LECTURA PREVIA Practica 1.

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,
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:
•
•
•
•
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
•
•
•
•
•
•
•
•
•
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.
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
Aleaciones
6XXX.
Estas
aleaciones
contienen
silicio
y
magnesio,
aproximadamente en la proporción que se
requiere para formar el compuesto Mg2Si,
siliciuro de magnesio, que precipita y
endurece las aleaciones durante el
tratamiento térmico. De resistencia media,
pero no tan resistentes como las 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