TRATAMIENTO TÉRMICO ENDURECIMIENTO POR ENVEJECIMIENTO DEL DURALUMINIO
INTRODUCCIÓN El duraluminio fue la primera aleación industrial a base de aluminio. El nombre de duraluminio puede descifrarse como aluminio duro (del francés dur, duro). Este material fue descubierto por A. Wilm cuando trabajaba con esta aleación de manera casual se presentó frente al fenómeno del envejecimiento natural. Su primer trabajo se publicó en19!. En la "#SS comen$ó a producirse duraluminio en el a%o 19&'. El duraluminio contiene alrededor del ' de u, .* de + mananeso - ierro. Es la aleación de seis componentes por lo menos 1. Aluminio &. obre /. +anesio '. +ananeso *. Silicio !. 0ierro Aunue los principales aditivos son el cobre - el manesio. 2or esto puede considerarse como una aleación del sistema Al 3 u 3 +. El silicio - el ierro son impure$as constantes ue llean a la aleación debido al empleo de aluminio insuficientemente depurado. 4os componentes forman una serie de compuestos solubles ue provocan el envejecimiento, como el u Al&, +&Si - de compuestos insolubles, como los compuestos ferruinosos - de mananeso. 4a estructura del duraluminio recocido est5 constituida por solución sólida e inclusiones secundarias de compuestos intermet5licos diversos. Sólo a- dos métodos principales para aumentar la resistencia - la dure$a de una aleación dada6 trabajo en fr7o o tratamiento térmico. El proceso de tratamiento térmico m5s importante para aleaciones no ferrosas es el de endurecido por envejecimiento o por precipitación.
OBJETIVOS •
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8nvestiar el proceso de endurecimiento por envejecimiento las teor7as ue lo justifican Aumentar la resistencia de mucas aleaciones de aluminio otros metales. rear, en una aleación tratada térmicamente, una dispersión densa - fina de part7culas precipitadas en una matri$ de metal deformable. 4as part7culas precipitadas actan como obst5culos del movimiento de las dislocaciones -, as7, refuer$an la aleación tratada térmicamente.
RESUMEN El tratamiento térmico de endurecimiento por precipitación pretende aumentar la resistencia - dure$a de aleación mediante la formación de precipitados finos a partir de una solución sólida (Smit &!). El cambio de las propiedades mec5nicas se debe eneralmente a cambios de fases ue se evidencian en la formación de precipitados: pero nunca involucran el cambio en la composición u7mica del material (AS+ 1991).Este tratamiento térmico consiste en tres etapas, como se ilustra en la primera etapa, conocida como solubili$ación, se reali$a un calentamiento para producir una solución sólida omoénea ue contena la m5;ima cantidad pr5ctica de elementos solubles endurecedores en la aleación.4a seunda etapa, llamada templado, es un enfriamiento r5pido de la aleación para preservar una solución sólida sobresaturada ue retena los 5tomos de soluto - mantena un cierto nmero de vacantes en la red cristalina ue favore$can el proceso de difusión durante el envejecimiento (AS+ 1991).
se conoce como envejecimiento artificial. =e acuerdo a uniberti et al (&!)6 >=ado ue el envejecimiento natural es inevitable en los procesos industriales, resulta de interés determinar su influencia en las propiedades finales del material?. omo reuisito b5sico, una aleación endurecible por precipitación debe presentar en su diarama de fases una l7nea de solubilidad sólida directamente proporcional con la temperatura. Aunue la ma-or7a de sistemas binarios de aleaciones de aluminio presentan dica curva, sólo alunos presentan un aumento sinificativo en la dure$a - resistencia por la formación de precipitados, entre ellos los sistemas de Aluminio@obre (serie &;;;), Aluminio@+anesio@Silicio (serie !;;;;) - Aluminio@inc@+anesio (serieB;;;;) (AS+ 1991)
MARCO TEORICO 4os metales son blandos deformables a causa del movimiento de las dislocaciones en la estructura cristalina - el endurecimiento de los mismos se produce cuando se dificulta este movimiento. 47nea de dislocación for$ada a través de part7culas de una seunda fase o microconstitu-ente situadas en su plano de desli$amiento El endurecimiento m5;imo de los metales puros se obtiene por deformación en fr7o. En este caso, se produce un sistema de dislocaciones complejo ue ace e;tremadamente dif7cil cualuier movimiento posterior. 4os procedimientos utili$ados para el endurecimiento de los metales puros pueden emplearse también para las aleaciones, sin embaro, e;isten otros métodos para aumentar su resistencia mec5nica6 4os ue se basan en reacciones en el estado sólido, alladas en un nmero relativamente peue%o de sistemas de aleación. 4os ue se basan en el endurecimiento por aleación (formación de soluciones sólidas o presencia de una seunda fase) ue se produce en todas las aleaciones. Este método es el m5s comn. Sólo a- dos métodos principales para aumentar la resistencia - la dure$a de una aleación dada6 trabajo en fr7o o tratamiento térmico.
El proceso de tratamiento térmico m5s importante para aleaciones no ferrosas es el de endurecido por envejecimiento o por precipitación. SC4"D848A8C 4a aleación en estado de suministro se introduce en el orno asta alcan$ar la temperatura de *!F, temperatura ue corresponde a 4a aleación en estado de suministro se introduce en el orno asta alcan$ar la temperatura de *!F, temperatura ue corresponde a $ona monof5sica. ona monof5sica. El tiempo de permanencia es el adecuado para redisolver todos los precipitados ue se allan en borde de rano, con lo ue se alcan$a una estructura monof5sica. "na investiación previa, apunta el tiempo de & oras para alcan$ar este objetivo de disolución. GE+24E Sinifica el enfriamiento r5pido de las probetas por inmersión en un fluido refrierante. El enfriamiento debe ser de un radiente tal ue después del mismo la microestructura sia siendo monof5sica, aunue alcan$ada no en euilibrio reversible termodin5mico, lo ue se denomina metaestabilidad. 2ara esta aleación - el espesor de las muestras, el enfriamiento en aire a temperatura ambiente lora este objetivo, por lo ue se ensa-ar5 este medio de enfriamiento compar5ndolo ocasionalmente con el enfriamiento en aua EHEIE8+8EGC =e acuerdo con la fiura !.&, la etapa de envejecimiento aplicada después del temple ueda definida por la temperatura, e, - el tiempo de permanencia, te. Ambos par5metros son variables fundamentales de esta etapa - los investiaremos para las siuientes variaciones6 e J &, 1', 1K, &&F te J 1, /, *, K, 1*, /, B, 1 oras •
El envejecimiento se denomina natural, si la temperatura e es la de ambiente.
En la fiura !.11, se representa la correlación r5fica de la dure$a Drinell, 0D, - el tiempo de envejecimiento a &F, tomados de la tabla !.1. 2uede observarse un aumento de la dure$a en un orden del / al final de las 1 oras de ensa-o. El ma-or radiente de endurecimiento tiene luar durante las primeras oras, suavi$5ndose sen avan$a el tiempo, pues tiende a un valor asintótico. Al final del tiempo ensa-ado, el valor todav7a no alcan$a la dure$a constante, con una pendiente de 1 0D cada & oras de tratamiento.
El envejecimiento nat!al con"i#e el amento "ave $e la" ca!acte!%"tica" !e"i"tente" ten$ien$o a n valo! a"int&tico 'a!a tiem'o" #!an$e".
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El envejecimiento se denomina artificial, si la temperatura e es superior a la ambiente. En la fiura !.1& se representa la correlación r5fica, 0D J f(t), de envejecimiento para las temperaturas ensa-adas e J 1', 1K - &&F, ue se define como envejecimiento artificial. 2uede observarse cualitativamente la misma respuesta ue en el envejecimiento natural. Sin embaro, a- ue anotar cuantitativamente, las siuientes peculiaridades6
1. Se alcan$an incrementos de caracter7sticas mec5nicas m5s elevados, del orden del B* al 1*.
&. 4os valores m5;imos se alcan$an en tiempos muco m5s cortos. /. =espués de alcan$adas las dure$as m5;imas, éstas sufren una disminución. '. 4a caracteri$ación de las curvas de endurecimiento, dure$as m5;imas, tiempos, radientes neativos, son función de la temperatura de envejecimiento.
El envejecimiento a!ti(icial) com'a!ativamente con el nat!al) con"i#e ma*o!e" nivele" $e en$!ecimiento) en tiem'o" meno!e" * con a+lan$amiento" 'a!a tiem'o" ma*o!e" $el m,-imo.
DIA/RAMA DE E0UILIBRIO DEL DURALUMINIO
Aplicaciones 4ista de los usos t7picos de las forjado aleaciones Al@u6
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&116 alambre, varilla, - el bar de los productos de torniller7a. Aplicaciones donde se reuiere buena mauinabilidad - buena resistencia. &1'6 forjados de alta resistencia, placa, - e;trusiones para la armadura de avión, las ruedas - los principales componentes estructurales, el espacio - la estructura de refuer$o tanues de los camiones, el marco - los componentes de la suspensión. 4as aplicaciones ue reuieren alta resistencia - dure$a inclu-endo el servicio a temperaturas elevadas. &&'6 las estructuras de aeronaves, remaces, ardMare, ruedas de camión, tornillos - otras aplicaciones estructurales. &/!6 0oja de paneles de carrocer7a. &'K6 0oja - placa de componentes estructurales para aplicaciones aeroespaciales - euipamiento militar. &1'16 2laca en espesores de ' a 1* mm para estructuras de aviones. &&1K6 forja, aviones - pistones del motor diesel: culatas de motores de aeronaves, impulsores de motores a reacción - los anillos de compresión. &&196 Soldados espacio refuer$o o;idante - los tanues de combustible, revestimiento de la aeronave supersónica componentes de la estructura. <5cilmente soldable - til para las aplicaciones m5s rano de temperatura de @&B a / . Giene alta tenacidad a la fractura, - el temple GK es altamente resistente a la fisuración por corrosión bajo tensión. &!1K6 +uere a mano pie$as forjadas. 2istones - partes de motores de aviones rotatorios para el funcionamiento a temperaturas elevadas. +oldes de neum5ticos.
BIBLIO/RA1IA ttp6NNMMM.upv.esNmaterialesN
ttp6NNmaterialesfull.MiPispaces.comNfileNvieMN2#CQEGCR="#A4" +88CR.pdf ttp6NNMMM.revistaavances.coNobjectsNdocsNAvancesO1Na1Oart&Opr eciOaluminio.pdf ttp6NNMMM.utp.edu.coNpublio1BNendurecimiento.tm
