1. INTRODUCCION: Hay dos métodos principales para aumentar la resistencia y la dureza de una aleación: trabajo en frío o tratamiento térmico. El proceso de tratamiento térmico más importante importante para aleaciones no ferrosas es el de endurecido por envejecimiento envejecimiento o por precipitación.
2. OBJETIVOS DEL ENVEJECIMIENTO -Aumentar la resistencia de muchas aleaciones. -Crear, en una aleación tratada térmicamente, una dispersión densa y fina de partículas precipitadas en una matriz de metal deformable. Las partículas precipitadas actúan como obstáculos del movimiento de las dislocaciones y, así, refuerzan la aleación tratada térmicamente. Para aplicar este tratamiento térmico, el diagrama de equilibrio debe mostrar solubilidad sólida parcial, y la pendiente de la línea de solvus debe ser tal que haya mayor solubilidad a una temperatura mayor que a una menor. La condición necesaria para que se produzca la precipitación en una solución sólida es, sencillamente, la existencia de una línea de solvus. Por consiguiente, se produce cierto grado de precipitación en la mayor parte de los sistemas de aleación y un grado notable en cientos de casos conocidos. Cualquier metal puede endurecerse por precipitación, mediante la adición de un elemento de aleación correctamente elegido. El endurecimiento sería aún mayor en el caso de aleaciones ternarias o de un número de componentes más elevado.
3. Proceso de envejecimiento (Tratamiento térmico). El proceso para obtener una aleación endurecida por precipitación puede dividirse en tres partes: 1. Elección de la composición. 2. Tratamiento térmico de la solución. 3. Tratamiento térmico de precipitación.
1. Elección de la composición:
El diagrama de equilibrio de la figura anterior es un sistema que puede mostrar endurecimiento como resultado de la precipitación de la fase (b) a partir de la solución sólida (a) sobresaturada. Aun cuando el efecto máximo de endurecimiento se produce, en este caso, con un contenido del 6% de metal B límite de solubilidad de este en el metal A, puede producirse cierto endurecimiento en todo el intervalo de composiciones en el que pueden existir en equilibrio las fases (a) y (b). En la práctica, se usan otras composiciones además de la que produce el máximo endurecimiento.
2. El tratamiento térmico de la solución (solubilización): El objeto de esta etapa, es disolver un máximo de la segunda fase en la solución sólida (a) y después, retener esta solución hasta alcanzar la temperatura ambiente. Esto se efectúa así: -Calentando la aleación hasta una temperatura elevada, pero inferior a la que produciría un crecimiento excesivo de grano o la fusión de uno de los constituyentes. -Manteniendo esta temperatura desde una hasta varias horas, dependiendo dl espesor de la pieza para que pueda producirse la solución. -Templado en agua hasta obtener una solución sólida sobresaturada (a) a la temperatura ambiente. Después del tratamiento de disolución la dureza es relativamente baja, pero superior a la del material enfriado lentamente y revenido.
3. Tratamiento de precipitación: Es necesario un tratamiento de precipitación de la aleación para la formación de un precipitado finamente disperso. La formación de dicho precipitado en la aleación es el objetivo del envejecimiento. El precipitado fino en la aleación impide el movimiento de las dislocaciones durante la de formación, forzando a que éstas pasen a través de las partículas de precipitado cortándolas o rodeándolas. La aleación resulta reforzada mediante esta restricción del movimiento de las dislocaciones durante la deformación. En esta etapa se obtiene la dureza máxima de estas aleaciones, la solución sobresaturada sufre cambios que conducen a la formación de la segunda fase.
Las aleaciones en que la precipitación tiene lugar a temperatura ambiente, de modo que obtienen su resistencia total después de 4 ó 5 días de estar a temperatura ambiente, se conocen como aleaciones de envejecimiento natural, en tanto que las que necesitan recalentamiento a elevadas temperaturas para alcanzar su máxima resistencia, se conocen como aleaciones de envejecimiento artificial. Sin embargo, estas aleaciones también envejecen en forma limitada a temperatura ambiente, dependiendo de la rapidez y extensión del fortalecimiento de las características de las aleaciones. Curso del endurecimiento durante el tratamiento térmico de precipitación a dos temperaturas diferentes Efecto del tiempo de envejecimiento sobre las propiedades mecánicas. Efecto del tiempo de envejecimiento sobre la resistencia y dureza de una aleación endurecible por precipitación que ha sido termotratada en solución y templada. A medida que se incrementa el tiempo de envejecimiento, se van formando las zonas de precipitación y su tamaño se incrementa; además, la aleación se hace más fuerte, dura y menos dúctil. Estas propiedades mecánicas alcanzan un valor máximo durante la precipitación a una temperatura dada y, después, disminuyen gradualmente como consecuencia del sobreenvejecimiento. Este ablandamiento es consecuencia natural de la aproximación de la aleación al estado de equilibrio, al aumentar el tiempo durante el que la aleación se mantiene a temperatura. En efecto, una aleación muy sobreenvejecida sería esencialmente idéntica a una aleación recocida, es decir una aleación en la que la estructura de equilibrio se produce por medio de un enfriamiento lento desde la temperatura del tratamiento de solución.
Curva esquemática de envejecimiento a una temperatura determinada para una aleación endurecible por precipitación.
Una aleación endurecible por precipitación en la condición de solución sólida supersaturada se encuentra en un estado de alta energía. Este estado de energía es relativamente inestable y la aleación tiende a buscar un estado menor de energía por la descomposición espontánea de la solución sólida supersaturada en fases metaestables o fases de equilibrio. Cuando la solución sólida supersaturada de la aleación endurecida por precipitación se envejece a una temperatura relativamente baja, para la que sólo se dispone de una pequeña cantidad de energía de activación, se forman unas agrupaciones de átomos segregados llamadas zonas de precipitación.
El nivel energético superior es para la solución sólida sobresaturada, y el nivel inferior para el precipitado en equilibrio. La aleación puede ir espontáneamente de un nivel energético superior a uno inferior si hay suficiente energía de activación para la transformación y si las condiciones cinéticas son favorables.
3. APLICACIONES DEL ENDURECIMIENTO POR PRECIPITACIÓN -El endurecimiento por precipitación es el método más importante para aumentar la resistencia mecánica de los metales no ferrosos por reacción en el estado sólido. Es especialmente útil para el aluminio, el metal principal de esta clase, y tanto las aleaciones de aluminio de fundición como las de forja son endurecibles por precipitación. -Como la refrigeración retarda la razón de envejecimiento natural; en la industria aeronáutica se utiliza este hecho cuando los remaches de aluminio aleado, que suelen envejecer a temperatura ambiente, se mantienen dentro de refrigeradores con un alto grado de congelación hasta que se remachan. Los remaches se han tratado previamente con un tratamiento de solución, y como tienen una fase única son muy dúctiles. Después de ser remachados, tendrá lugar el envejecimiento a temperatura ambiente, lo cual dará como resultado un incremento en la resistencia y en la dureza.
-Como la adición de aleantes y el tratamiento térmico de precipitación disminuyen la resistencia a la corrosión del aluminio, algunas de las aleaciones de resistencia mecánica más elevada están protegidas con una capa de aluminio puro firmemente unida a la superficie por medio de un proceso de laminación en caliente.
-El envejecimiento en los aceros es de interés secundario comparado con el endurecimiento por temple, pero existen algunos aspectos a los que se debe prestar atención. Los aceros con bajo contenido de carbono son susceptibles a un fenómeno de envejecimiento (natural) que puede tener dos efectos perjudiciales:
Deformación no uniforme durante el trabajo plástico en frío. Ductilidad del acero y hacerlo inadecuado para aplicaciones difíciles de embutido de chapas. Puesto que estas dificultades son producidas por una reacción de envejecimiento, se les puede evitar si el acero se deforma antes de que pueda producirse esta reacción. El níquel es otro metal cuyas aleaciones se endurecen principalmente por precipitación. El níquel es muy parecido al hierro en cuanto a sus propiedades mecánicas pero, debido a que sus propiedades de resistencia a la tens ión son muy superiores, se usa en muchas aplicaciones a pesar de que su costo es unas diez veces mayor.
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