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Análisis de la evolución microestructural y de propiedades mecánicas de uniones soldadas de acero inoxidable 304 utilizando soldadura fuerte por difusión
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025) Jofré Cruz, Javier Alfonso; Departamento de Ingeniería de Minas, Metalurgia y Materiales; Tello Araya, Karem Eva
La soldadura fuerte por difusión representa una alternativa innovadora para la unión de metales iguales o disímiles a temperaturas relativamente bajas. En métodos tradicionales como la soldadura por fusión, la unión de metales con diferentes propiedades mecánicas y térmicas puede resultar contraproducente, pues la presencia post – soldadura de tensiones residuales debido a las diferencias en coeficientes de expansión térmica puede generar distorsiones internas, fisuras, etcétera. Por otro lado, la soldadura fuerte por difusión se basa no solo en la unión por capilaridad del metal de aporte en la superficie del metal base, sino también en la interdifusión de elementos entre estos. En el presente estudio, una aleación de la familia Ag – Cu – Zn (BAg – 1) fue utilizada como metal de aporte para unir dos placas de acero inoxidable 304, y el efecto del tiempo (30, 60 y 120 minutos) y temperatura (620°C, 660°C) en la evolución microestructural y de propiedades mecánicas de las uniones resultantes fueron investigados, por lo tanto, perfiles metalográficos, de dureza y ensayos de resistencia al corte fueron realizados. Los resultados obtenidos mostraron que la fase rica en Cu – Zn (Cuss) aumenta su tamaño conforme el tiempo de soldadura aumenta y que mientras hacia el centro de la unión se presentó gran presencia de esta solución sólida, hacia los extremos esta cambiaba por una mayor fracción de eutéctico. Además, la nucleación de Cuss se da únicamente hacia la cercanía con la interfase con el metal base y no hacia el centro de la capa intermedia. Esto ocurrió dada la interdifusión entre el metal base y metal de aporte, en donde la presencia de elementos como el Ni que difundió hacia el metal de aporte ve favorecida la nucleación de Cuss(...).
ANÁLISIS DEL CRECIMIENTO DE GRIETA EN FATIGA EN TORNO AL ?? ?? Y DEL FENÓMENO DE CIERRE DE GRIETAS PARA LAS SERIES DE FUNDICIÓN DÚCTIL: 400-15, 500-7, 600-3 Y 700-2
(2022) Cabeza Espinoza, Edgardo Maximiliano; Departamento de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales; Tello Araya, Karem Eva
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CARACTERIZACIÓN MICROESTRUCTURAL DE RECUBRIMIENTOS DUROS FABRICADOS VÍA ROCIADO TÉRMICO DEL TIPO COMBUSTIÓN DE OXÍGENO DEL ALTA VELOCIDAD (HVOF)
(2020-12) Miranda Lobos, Daniela Lisette; Departamento de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales; Tello Araya, Karem Eva
COMPARACIÓN DE MICROESTRUCTURAS DE UNA ALEACIÓN Ti-44 AT. %Pt EN CONDICIÓN AS-CAST Y TRATADA TÉRMICAMENTE FABRICADA CON MATERIAS PRIMAS DE DISTINTA PUREZA
(2019) Silva Fernández, Soledad Andrea; Departamento de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales; Tello Araya, Karem Eva; De Barbieri Boero, Flavio Andres; Aguilar Ramirez, Claudio Eduardo
Estudio de alternativas de depósitos de relaves como geo polímeros en zona no urbanas ni agrícolas en Chile central
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025) Olivares Castro, Juan Carlos; Tello Araya, Karem Eva; Departamento de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales; Encina Montenegro, Víctor
Si bien en el título de esta tesis se menciona la utilización de geo polímeros, a lo largo de la investigación se descartó esta opción. La decisión se tomó debido a la incertidumbre en el comportamiento geomecánico y de secado de los geo polímeros en condiciones extremas de alta cordillera. Como alternativa, se adoptó el uso de relaves cementados, los cuales demostraron mayor estabilidad y viabilidad técnica para el emplazamiento propuesto. El presente trabajo aborda el desafío de optimizar la disposición de relaves mineros en alta cordillera como alternativa técnica y sostenible frente a los depósitos tradicionales en el valle central. En el contexto de la minería chilena, la creciente producción de relaves plantea problemas ambientales y territoriales, destacando la necesidad de métodos más seguros y eficientes que cumplan con las normativas actuales. El estudio tuvo como objetivo general proponer un modelo de disposición de relaves cementados en alta cordillera, evaluando su viabilidad técnica mediante análisis estructurales, de impermeabilidad y estabilidad sísmica. Para lograrlo, se definieron características físicas del relave, se identificaron condiciones topográficas idóneas y se verificó el desempeño del diseño propuesto frente a normativas chilenas como el DS248. La metodología incluyó un enfoque técnico que excluyó factores económicos y ambientales detallados, centrándose en el comportamiento estructural del depósito. Los resultados evidenciaron que los relaves cementados alcanzaron un coeficiente de seguridad de 1.81 bajo condiciones sísmicas de hasta0,54g y una impermeabilidad de 2, 0 × 10−11 cm/s, valores significativamente superiores a los requerimientos normativos. Además, el diseño escalo- nado optimizó la adaptación al terreno montañoso, garantizando una disposición estable y eficiente. La propuesta de relaves cementados es técnicamente viable y representa una alternativa sostenible para la gestión de relaves en alta cordillera. Este método reduce la dependencia de muros de contención externos, ofreciendo una solución alineada con las normativas vigentes y los desafíos actuales de la industria minera.
ESTUDIO DE PRE-FACTIBILIDAD TÉCNICA Y ECONÓMICA DE LA MANUFACTURA ADITIVA POR HAZ DE ELECTRONES COMO MÉTODO DE FABRICACIÓN DE PRÓTESIS MÉDICAS A PARTIR DE POLVOS DE TI-6AL-4V
(2020) Valenzuela Arancibia, Hernán Felipe Leonidas; Departamento de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales; Tello Araya, Karem Eva
Evaluación de ensayos de adhesión para recubrimientos duros fabricados mediante rociado térmico del tipo combustión de oxígeno de alta velocidad (HVOF)
(2022) Krause Riffo, Rudolf; Departamento de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales; Tello Araya, Karem Eva
Evaluación de la producción de acero verde
(2022) Harris González, Roberto Mario; Departamento de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales; Tello Araya, Karem Eva
Evaluación de materiales catódicos para baterías comerciales de ion litio
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2024-10-21) Reinoso Aguirre, Sergio Nicolás; Constanzo Rojas, Robinson; Departamento de Ingeniería Química y Ambiental; Tello Araya, Karem Eva; Ramírez Livingston, Daniel Alberto
El análisis presentado examina de manera exhaustiva la evolución, importancia y futuro de las baterías de ion litio, con un enfoque particular en los materiales catódicos empleados en su fabricación. Estas baterías son reconocidas como componentes fundamentales en la transición hacia tecnologías más sostenibles, desempeñando un papel crucial en aplicaciones que abarcan desde dispositivos electrónicos hasta herramientas eléctricas y sistemas de almacenamiento de energía, destacando su relevancia en el ámbito de la electro movilidad. El objetivo principal de este estudio es llevar a cabo un análisis comparativo de los diferentes materiales catódicos utilizados en las baterías de ion litio, evaluando tanto su rendimiento técnico como su viabilidad económica para establecer un ranking basado en los costos de producción en la fabricación de vehículos eléctricos. Se exploran en detalle los componentes críticos de las baterías, incluidos el ánodo, el cátodo, el electrolito y el separador, así como su influencia en la eficiencia y seguridad del sistema energético. Además, se destaca el creciente interés de empresas como SQM en el desarrollo de estas tecnologías de baterías y materiales catódicos, los cuales dependen en gran medida de materias primas estratégicas como el carbonato de litio (LC) y el hidróxido de litio (LH), ambos producidos en Chile. Este interés subraya la importancia de la innovación en esta área para maximizar el valor de las materias primas nacionales y potenciar su rol en la cadena global de producción de baterías. En este contexto, se implementan diversos métodos de síntesis para los materiales catódicos, tales como la síntesis en estado sólido, co-precipitación, sol-gel, hidrotermal y combustión. Estas técnicas se evalúan en términos de su capacidad para producir materiales de alta calidad, enfatizando la homogeneidad, pureza y propiedades electroquímicas. Asimismo, se abordan técnicas de mejora como el dopaje y el decubrimiento, orientadas a optimizar las propiedades de los materiales catódicos, incrementando su capacidad, estabilidad y vida útil. Los resultados del análisis técnico evidencian comparaciones entre los materiales catódicos LCO (óxido de cobalto y litio), LMO (óxido de manganeso y litio), LFP (óxido de hierro y litio) y NMC (óxido de níquel, manganeso, cobalto y litio). Tras 100 ciclos, el LCO recubierto con FePO4 exhibe una eficiencia del 97 % y una capacidad específica de 187 mAh/g, mientras que el LMO dopado con Mg-F presenta una eficiencia del 96 % y una capacidad específica de 125 mAh/g. Por su parte, el LFP recubierto con carbono/grafeno logra una eficiencia del 94 % y una capacidad específica de 175 mAh/g, y el NMC dopado con Al muestra una eficiencia del 95 % y una capacidad específica de 210 mAh/g. Desde el punto de vista económico, el análisis realizado mediante el software BAT-PAC determina que el material catódico más rentable para la fabricación de baterías de vehículos eléctricos es el NMC dopado con aluminio, con un costo total del paquete de baterías de $11,533 dólares. Este hallazgo resalta la viabilidad del NMC no solo en términos de rendimiento técnico, sino también en su aplicación práctica en el mercado de la electromovilidad.
Evaluación del efecto del calor de aporte en las propiedades mecánicas de una aleación Al-Si (4047) fabricadas con WAAM
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2025) Bustos Rivera, Alexis Bustos; Departamento de Ingeniería de Minas, Metalurgia y Materiales; Tello Araya, Karem Eva
En el Centro Integrado de Manufactura y Automatización (CIMA), se implementó el sistema WAAM para fabricar componentes de aleación aluminio-silicio 4047, utilizando un equipo de soldadura MIG/GMAW acoplado a un robot industrial KUKA. Se produjeron tres piezas con diferentes niveles de aporte térmico: bajo (212.6 J/mm), medio (235.4 J/mm) y alto (267.1 J/mm), las cuales se analizaron mediante curvas de calentamiento y enfriamiento, caracterización metalográfica, cálculos de parámetros de solidificación y mediciones de dureza. Durante el proceso, fue necesario realizar ajustes manuales para regular la temperatura y corregir irregularidades en los cordones, aspectos que podrían optimizarse mediante automatización en futuras investigaciones. El objetivo de este trabajo es evaluar el efecto del calor de aporte en las propiedades mecánicas de una aleación Al-Si (4047) fabricadas con WAAM. El voltaje más alto (16V) proporcionó una distribución térmica más uniforme, mejorando la calidad del cordón. Se observó una evolución microestructural desde estructuras columnares en los primeros cordones hasta estructuras equiaxiales en los superiores debido a cambios en el gradiente térmico y velocidad de solidificación. El SDAS aumentó progresivamente con el número de cordón y el voltaje aplicado, mientras que la velocidad de enfriamiento disminuyó. Se evidenció una correlación inversa entre SDAS y la velocidad de enfriamiento, donde 14V presentó la mayor velocidad de enfriamiento y el menor SDAS, mientras que 16V mostró la tendencia opuesta. Los mapas de solidificación indicaron que un mayor gradiente térmico (G) y velocidad de solidificación (R) favorecen estructuras equiaxiales, mientras que valores más bajos de G y R promueven un crecimiento columnar más marcado. En cuanto a dureza, los valores de macrodureza fueron similares en todas las muestras, mientras que la microdureza mostró mayores valores en 14V (85.4 HV), en concordancia con su menor SDAS. Se concluye que un menor SDAS mejora la resistencia y dureza, mientras que un mayor SDAS (16V) favorece la ductilidad.
Evaluación del envejecimiento de polímeros termoplásticos – revisión del estado del arte
(2021) Rojas Cóndores, Hugo Ignacio; Romero Villarroel, Francisco; Departamento de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales; Tello Araya, Karem Eva
IDENTIFICACIÓN DE LA ESTRUCTURA CRISTALINA DE LA FASE Ti4Pt3 EN EL SISTEMA BINARIO Ti-Pt
(2018) Arancibia Poblete, Fernanda Paz; Departamento de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales; Tello Araya, Karem Eva; Cardoso Gil, Raul Hector; Ibañez Rivera, Juan Patricio; Aguilar Ramirez, Claudio Eduardo
Implementación de la manufactura aditiva basada en soldadura por arco metálico protegido por gas de piezas de acero inoxidable austenítico
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2024) Sandoval Orellana, Felipe Ignacio; Departamento de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales; Tello Araya, Karem Eva
El proceso de manufactura aditiva basada en soldadura por arco metálico protegido por gas (Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM), presenta un gran potencial como una alternativa para las fundiciones por la rapidez con la que es posible fabricar una pieza compleja sin muchas restricciones en cuanto a su tamaño. Este proceso aún está en etapa de implementación en la industria, y carece de normas estandarizadas para su ejecución. Actualmente, en la industria existen ejemplos de aplicación de esta tecnología, pero limitado a estudios de caso, razón por la cual una implementación para un material y geometría específicos es un buen punto de partida para investigaciones de este tema en la universidad. El objetivo de este trabajo es implementar un sistema WAAM a nivel de laboratorio y analizar el efecto del aporte calórico en la evolución microestructural y las propiedades mecánicas de piezas “as-welded” fabricadas mediante este método. Se logró la implementación del WAAM para piezas de acero inoxidable austenítico en el Centro Integrado de Manufactura y Automatización (CIMA). El sistema utiliza un equipo de soldadura MIG/GMAW acoplado a un robot industrial KUKA con su respectiva unidad de control. En la investigación, se fabricaron y analizaron tres placas de acero inoxidable AISI 308L con diferentes niveles de calor de aporte: alto (349 J/mm), medio (300 J/mm) y bajo (288 J/mm), que luego se evaluaron en base a ensayos de tracción, mediciones de dureza y metalografía. El proceso de fabricación requirió ajustes manuales para controlar la temperatura y corregir irregularidades en los cordones, parámetros cuyo control podría ser automatizado en un futuro. Los resultados mostraron que al disminuir el calor de aporte, la dureza de las placas aumentó, alcanzando valores comparables e incluso mayores a los esperados para la aleación en estado as welded. Las propiedades mecánicas (YS, UTS y %el) también variaron según el nivel de calor de aporte, siendo más favorables con un bajo calor de aporte debido a una estructura más fina y homogénea, como se observó mediante análisis metalográfico. La microestructura reveló ferrita en forma de las morfologías “lacy” y “vermicular” en todas las piezas, con un aumento en la presencia de ferrita lacy para menor aporte calórico. En conclusión, la implementación del método WAAM fue exitosa, pero se identificaron áreas de mejora, especialmente en la potencial automatización y la optimización de parámetros de fabricación. Las propiedades mecánicas logradas fueron adecuadas y comparables con métodos tradicionales de manufactura, destacando el potencial del WAAM como una alternativa en la producción de componentes metálicos.
INFLUENCIA DEL APORTE CALÓRICO SOBRE LA MICROESTRUCTURA Y LA RESISTENCIA AL DESGASTE ABRASIVO DE RECUBRIMIENTOS DUROS Ni-WC
(2017) Zambrano Marín, Sebastián Andrés; Departamento de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales; Estay Villalon, Sergio; Tello Araya, Karem Eva; Edwards Ackroyd, Maurizio Carlos
Validación del ensayo de identación como técnica para determinar la adhesión de recubrimientos WCCo- Cr fabricados por HVOF
(Universidad Técnica Federico Santa María, 2024) Reyes Kreul, Francisca Paola; Departamento de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales; Tello Araya, Karem Eva
La energía hidroeléctrica es la fuente de energía renovable, que más electricidad genera a nivel global. Aportando en Chile cerca de un 23% de la potencia instalada. Lamentablemente producto de los deshielos y las altas precipitaciones que afectan a sectores de alta montaña es generado un mayor arrastre de sólidos, el cual provoca un desgaste abrasivo en las turbinas hidráulicas. Para mejorar las propiedades de estas piezas, se utilizan recubrimientos del tipo cermets WC-Co-Cr por rociado térmico (HVOF), los cuales, al momento de analizar sus propiedades, se tiene que “la adhesión” es la propiedad principal, ya que de esta depende la duración del recubrimiento sobre la pieza. Se determina que, el mecanismo de adhesión, en este tipo de recubrimientos, es el mecánico, producto de los esfuerzos residuales de contracción que se generan en este proceso. Esto por la alta energía de impacto y deformación que generan las partículas en el sustrato combinado con la contracción térmica de las partículas al enfriarse. El objetivo de este trabajo fue validar el ensayo de indentación interfacial, como técnica para determinar la adhesión de recubrimientos WC-Co-Cr fabricados por HVOF. Para esto, se analizó el efecto de las variables operacionales en la adhesión, medida con el ensayo de adherencia a la tracción (TAT), bajo la norma ASTM C633, el cual, actualmente es el más utilizado debido a su simplicidad. Se demostró que no se puede obtener información de este tipo de recubrimientos, ya que la resistencia del adhesivo, recomendado para estos ensayos, es mucho menor a la adhesión del recubrimiento. Por su parte, el ensayo de indentación, demostró ser un ensayo más sencillo, en términos de preparación de muestras y ejecución. Se pudo indicar, también, en base a los resultados de dureza en las muestras, que el flujo de combustible es la variable operacional con mayor influencia en la dureza del recubrimiento, pero que, en conjunto con el flujo de oxígeno, se aumenta en mayor medida la dureza, alcanzando un 85% de diferencia entre la muestra con menor dureza, fabricada con menores flujos y la de mayor dureza, fabricada con flujos mayores. Sin embargo, con las cargas disponibles en el equipo de indentación, no se logró generar grieta en la interfaz recubrimiento/sustrato. Finalmente, se determina que, a pesar de que ambos ensayos se pueden realizar en laboratorio, el ensayo TAT no se sugiere como un ensayo válido para determinar adhesión en este tipo de recubrimientos. Mientras que el ensayo de indentación interfacial, a pesar de no entregar resultados concluyentes por falta de capacidad en el equipo, nos pudo entregar un rango de tenacidad en el cual se puede clasificar estos recubrimientos, 11 MPa·m1/2, y que para obtener la tenacidad interfacial relacionada con la adhesión de este par recubrimiento/sustrato, se necesitan aplicar mayores cargas de indentación.

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