii) Identificación de parámetros experimentales implicados en el proceso: longitud de onda, diámetro de interacción, superposición programada de pulsos láser, control del medio confinante y recubrimientos absorbentes. iii) Descripción de la metodología de análisis y evaluación de los resultados de la simulación de procesos de LSP con vista a su optimización: ruptura dieléctrica del medio confinante, influencia del perfil temporal del pulso láser sobre la intensidad de la onda de presión, análisis de problemas unidimensionales y tridimensionales y análisis crítico de la capacidad predictiva del sistema SHOCKLAS. En el capítulo 4 se presenta la evaluación crítica con vistas a la definición de los correspondientes criterios de optimización de los resultados obtenidos durante el desarrollo de las campañas experimentales desarrolladas: i) Exposición de los resultados obtenidos al medir tensiones residuales sobre diferentes materiales al modificar la intensidad del tratamiento: Aluminio 2024-T351, Acero AISI 304 y Ti6A14V. ii) Evaluación comparativa entre los resultados calculados por simulación numérica y los obtenidos a partir de la medida de las probetas tratadas experimentalmente. iii) Estudios complementarios de propiedades mecánicas adicionales realizados sobre probetas tratadas en el Centro Láser UPM: Ensayo de crecimiento de grieta y resistencia a la fractura y ensayo de desgaste y fricción. iv) Valoración crítica de las tendencias observadas en los procesos de tratamiento LSP ensayados y obtención de los correspondientes criterios de diseño optimizado. En el capítulo 5 se indican las conclusiones obtenidas a partir del trabajo realizado así como las futuras líneas de desarrollo. Los anexos incluidos como parte accesoria contienen información importante que se ha utilizado en el desarrollo de la Tesis, que forma parte de lo que se puede considerar conocimiento establecido, y que se recoge junto con el desarrollo general del trabajo para proporcionar una presentación autoconsistente: i) En el anexo I se presenta una descripción del equipamiento experimental utilizado para la aplicación de la técnica LSP. ii) El anexo II contiene una descripción del método de medida de tensiones residuales mediante el método del taladro incremental (Norma ASTM E837-08). iii) El anexo III proporciona información sobre las propiedades de algunos materiales característicos objeto de tratamiento mediante la técnica LSP. iv) El anexo IV resume del comportamiento de sólidos sometidos a ondas de choque (adaptado de la referencia [MORALES04]). Hay que destacar el hecho de que la mayoría de los resultados de esta Tesis se han obtenido dentro de los Proyectos de Investigación "Desarrollo e Instrumentación de Procesos de Tratamiento Superficial de Materiales Metálicos con Ondas de Choque Generadas por Láser como Método de Mejora de su Resistencia a la Fatiga (SHOCKLAS2)" (DPI2001-3669) y "Desarrollo, instrumentación y caracterización experimental de aplicaciones de la tecnología de tratamiento superficial de materiales metálicos por ondas de choque generadas por láser (LSP) (SHOCKLAS3)" (DPI2005-09152-C02-01) ambos financiados por el Ministerio de Ciencia y Tecnología/Ministerio de Educación y Ciencia/Ministerio de Ciencia e Innovación y en colaboración con EADS - CASA España. Asimismo, el doctorando ha disfrutado de una beca FPI para la realización de la presente Tesis.