Contrario a una percepción generalizada en la ingeniería, en muchas ocasiones no existe una correlación directa entre dureza y resistencia al desgaste. En materiales duros, se trata de prevenir el daño por desgaste por un elevado límite elástico en el material, el cual supuestamente tiene que ser superior a los esfuerzos de contacto en el tribopar. En materiales tribológicos dúctiles no se impone tal límite pero se desarrolla el sistema para absorber el daño mediante deformación plástica, sin que ésta cause perdida de material. La capacidad del material para absorber energía mecánica (tenacidad, endurecimiento por trabajo en frío) es lo que caracteriza la resistencia al desgaste en estos casos. Para el caso específico de las aleaciones usadas en cojinetes, muchos ingenieros del sector automotriz consideran que éstas deben ser blandas. Si bien las primeras aleaciones para cojinetes (los babbits) eran blandas, esta propiedad no es necesaria, la confusión existe porque la mayoría de los ingenieros mecánicos no distinguen de manera adecuada entre los conceptos “blando” y “dúctil”. Con el límitante de que el material del cojinete no puede causar desgaste en el eje, el material usado tiene que ser lo más resistente posible, sin perder ductilidad. Una elevada resistencia permite reducir las dimensiones del cojinete y por consecuencia las pérdidas viscosas en el lubricante, afectando de manera positiva el rendimiento del motor. Después de haber participado de manera exitosa en la ingeniería inversa y la optimización de las aleaciones basados en Al-Sn, el responsable y los colaboradores de esta propuesta tienen como objetivo atacar la problemática de las aleaciones Cu-Pb. También en este sistema existen amplias posibilidades de optimización, pero tal esfuerzo tiene poco sentido, ya que por su contenido de plomo se necesita eliminar esta clase de productos en un futuro cercano. Además, su producción a través de un proceso de manufactura de polvos es costosa. Para prevenir el desgaste por adhesión en un contacto deslizante, es necesario que los dos componentes que constituyen el tribopar se produzcan de aleaciones compatibles. El análisis de Rabinowicz [1] indica que sólo Pb y Ag son perfectamente compatibles con Fe; Bi, Sn, Cd, Mg y Zr son aceptables. Análisis adicionales por otros autores han agregado a esta lista el In y el Cd. In, Pb y Cd son tóxicos, Ag y Zr son relativamente caros. El sistema Cu-Mg-Sn es el lógico sustituto para el Cu-Pb, tomando en cuenta que intentos para usar aleaciones polvimetalúrgicos basados en Cu-Bi no han sido satisfactorios [2]. Cu-Mg-Sn se utiliza en las guías eléctricas de trenes de alta velocidad. Tiene alta resistencia mecánica, elevada resistencia al desgaste y elevada conductividad térmica y eléctrica [3-5]. Debido a una monocapa de óxido de magnesio adherente en la superficie, su resistencia a la corrosión es excelente, aún bajo condiciones de desgaste, ya que la capa superficial se regenera después de haber sido removido. Tal y como ha sido el caso de las aleaciones Al-Sn, la literatura abierta con respecto a las aleaciones Cu-Mg-Sn es limitada, con excepción de algunas patentes [4,5]. Además, en el presente caso, la aplicación que se pretende elaborar es distinta al uso actual de las mismas. Por lo tanto, no es el objetivo en el presente proyecto llegar a una propuesta de manufactura, sino más bien explorar de manera sistemática el proceso termomecánica, analizar las microestructuras que resultan y las propiedades mecánicas obtenidas, incluyendo pruebas de fricción bajo condiciones de desgaste adherente incipiente. Al tratarse de un proyecto que en una primera etapa pretende explorar los aspectos fundamentales del sistema bajo investigación, se trabajará según la metodología del esquema factorial [6]: en la fundición, se analizarán las aleaciones Cu, Cu-Mg, Cu-Sn, Cu-Mg-Sn, el primero formando la referencia para comparar el efecto de los aleantes. La fundición se llevará a cabo en una lingotera para planchones delgados, por lo que no habrá etapa de laminado en caliente durante la producción. Para el proceso termomecánico, se reducirá a 2 niveles de deformación (eps=3 y 4) y se recocerán las aleaciones a tres temperaturas (450-650°C) en intervalos de 5, 10, 20 y 40 minutos, buscando la óptima combinación de ductilidad con resistencia a través de la metodología de superficie de respuesta. Los productos obtenidos se analizarán mediante técnicas metalográficas, ensayos de tracción, microdureza, tribómetro coaxial y tribómetro clásico (perno sobre disco). Debe quedar claro que se trata aquí de un proyecto explorador, en el cual se investigará más que nada la metalurgía física de las aleaciónes Cu-Mg-Sn y no tanto los aspectos tribológicos de las mismas. El enfoque en este proyecto explorador estará en las fases obtenidas durante una solidificación rápida y el efecto de los mismos en el endurecimiento por trabajo en frío durante el laminado, así como en la cinética de recuperación y recristalización en los tratamientos térmicos. Los modelos teóricos que se pretenden elaborar se relacionarán a estos efectos, más que con los aspectos de fricción y desgaste. Esta primera y extensa caracterización de este material poco estudiado es una condición indispensable para posteriormente poder investigar en más detalle sus posibles aplicaciones en sistemas tribológicos.

A largo plazo, el proyecto contribuirá a través del desarrollo de aleaciones que permitan eliminar el plomo en el motor de combustión interno a la vez de disminuir las pérdidas por fricción en el mismo. En esta etapa exploratoria, no se esperan resultados en el ámbito de innovación tecnológica, sino más bien en términos de resultados científicos publicables en revistas internacionales. • Se generarán los conocimientos detallados con respecto a la fundición y solidificación de una serie de aleaciones sobre las cuales existe poca información en la literatura científica abierta. Se utilizarán lingoteras para planchones delgados que permiten un enfriamiento acelerado y un monitoreo continuo de la temperatura en diferentes puntos del sistema. Dependiente de la velocidad de enfriamiento, en la estructura binaria Cu-Sn se pueden retener las fases delta, gamma o la beta, la fase de equilibrio epsilon generalmente no dispone de la fuerza impulsora suficiente para nuclear. Para el caso del sistema ternario, no se dispone de información con respecto a las fases que se forman fuera de equilibrio (con excepción de una fase amorfa bajo condiciones de enfriamiento extremadamente rápido [7]). El uso de lingoteras instrumentadas, desarrolladas en el proyecto PAPIME PE101505 permitirá documentar en detalle la historia del enfriamiento y asociarla con las microestructuras observadas. • Se expandirá el estudio del endurecimiento por trabajo en frío en materiales polifásicos, la cual ha sido limitado a los sistemas Al-Sn y Al-Sn-Si, considerando tanto materiales en los cuales la segunda fáse es dúctil (Cu-Sn) y frágil (Cu-Mg) así como a la combinación de ambas (Cu-Sn-Mg). Este estudio se enmarca en la temática más amplia de los compuestos metal-metálicos in situ [8-17] Los resultados correspondientes se publicarán en revistas indexadas a nivel internacional. • Se investigará la modificación del comportamiento clásico de deformación en compuestos cuya matriz consiste de Al comparado a las aleaciones cuya matriz presenta una solución sólida de Cu con Sn, la cual tiene una energía de error de apilamiento menor, por lo que se favorece la deformación mediante maclaje. Este tema se ha investigado ampliamente en materiales monofásicos y se ha determinado que una estructura maclada a escala nanométrica presenta una excelente combinación de ductilidad y resistencia [18]. La interacción entre el fenómeno de endurecimiento en compuestos in-situ y maclaje no está documentada en la literatura. • Se investigará el efecto que tiene la segunda fase durante la recristalización, donde se espera que una fase dúctil retardará la recristalización al ocupar los límites de grano (como se observa en Al-Sn) [19,20] y una fase frágil (Cu2Mg), la cual, después de haber sido dispersado en el material mediante el laminado, provoca la nucleación [21-23]. El estudio de la recristalización de materiales bifásicos, más allá del efecto de partículas dispersas, ha sido poco documentado; algunas investigaciones relativas a alfa-beta latón forman la excepción [23], el presente estudio permitirá expandir este campo mediante el análisis del sistema alfa-gama bronce. • Los ensayos en tribómetro permitirán asociar las características tribológicas con las propiedades mecánicas (límite de cedencia, deformación máxima, exponente de endurecimiento por trabajo en frío) y la composición y microestructura, tomando en cuenta que las primeras propiedades no son completamente independiente de las últimas. En lo general, se obtendrá una base de datos con respecto a las características más importantes de los materiales estudiados, considerando las cuatro composiciones y las 16 combinaciones de los tres parámetros del proceso termomecánico. Para obtener estos datos, se requerirá de la colaboración de varios alumnos de licenciatura; la experiencia ha mostrado que los proyectos parciales (fundición, laminado, tratamiento térmico) son idóneos para la realización de tesis de licenciatura, mientras que la síntesis de resultados formará el tema de una tesis doctoral y las correspondientes publicaciones científicas. Con base en la síntesis final, se determinará si el proyecto se seguirá por una segunda etapa orientada hacia el desarrollo de un producto tecnológico.