Lab. Ingenieria de Materiales 2 Departamento de Ing. Mecánica Lectura previa practica1
Con base a estos requisitos, el proceso de tratamiento térmico para conseguir el endurecimiento por precipitación consiste en las etapas siguientes, las cuales se ilustran en el esquema.
ENDURECIMIENTO POR ENVEJECIMIENTO Históricamente, el descubrimiento accidental del endurecimiento por precipitación se hizo en las aleaciones de aluminio. Este procedimiento se descubrió en Alemania, cuando se repitió el ensayo de dureza a una muestra de Duraluminio, una aleación de aluminio y cobre, después de que había permanecido un tiempo en el laboratorio. Al repetir el ensayo se observo una dureza mucho mayor. El primer nombre que se dio al fenómeno fue el de endurecimiento por envejecimiento. Los estudios sobre este fenómeno pusieron de manifiesto que este también ocurría en otros sistemas de aleación, y que la razón del endurecimiento es la formación de precipitados en las soluciones sobresaturadas. Por tanto, el nombre correcto del fenómeno es endurecimiento por precipitación, aunque todavía se le conoce como endurecimiento por envejecimiento. Los requisitos fundamentales para que una aleación presente endurecimiento por envejecimiento sean los siguientes: (1) Que la aleación presente solubilidad creciente de un soluto o de una segunda fase a medida que la temperatura aumenta. (2) Que el material a alta temperatura, temperatura, el cual hay más solutos en solución, puede ser templado o congelado cuando la aleación se enfría a la temperatura ambiente o por debajo de ella. Esto implica que la curva C de la aleación presente un régimen de enfriamiento crítico factible y razonable con los medios de inmersión disponible. Puesto que la aleación templada contiene más soluto a temperatura ambiente que cuando está en equilibrio, se trata de una solución sobresaturada, inestable, que tiende a precipitar el exceso de solución o fase.
(1) Recocido por disolución. El término “disolución” indica que se calienta la aleación a una temperatura en la que aumenta la cantidad de soluto en la solución sólida. “Recocido” indica que el calentamiento también reblandece la aleación. (2) Templado para formar una solución sobresaturada. Ésta etapa más crítica de la serie de procedimientos de tratamiento térmico. La velocidad de templado debe ser mayor que la velocidad de enfriamiento crítico para conservar la composición a la temperatura de recocido por disolución y para formar una solución sobresaturada del soluto o fase. Esto crea la fuerza impulsora de la precipitación del soluto o fase en exceso. (3) Precipitación del exceso de soluto o fase. El endurecimiento de la aleación se consigue precipitando el exceso de soluto o fase en forma de un precipitado transitorio, metaestable y coherente. El endurecimiento se debe a la formación de la red ( deformación coherente) inducido por el precipitado coherente. Cuando la precipitación se hace a temperatura
ambiente, se trata de un envejecimiento natural; cuando se hace a temperaturas más altas, se llama envejecimiento artificial. Los tratamientos térmicos de precipitación de las aleaciones de aluminio son, por lo general, procedimientos de larga duración a baja temperatura. Las curvas de endurecimiento por precipitación. Las curvas de envejecimiento muestran cambios de dureza o de resistencia con el tiempo a temperatura constante.
manganeso presentan un grado considerable de precipitación cuando se trata térmicamente, pero los cambios que se observan en las propiedades mecánicas son relativamente insignificantes y las aleaciones son, por tanto, no tratables térmicamente. Los principales sistemas de aleación de aluminio tratables térmicamente son os siguientes: •
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Sistema de aluminio-cobre con endurecimiento por CuAl2 (2XXX) Sistema de aluminio-magnesiosilicio con endurecimiento por Mg2Si (6XXX) Sistema de aluminio-magnesiozinc con endurecimiento por MgZn2 (7XXX) Sistema de aluminio-litio con endurecimiento por Al3Li.
El sistema aluminio-litio es interesante por que se endurece y también presenta un aumento en el módulo de elasticidad y una disminución de la densidad. Después del recocido por disolución, la aleación esta en su condición más blanda, y la condición templada ofrece la oportunidad óptima para dar cualquier cualquier forma a ala aleación. Durante el templado, puede inducirse el alabeo y la distorsión. Por consiguiente, en la práctica, el proceso de templado va seguido casi de inmediato del trabajado en frío, conformado, modelado y enderazado.
DESIGNACIONES POR CONDICIONES DE TRATAMIENTO TÉRMICO
Aging characteristics of alloy 6061 sheet Si el proceso de precipitación no produce las etapas de transición coherentes, por más precipitación que ocurra, no habrá precipitación ni aumento de resistencia. Las aleaciones que presentan precipitaciones sin endurecimiento, se describen como no tratables térmicamente. Las aleaciones binarias de aluminio y silicio y de aluminio y
La W y la T son designaciones que se aplican a las aleaciones de aluminio forjadas y fundidos que son termotratables (es decir, las que se endurecen por tratamiento térmico o procesamiento térmico). La W indica una condición inestable y ordinariamente no se utiliza. La designación T va seguida de número del 1 al 10 que indica el procesamiento aplicado a la aleación forjada o fundida. A continuación se exponen las designaciones de temple con explicaciones breves de los procesamientos: •
T1, enfriado desde un proceso de conformado a temperatura elevada y envejecido de forma natural hasta
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una condición de considerable estabilidad. T2, enfriado desde un proceso de conformado a temperatura elevada, trabajado en frío y envejecido de forma natural hasta una condición de considerable estabilidad. T3, térmicamente tratado por disolución, trabajado en frío y envejecido de forma natural hasta una condición de considerable estabilidad. T4, térmicamente tratado por disolución y envejecido de forma natural hasta una condición de considerable estabilidad. T5, enfriado desde un proceso de conformado a temperatura elevada y envejecido de una forma artificial. T6, térmicamente tratado por disolución y envejecido en forma artificial. Esta designación se aplica a
productos que no se trabajan en frío después de un tratamiento térmico por disolución, y cuyas propiedades mecánicas, o su estabilidad dimensional, o ambas cosas, han sido mejoradas en grado importante por envejecimiento artificial (esto es, endurecimiento por precipitación a temperaturas superiores al ambiente). Esta designación también se aplica en productos en los que los efectos del trabajo en frío impartido por aplanado o rectificado no se tienen en cuenta en los límites de propiedades específicas. •
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T7, térmicamente tratado por disolución y sobreenvejecido o estabilizado. T8, térmicamente tratado por disolución, trabajado en frío y envejecido de forma artificial. T9, térmicamente tratado por disolución, envejecido artificialmente y trabajado en frío. T10, enfriado desde un proceso de conformado a temperatura elevada, trabajado en frío y envejecido en forma artificial.
SELECCIÓN Y APLICACIONES DE ALUMINIO Y ALEACIONES DE ALUMINIO FORJADAS Las aleaciones de aluminio forjadas se clasifican en dos tipos básicos: aleaciones no termotratables y aleaciones termotratables. Las aleaciones no termotratables incluyen las diversas calidades de aluminio puro y todas las demás aleaciones cuya resistencia obedece al endurecimiento por disolución de sólido y al trabajo en frío o endurecimiento por deformación derivado del temple de recocido. Estos materiales incluyen las aleaciones 1XXX, 3XXX, 4XXX y 5XXX, aunque unas pocas de ellas pertenecen a las series 7XXX y 8XXX. Las aleaciones termotratables son las que contienen uno o más de los elementos cobre, magnesio, silicio y zinc, que tienen la cualidad de incrementar su solubilidad en aluminio a medida que la temperatura aumenta, y que poseen las características genéricas para el endurecimiento por precipitación. Estos materiales incluyen las aleaciones 2XXX, 6XXX y 7XXX, aunque algunas de ellas pertenecen también a las series 4XXX y 5XXX, que contienen una combinación de los elementos citados.
ALEACIONES NO TERMOTRATABLES Estas aleaciones presentan resistencias a la cedencia y a la tensión muy reducidas en el estado recocido (O) y, por tanto, son fácilmente conformables para impartirles diferentes formas.
ALEACIONES TERMOTRATABLES Estas aleaciones se aplicaciones estructurales en gran resistencia mecánica y resistencia a la corrosión aluminio.
eligen para virtud de su la ligereza y inherente al
6XXX . Estas aleaciones contienen silicio y magnesio, aproximadamente en la proporción que se requiere para formar el compuesto Mg 2Si, siliciuro de magnesio, que precipita y endurece las aleaciones durante el tratamiento térmico. De resistencia media, pero no tan resistentes como las aleaciones
Aleaciones
2XXX y 7XXX, las 6XXX tienen buena formabilidad, soldabilidad, labrabilidad, y resistencia a la corrosión. Se pueden conformar a diferentes perfiles en la condición de temple T4, para después endurecerlas aún más a la condición del temple T6 después del conformado. Se utilizan en aplicaciones estructurales, marcos de bicicleta, equipo de transporte, barandas de puente y estructuras soldadas.
Referencias. Callister, William; Engineering and Science of materials. Edit Wiley an sons 1998. Askeland, Donald; La ciencia e ingeniería de materials. Edit Iberoamerica, 1990. Mangonon, Pat L.; Ciencia de Materiales Selección y Diseño, Edit Prentice Hall. 2001
