ECAP capabilities

La semana pasada por fin pudimos arrancar con el sistema de ECAP (Equal channel angular pressing, prensado angular por canales iguales) en el laboratorio. Han sido 9 meses, desde el inicio del año, donde le dedicamos mucho tiempo al diseño de los dados y el cálculo de la presión necesaria para formar materiales de aproximadamente 800 GPa de resistencia.

Por fin, el jueves pasado, teníamos casi todo listo y pudimos comenzar con la primera prueba. Por supuesto que encontramos problemas como la expansión térmica (que aunque fue considerada, nos provocó más problemas de los esperados) y todavía nos falta el sistema de calentamiento del molde. Pero a pesar de ello, pudimos formar una pieza de sección cuadrada de aleación Al-7075.

Encontramos algunos problemas ampliamente reportados en la literatura, como la fractura del material debido a una baja temperatura de formado y todavía tenemos que encontrar el mejor lubricante. Sin embargo, los resultados son alentadores.

Con estos resultados, tenemos ahora la capacidad de procesar materiales por las dos rutas principales de deformación plástica severa: ECAP y ARB. Podemos acelerar el procesamiento y comenzar a explorar las opciones de caracterización.

Líneas de flujo a escala microestructural. La barra de escala es de 200 micrómetros

We’ve only just begun

Es muy difícil estimar el tiempo necesario para la maduración de un grupo de investigación. En particular, mi percepción es que se requiere que varios aspectos se acomoden del modo y en el tiempo correcto. El que casi con seguridad es el más importante es la existencia de recursos financieros. En México nunca ha sido fácil hacer investigación, pero me da la impresión de que al haber crecido el ecosistema la competición por recursos es cada vez más cruenta. En segundo lugar, está la atracción de talento. No quiero decir con esto que los estudiantes sean menos importantes que los recursos. Sin embargo, sin dinero no es posible ofrecer un tema de tesis que sea realizable en el tiempo otorgado por Conacyt. Además, es menos probable atraer estudiantes destacados si uno no tiene la posibilidad de adquirir los materiales necesarios para su tesis. Por último, se necesita encontrar el tema de investigación en el cual se puedan concentrar los esfuerzos. Un tema que seainteresante desde el punto de vista científico y, preferentemente, con aplicaciones reales a mediano plazo.

 

Forja al estilo antiguo. Photo by Jonathan Bean on Unsplash

En mi caso particular, he tomado la ruta larga para encontrar estas condiciones. En los primeros años de mi trabajo, me concentré en realizar proyectos vinculados con la industria que me permitieran hacerme de recursos, mientras resolvíamos problemas reales. Como resultado, tuve la oportunidad de realizar adquisiciones importantes para el desarrollo de los temas de investigación más científicos, como el sistema de deformación a escala reducida, el molino de laminación y el software de correlación digital de imágenes. Sin embargo, esto limitó mi producción de artículos indizados, poniendo en riesgo mi productividad científica. Lo anterior ocurrió porque en general lo desarrollado en el marco de un proyecto industrial no es fácilmente publicable.

Fractura de Mg ZK60 durante el rolado.

Adicionalmente a lo anterior, la formación que obtuve del doctorado es del área de caracterización de las propiedades mecánicas de materiales a nivel micromecánico. El verso de Jeremías 6:27 lo resume mejor:
I have made you a tester of metals and my people the ore, that you may observe and test their ways
(Te he vuelto un probador de metales y a mi gente el mineral, para que puedas probar y observar su desempeño)
Por este motivo, necesité de un buen tiempo para hacerme de los equipos de prueba, pero también de los equipos de procesamiento necesarios para poder producir materiales con propiedades interesantes a nivel micromecánico. Mientras esto ocurría, seguí dirigiendo tesis de maestría y doctorado en temas interesantes, pero relativamente alejados del área de deformación en la microescala.
Ahora, siete años después de haber regresado a México, veo con muchísimo gusto que en el grupo de investigación tenemos una línea de investigación bien definida, con los equipos necesarios para explorar dicha línea y con recursos humanos de muy alta calidad que están obteniendo resultados interesantes. Hay muchos artículos que están por someterse y los temas no han dejado de ser de interés industrial.
Los siguientes años serán sin duda muy interesantes. Todo es cuestión de no perder el rumbo.

De regreso a lo básico

Tras haber intentado mantener una página estática y una comunidad activa en Facebook, he decidido regresar al blog. Sin duda WordPress ofrece la posibilidad de presentar una buena página y durante muchos años disfruté de mantener un blog.

Todavía faltan muchos ajustes, pero el sitio ya es funcional. Espero en estas vacaciones poder adelantar con la información que necesito subir y actualizar. Los invito a subscribirse al blog mediante RSS o algún otro sistema similar.

 

 

Primeras pruebas del molino de laminación

Ha sido un inicio de semestre muy atareado. El nuevo molino de laminación ha sido instalado exitosamente y hemos comenzado con las primeras pruebas del mismo. Hasta el momento sólo se han rolado muestras de cobre y latón, pero esperamos muy pronto estar obteniendo los primeros materiales compuestos de Nb y Cu.

 

Nuevos miembros del grupo de investigación.

En este semestre hemos recibido 2 nuevos estudiantes de maestría y uno de licenciatura. Todos ellos estarán trabajando con el nuevo molino de laminación recientemente adquirido en el Cinvestav Saltillo. El Ing. Josué Benjamín Montelongo Vega trabajará desarrollando materiales compuestos laminados de Nb-Cu a través de unión por rolado acumulativo (ARB). Se espera que este tipo de materiales puedan utilizarse en aplicaciones donde se requiera alta resistencia. Además, sus mecanismos de deformación resultan de interés académico. Por su parte, el Ing. Adrián Holguín González, utilizará el molino de laminación para procesar electrodos de plomo con adiciones de Ag, FeO y otros compuestos entre láminas. De acuerdo a la literatura, este tipo de electrodos presentan propiedades superiores a las de los electrodos base de plomo. Por último, Gerardo Gómez Jiménez es un estudiante de Ingeniería Química Metalúrgica de la UNAM que estará realizando una estancia académica en nuestra Unidad estudiando la estabilidad térmica de la microestructura deformada por ARB de láminas de cobre y latón.

Esperamos que todos ellos disfruten de sus respectivos proyectos y estamos seguros que pronto tendremos más resultados interesantes que reportar.

 

Jornadas de Ingeniería Metalúrgica 2014

Esta semana se realizaron las XVI Jornadas Estudiantiles de Ingeniería Metalúrgica en el Cinvestav Unidad Saltillo. En esta ocasión, dos estudiantes del grupo de Microestructura presentaron los resultados de sus tesis de maestría: Juan Ríos y Víctor Sánchez. Cabe destacar que ambos estudiantes han entregado ya los borradores de sus respectivas tesis y esperan defenderlas antes del término de este semestre.

El Ing. Juan Rios explicando su trabajo de maestría a los asistentes
El Ing. Juan Rios explicando su trabajo de maestría a los asistentes

El Ing. Víctor Sánchez mostrando los resultados del simulador de recristalización mediante autómata celular
El Ing. Víctor Sánchez mostrando los resultados del simulador de recristalización mediante autómata celular

Titulación Israel Medina

El pasado 13 de diciembre, el Ing. Israel Medina Juárez defendió su tesis de maestría con el tema “Efecto del oxígeno en la transformación Beta -> alfa + beta en la aleación Ti-6Al-4V”. El jurado estuvo conformado por los Doctores Arturo Juárez Hernández de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de la UANL, Manuel de Jesús Castro Román y Francisco Alfredo García Pastor del Cinvestav Unidad Saltillo. Después de presentar los resultados de su investigación de maestría, el Ing. Medina fue examinado por los sinodales, los cuales determinaron que su trabajo de tesis tiene la calidad suficiente para conferirle el grado de Maestro en Ciencias.

Todos los integrantes del grupo estamos orgullosos del trabajo de Israel y nos sentimos muy felices de que haya decidido continuar con sus estudios doctorales en nuestra institución.

Lectura del Acta de Examen de grado
Lectura del Acta de Examen de grado

Thermec 2013

Del 2 al 6 de diciembre se llevó a cabo el congreso Thermec 2013 en la ciudad de Las Vegas, NV en Estados Unidos. En este congreso, los estudiantes Israel Medina y Ricardo López, así como el Dr. Francisco García Pastor presentaron trabajos correspondientes a los temas de investigación del grupo. En este evento, se tuvo la oportunidad de establecer lazos de vinculación con la Open University del Reino Unido, así como con la UNAM.

Israel Medina presentando su póster en Thermec 2013
Israel Medina presentando su póster en Thermec 2013

 

 

Ricardo Daniel López García presentando su póster en Thermec 2013
Ricardo Daniel López García presentando su póster en Thermec 2013

En la presentación oral de Thermec 2013
En la presentación oral de Thermec 2013

Make a difference

La Universidad de Manchester ha lanzado una convocatoria para sus egresados. En un par de párrafos se invita a resumir la contribución del egresado a realizar una diferencia en su entorno. En mi caso particular, me siento muy agradecido por la oportunidad que se me ha dado de trabajar con los estudiantes de posgrado del Cinvestav Unidad Saltillo.

Prácticamente todo el país ha sido afectado por la situación de inseguridad. Todos tenemos nuestras propias ideas sobre cuál es el camino a seguir para salir de estos problemas. Personalmente, creo que todos debemos contribuir en nuestras respectivas esferas de influencia. Me siento muy feliz cuando recibo estudiantes de todo el país, que han dejado sus lugares de origen para invertir en su futuro a través de la educación.

En el grupo de Microestructura, he tenido la oportunidad de trabajar con estudiantes de Oaxaca, Distrito Federal, Estado de México, Tamaulipas, Michoacán y Coahuila. Todos ellos han sido, directa o indirectamente, influenciados por la inseguridad. A pesar de ello, no dejan de esforzarse todos los días, mirando con optimismo el porvenir.

Me siento muy orgulloso de cada uno de ellos. Su dedicación y entrega me hacen sentir que en verdad podemos hacer una diferencia desde nuestra trinchera. Eso es lo que quise plasmar en mi colaboración al tumblr de “Make a difference” de la Universidad de Manchester.

Make a difference, Mentoring researchers for a better future

Dr. Francisco García-Pastor

Modelación matemática de procesos termomecánicos: Aplicaciones y limitaciones

La modelación matemática es una herramienta muy útil para el estudio de los procesos termomecánicos. Sin embargo, es importante no perder de vista que esta herramienta nos ofrece resultados que sólo serán útiles en la medida que las ecuaciones gobernantes, las propiedades y las condiciones iniciales y de frontera representen adecuadamente al proceso. Además, la modelación matemática es sólo una de las múltiples herramientas que pueden aplicarse al estudio de estos procesos. Por todo lo anterior, cualquier estudio de este tipo de procesos no debe limitarse al enfoque único de la modelación matemática. Habiendo dicho lo anterior, los modelos matemáticos ofrecen alternativas económicamente viables y más flexibles a la experimentación en planta.

En el grupo de Microestructura, contamos con uno de los mejores paquetes de software para la simulación de procesos termomecánicos: Deform 3D. Este sistema se basa en el método de elemento finito para discretizar las ecuaciones gobernantes. Es capaz de resolver de modo acoplado las ecuaciones de transferencia de calor y el tensor de deformación, usando propiedades dependientes de la temperatura y la velocidad de deformación que pueden ser tomadas de su amplia base de datos o definidas por el usuario. Además, cuenta con la posibilidad de usar materiales descritos por una mezcla de fases, usando la regla de la aditividad, lo cual abre la posibilidad de incluir en la simulación diversas transformaciones de fase. El cambio de volumen y consiguiente deformación causada por estos cambios de fase también son incluidos en el cálculo de las ecuaciones mecánicas gobernantes. Por los motivos anteriores, este software es usado en simulaciones de procesos de forja, rolado en caliente, tratamiento térmico, etcétera.

Animación del rolado en caliente de acero al C
Animación del rolado en caliente de acero al C

Sin embargo, como se mencionó anteriormente, para obtener resultados relevantes es necesario definir con precisión las propiedades termofísicas, mecánicas y de transformación para cada material. En el grupo de Microestructura usamos una amplia gama de técnicas de caracterización para obtener estas propiedades. En particular, contamos con un dilatómetro de temple que nos permite construir diagramas temperatura-tiempo-transformación (TTT) y enfriamiento continuo-transformación (CCT). La cinética de transformación así determinada incrementa en gran medida la utilidad del software. Respecto a las condiciones de frontera, haciendo uso del análisis térmico, tenemos la capacidad de determinar el coeficiente de transferencia de calor en la interface pieza-medio de temple.

Gracias a la conjunción de herramientas experimentales y computacionales, las habilidades del grupo han crecido de modo importante. Se ha podido utilizar el software para simular exitosamente la distorsión de componentes automotrices durante el temple. También se han desarrollado modelos del rolado en caliente de varilla a partir de materiales reciclados. Por último, el software también ha sido aplicado exitosamente en simulaciones de forja de aceros al carbono.

La experiencia adquirida por los integrantes del grupo de investigación permite ofrecer investigaciones basadas en esta herramienta de análisis, tanto para estudios aplicados a la industria, como en tesis de investigación de maestría y doctorado.