UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

FACULTAD DE INGENIERA MECNICA

CIENCIA DE LOS MATERIALES II

RECOSIDO Y RECRISTALISACION

Alumnos:MOLINA MOSCOSO Dennis Ahmed 20112050D

Profesor:Ing. VERA ERMITAO Jorge

Fecha de presentacin: 04/11/2013

2013-II

INTRODUCCIN

El envejecimiento puede definirse como el cambio en las propiedades que sufren los materiales a travs del tiempo por su interaccin con diferentes ambientes durante su manufactura, almacenamiento, ensamblaje y/o funcionamiento.Estos cambios pueden llegar a generar fallas en los componentes mecnicos fabricados en dichas aleaciones, por lo tanto su prediccin es de inters para industrias como la aeronutica donde se presentan diversas fallas por envejecimiento en los fuselajes fabricados con aluminio.La prediccin determinista del envejecimiento busca entender los principios fundamentales de los cambios en las propiedades de los materiales y por lo tanto requiere de modelos computacionales sofisticados alimentados con datos experimentales exactos y precisos. Existen varios mecanismos de envejecimiento identificados en las aleaciones de aluminio, entre ellos el cambio de propiedades mecnicas debido a los procesos difusivos por formacin de precipitados y engrosamiento de granos activados por la exposicin a altas temperaturas y la disminucin de la resistencia a la fatiga debido por la nucleacin, crecimiento y engrosamiento de vacantes y microgrietas.

OBJETIVOS.

Verificar el incremento de dureza al someter el material al tratamiento de envejecimiento ya sea natural o artificial y compararlos.

Analizar la microestructura del material envejecido y analizar las diferencias del envejecido naturalmente y artificialmente.

Observar diariamente el proceso del envejecimiento natural de la probeta de aluminio para apreciar la variacin de sus propiedades fsicas y mecnicas.

FUNDAMENTO TERICO.DEFINICIONES PREVIASEndurecimiento por precipitacin: es el tratamiento trmico ms importante que se aplica a las aleaciones de aluminio. Este tratamiento eleva notablemente la resistencia mecnica de las aleaciones de aluminio endurecibles por tratamiento trmico. El endurecimiento por precipitacin tiene lugar fundamentalmente en tres fases: Por calentamiento a temperatura elevada se disuelven en la solucin slida de aluminio la mayor parte de los componentes de la aleacin, que provocan el endurecimiento (recocido de disolucin). Por enfriamiento rpido, la solucin slida, enriquecida en estos componentes de la aleacin se transforma, en primer lugar, en un estado sobresaturado (temple). Por permanencia, a la temperatura ambiente o a una temperatura ms elevada, se producen precipitaciones de la solucin slida sobresaturada, que provocan un aumento de la resistencia a la traccin, del lmite elstico 0,2% y de la dureza (envejecimiento o maduracin).Duraluminio: Es una aleacin de aluminio con una base de magnesio, que en un principio recibi el nombre de endurecimiento del aluminio por envejecimiento. Es un metal liviano, pero muy duro; tiene la aleacin en la proporcin de 2,5 a 5% de cobre, 0,5 a 4% de magnesio, 4 a 6% de zinc, con silicio, hierro y el 0,1 % de titanio. El duraluminio se corroe ms que otras aleaciones, motivo por el cual se recubren ambas caras de la chapa de duraluminio con otras de aluminio. En estas condiciones se lo utiliza mucho en aviacin. La proporcin conveniente del duraluminio es del 90% al 95% de aluminio, 4,5% de cobre, 0,25% de manganeso, 0,5% de magnesio, 0,5% de hierro y 0,5% de estao.

EDURECIMIENTO POR ENVEJECIMIENTO

CONCEPTO: Mecanismo de endurecimiento que se basa en una secuencia de transformaciones, en fase slida, para generar una dispersin de precipitados ultra finos de una segunda fase. El endurecimiento por precipitacin o maduracin es un proceso de tratamiento trmico utilizado para producir una mezcla de fases endurecidas distribuidas uniformemente en una matriz blanda.La fase de precipitado interfiere en el movimiento de las dislocaciones y ello conduce a un endurecimiento de la aleacin. Esta tcnica se utiliza en el endurecimiento de muchas aleaciones de aluminio.Cuando una aleacin se endurece por maduracin, se producen precipitados intermetlicos, como por ejemplo: Al2CuMg, que mejoran las propiedades de fatiga y estticas e la aleacin.Requisitos para que una aleacin presente endurecimiento por precipitacin que la aleacin presente solubilidad creciente de un soluto o de una segunda fase a medida que la temperatura aumenta. La matriz deber ser relativamente blanda y dctil; el precipitado, duro y frgil.Que el material a alta temperatura pueda ser templado o congelado cuando la aleacin se enfra a temperatura ambiente o por debajo de ella. Que los precipitados puedan asumir estructuras de transicin metaestables que sean coherentes con la red anfitrin.ETAPAS DEL TRATAMIENTO TRMICO EN EL ENDURECIMIENTO POR PRECIPITACIN

1. Tratamiento trmico de la solucin (solubilizacin) 2. Templado 3. Maduracin o envejecimiento

TRATAMIENTO TERMICO: La muestra de aleacin que puede estar en forma de fundicin o forjada, se calienta a una temperatura entre la de solvus y la de solidus y se mantiene hasta que se produce una estructura uniforme en la disolucin slida.TEMPLE: La muestra se enfra rpidamente a baja temperatura y el medio de enfriamiento es generalmente agua. La estructura de la muestra de aleacin despus del temple en agua consiste en una disolucin sobresaturada. MADURACIN O ENVEJECIMIENTO: Es necesaria una maduracin de la muestra tratada trmicamente y templada para que se forme un precipitado finamente disperso. Al templar y despus recalentar una aleacin de Al-Cu se forma una fina dispersin de precipitados de los granos. Estos precipitados son efectivos para obstruir el movimiento de dislocaciones y, en consecuencia, se incrementa la dureza de la aleacin.

A) Ampliando el paso de recalentamiento, los precipitados coalescen y se hacen menos efectivos para endurecer la aleacin.Sobre envejecimiento.B) La variacin de la dureza con la longitud del paso de recalentado. Tiempo de envejecimiento.

Pasos En El Tratamiento Trmico Y Microestructura Que Se ProducenA la maduracin de la aleacin a temperatura ambiente se le llama maduracin natural. A la maduracin a elevadas temperaturas se le llama maduracin interfacial. La mayora de las aleaciones requieren maduracin artificial y las temperaturas de maduracin se encuentran entre el 15 y el 25 % de la diferencia de temperatura entre la temperatura ambiente y la temperatura de tratamiento trmico de la disolucin.

FASES DE UNA ALEACION ENDURCIBLE

TEMPERATURA FRENTE AL TIEMPO DE LOSTRATAMIENTOS TRMICOS

MECANISMOS DE ENDURECIMIENTOEl mecanismo de endurecimiento ms estudiado corresponde a la aleacin Aluminio-Cobre

Etapas de la formacin de precipitados de fase de equilibrio

Caractersticas del endurecimiento por precipitacin de una aleacin

Efectos de la temperatura y el tiempo de envejecimiento las propiedades de una aleacin endurecible por envejecimiento dependen tanto de la temperatura como del tiempo de envejecimiento.

PRODUCTOS DE DESCOMPOSICIN FORMADOS PORLA MADURACIN DE UNA DISOLUCIN SLIDA SOBRESATURADA Una aleacin endurecida por precipitacin en la condicin de disolucin slida sobresaturada se encuentra en un estado de energa elevada. Este estado es relativamente inestable y la aleacin tiende a buscar un estado de menor energa por la descomposicin espontnea de la disolucin slida sobresaturada en fases metaestables o en fases de equilibrio.

Esquema de la curva de maduracin a una temperatura determinada una aleacin endurecida.

MATERIALESa. HORNO ELCTRICO

b. 05 PROBETAS DE ALUMINIO AA7075 T36

c. ELEMNTOS DE SEGURIDAD (GUANTES, PINZA Y CASCO)

d. AGUA A TEMPERATURA AMBIENTE

DESCRIPCIN DEL PROCEDIMIENTO1. colocamos las 4 probetas de duraluminio AA7075- T36 en el horno a 520 C, por un tiempo de 10 minutos.

2. Luego procedemos a templar la probeta en agua a temperatura ambiente.

3. Posteriormente: Para el caso de ENVEJECIMIENTO NATURAL, medimos la dureza (HR) por 6 das a 1 probeta envejecidas naturalmente.

Para el caso de ENVEJECIMIENTO ARTIFICIAL, colocamos nuevamente 2 probetas templadas en el horno a 220 C por 1 hora y posteriormente enfriamos al aire libre. Luego medimos la dureza (HRB) diariamente, por dos das.

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1. DATOS RECOGIDOS DE LOS LABORATORIOS DATOS DE DUREZAS VS TIEMPO:LunesMartesMircolesJuevesViernes

Probeta 159 HRB65 HRB68 HRB68 HRB68/69 HRBEnvejecimiento Natural

Probeta 261 HRB64 HRB65 HRB66 HRB68/60 HRB

Probeta 355/54 HRB58 HRB58 HRB60 HRB57 HRBEnvejecimiento Artificial

Probeta 421/25 HRB20/23 HRB25 HRB25 HRB23/19 HRB

CONCLUSIONESEl endurecimiento por envejecimiento o precipitado en uno de los tratamientos que nos pueden ayudar a adquirir ciertas propiedades en este caso aleaciones que son muy importantes para la ingeniera por eso en la experiencia de laboratorio de endurecimiento, se logra concluir que: Los duraluminios pueden incrementar su dureza de dos maneras una natural y la otra artificial las dos muy similares en su objetivo de aumentar la dureza pero en un menor tiempo que la otra (menor tiempo la de envejecimiento artificial). Este proceso de endurecimiento tambin logra incrementar la resistencia a la traccin en ambos procesos. Por lo tanto se concluye que la resistencia y la dureza aumentan con el tiempo en el envejecimiento natural y artificial. Luego se puede concluir que el endurecimiento artificial adquiere una mayor dureza en un menor tiempo que en el endurecimiento natural, por lo tanto el envejecimiento artificial es un tratamiento ms rpido que el envejecimiento natural. En la experiencia del laboratorio se pudo observar que el aluminio es un buen conductor ya que al hacer el temple en las probetas estas se enfriaron de manera rpida. En la superficie de las probetas se form el xido de aluminio lo cual se logra observar un brillo particular, esta superficie de xido tiene que ser removida antes de entrar al horno. El endurecimiento por envejecimiento natural tiene las siguientes ventajas sobre el envejecimiento artificial : Al reducirse la temperatura de envejecimiento se incrementa la temperatura mxima. La aleacin conserva su resistencia mxima durante un periodo mayor. Las propiedades son ms uniformes.

BIBLIOGRAFA

SMITH WILLIAM. Fundamentos de ciencia e Ingeniera de Materiales. Ed. Mc. Graw- Hill.Edicin 2003.

AvnerSydney Introduccin a la Metalografa Fsica. Edit. Mc, Graw Hill 1985. Mxico

Donald Askeland. Ciencia e Ingeniera de los Materiales Ed. 4.2006. Edit, Thomson.ANEXOS1. Qu aplicaciones tienen los duraluminios?Los duraluminios son aleaciones que tienen un alto valor con respecto a la relacin resistencia/masa, por lo cual son muy apreciados en la industria de las aeronaves y vehculos aeroespaciales, tambin en automviles de altas prestaciones y automocin en general, en cables de alta tensin, por su elevada conductividad elctrica y baja densidad, moldes para soplado, estampaciones (donde se trabaja en la pieza sin envejecer), tornillera, utensilios, envases, pilas, envolturas, etc.Actualmente se presta mucha atencin a las aleaciones de aluminio y de otros metales de baja densidad (Mg,Ti) como materiales utilizados en los transportes, debido al efecto de ahorro de combustible. Una importante caracterstica de estos materiales es la resistencia especfica, cuantificada como la relacin entre resistencia a la traccin y densidad. Aunque una aleacin de estos metales tenga una resistencia a la traccin inferior a la de un material ms denso (acero), para un peso determinado puede aguantar una carga mucho mayor.

2. Curva esquemtica de envejecimiento a una temperatura determinada para una aleacin endurecible por precipitacin.

DCBA

A). Es la estructura inicial del aluminio, diseado para ser envejecido.B).En esta fase se van formando pequeos precipitados, y con est aumentando la dureza.C).Los precipitados se meta-estabilizan y se alcanza una dureza mxima, que es la deseada al aplicar este tratamiento.D).Esta fase corresponde a la del sobre-envejecimiento, en donde la dureza disminuye notablemente, pues los precipitados se han homogenizado y difundido por toda la matriz.3. Curva de Guinier-PrestonLuego de activarse los mecanismos de envejecimiento, aparecen unas zonas llamadas Zonas de Guinier-Preston, constituidas por una deposicin de iones de Cu sobre un plano cristalogrfico. Como el ion Cu es de menor dimetro que el de aluminio, la presencia de estas zonas genera en la red una distorsin que provoca un suave pero reciente endurecimiento a medida que aumenta su nmero, y van creciendo y perdiendo coherencia entre las redes cristalinas.

4. Denominacin de Aluminios.

Fuente: Informacin Tcnica de ALU-STOCK S.A. http://www.esmijovi.com/descargas/ALUMINIO-informacion-tecnica.pdf5. Caractersticas Metalrgicas del AA7075.La aleacin de aluminio 7075 es una aleacin de forja de la serie 7000. Es la ms importante de este grupo y contiene entorno a un 5,1%-6.1% de Zn, entre 2,1 y 2.9% de Mg y entre 1.2 y 2% de Cu. Debido a los elementos aleantes (Cu, Mg y Zn) se trata de una aleacin tratable trmicamente y susceptible de endurecerse por envejecimiento, caracterstica que se denota por la letra T. Los nmeros que siguen indican el tipo exacto de tratamiento trmico u otros aspectos especiales del procesado de la aleacin. Este tratamiento consta de una primera etapa (solubilizacin y templado) en la que se genera una solucin slida sobresaturada, y de una segunda fase denominada de envejecimiento, que puede ser natural o artificial, segn se produzca a temperatura ambiente o a alta temperatura, respectivamente. Como resultado la aleacin aumenta su resistencia por la precipitacin de determinados compuestos. El propsito del endurecimiento por precipitacin es el de crear en la aleacin una microestructura formada por una dispersin densa y fina de partculas en una matriz de metal deformable. Las partculas precipitadas actan como obstculos que se oponen al movimiento de las dislocaciones durante la deformacin, al restringir el movimiento de las dislocaciones la aleacin se fortalece, aumentando el lmite elstico y la resistencia a traccin [TOL06].Fuente: Fatiga de aleaciones de aluminio aeronutico con nuevos tipos de anodizado de bajo impacto ambiental y varios espesores de recubrimiento realizada hecho por Leidy Janeth Ramirez Medina de la UNIVERSIDADE DA CORUA http://ruc.udc.es/dspace/bitstream/2183/7323/2/RamirezMedina_LeidyJaneth_TD.pdf

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