OBJETIVOS DEL ENVEJECIMIENTOAumentar la resistencia de muchas aleaciones de aluminio y otros metales.Crear, en una aleacin tratada trmicamente, una dispersin densa y fina de partculas precipitadas en una matriz de metal deformable. Las partculas precipitadas actan como obstculos del movimiento de las dislocaciones y, as, refuerzan la aleacin tratada trmicamente.

FUNDAMENTO TEORICOENDURECIMIENTO POR ENVEJECIMIENTO (PRECIPITACIN)Slo hay dos mtodos principales para aumentar la resistencia y la dureza de una aleacin dada: trabajo en fro o tratamiento trmico. El proceso de tratamiento trmico ms importante para aleaciones no ferrosas es el de endurecido por envejecimiento o por precipitacin.Para aplicar este tratamiento trmico, el diagrama de equilibrio debe mostrar solubilidad slida parcial, y la pendiente de la lnea de solvus debe ser tal que haya mayor solubilidad a una temperatura mayor que a una menor.La condicin necesaria para que se produzca la precipitacin en una solucin slida es, sencillamente, la existencia de una lnea de solvus. Por consiguiente, se produce cierto grado de precipitacin en la mayor parte de los sistemas de aleacin y un grado notable en cientos de casos conocidos. Cualquier metal puede endurecerse por precipitacin, mediante la adicin de un elemento de aleacin correctamente elegido. El endurecimiento sera an mayor en el caso de aleaciones ternarias o de un nmero de componentes ms elevado.

Proceso de envejecimiento (Tratamiento trmico).El proceso para obtener una aleacin endurecida por precipitacin puede dividirse en tres partes:1. Eleccin de la composicin.2. Tratamiento trmico de la solucin.3. Tratamiento trmico de precipitacin.1. Eleccin de la composicin: El diagrama de equilibrio de la figura anterior es un sistema que puede mostrar endurecimiento como resultado de la precipitacin de la fase (b) a partir de la solucin slida (a) sobresaturada. An cuando el efecto mximo de endurecimiento se produce, en este caso, con un contenido del 6% de metal B lmite 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 prctica, se usan otras composiciones adems de la que produce el mximo endurecimiento.2. El tratamiento trmico de la solucin (solubilizacin): El objeto de esta etapa, es disolver un mximo de la segunda fase en la solucin slida (a) y despus, retener esta solucin hasta alcanzar la temperatura ambiente. Esto se efecta as:-Calentando la aleacin hasta una temperatura elevada, pero inferior a la que producira un crecimiento excesivo de grano o la fusin de uno de los constituyentes.-Manteniendo esta temperatura desde una hasta varias horas, dependiendo dl espesor de la pieza para que pueda producirse la solucin.-Templado en agua hasta obtener una solucin slida sobresaturada (a) a la temperatura ambiente. Despus del tratamiento de disolucin la dureza es relativamente baja, pero superior a la del material enfriado lentamente y revenido.3. Tratamiento de precipitacin: Es necesario un tratamiento de precipitacin de la aleacin para la formacin de un precipitado finamente disperso. La formacin de dicho precipitado en la aleacin es el objetivo del envejecimiento. El precipitado fino en la aleacin impide el movimiento de las dislocaciones durante la deformacin, forzando a que stas pasen a travs de las partculas de precipitado cortndolas o rodendolas. La aleacin resulta reforzada mediante esta restriccin del movimiento de las dislocaciones durante la deformacin. En esta etapa se obtiene la dureza mxima de estas aleaciones, la solucin sobresaturada sufre cambios que conducen a la formacin de la segunda fase.Las aleaciones en que la precipitacin tiene lugar a temperatura ambiente, de modo que obtienen su resistencia total despus de 4 5 das 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 mxima resistencia, se conocen como aleaciones de envejecimiento artificial. Sin embargo, estas aleaciones tambin envejecen en forma limitada a temperatura ambiente, dependiendo de la rapidez y extensin del fortalecimiento de las caractersticas de las aleaciones.Curso del endurecimiento durante el tratamiento trmico de precipitacin a dos temperaturas diferentesEfecto del tiempo de envejecimiento sobre las propiedades mecnicas.

Efecto del tiempo de envejecimiento sobre la resistencia y dureza de una aleacin endurecible por precipitacin que ha sido termotratada en solucin y templada.A medida que se incrementa el tiempo de envejecimiento, se van formando las zonas de precipitacin y su tamao se incrementa; adems, la aleacin se hace ms fuerte, dura y menos dctil.Estas propiedades mecnicas alcanzan un valor mximo durante la precipitacin a una temperatura dada y, despus, disminuyen gradualmente como consecuencia del sobreenvejecimiento. Este ablandamiento es consecuencia natural de la aproximacin de la aleacin al estado de equilibrio, al aumentar el tiempo durante el que la aleacin se mantiene a temperatura. En efecto, una aleacin muy sobreenvejecida sera esencialmente idntica a una aleacin recocida, es decir una aleacin en la que la estructura de equilibrio se produce por medio de un enfriamiento lento desde la temperatura del tratamiento de solucin.

Curva esquemtica de envejecimiento a una temperatura determinada para una aleacin endurecible por precipitacin.Una aleacin endurecible por precipitacin en la condicin de solucin slida supersaturada se encuentra en un estado de alta energa. Este estado de energa es relativamente inestable y la aleacin tiende a buscar un estado menor de energa por la descomposicin espontnea de la solucin slida supersaturada en fases metaestables o fases de equilibrio. Cuando la solucin slida supersaturada de la aleacin endurecida por precipitacin se envejece a una temperatura relativamente baja, para la que slo se dispone de una pequea cantidad de energa de activacin, se forman unas agrupaciones de tomos segregados llamadas zonas de precipitacin.

El nivel energtico superior es para la solucin slida sobresaturada, y el nivel inferior para el precipitado en equilibrio. La aleacin puede ir espontneamente de un nivel energtico superior a uno inferior si hay suficiente energa de activacin para la transformacin y si las condiciones cinticas son favorables.

APLICACIONES DEL ENDURECIMIENTO POR PRECIPITACIN (ENVEJECIMIENTO)-El endurecimiento por precipitacin es el mtodo ms importante para aumentar la resistencia mecnica de los metales no ferrosos por reaccin en el estado slido. Es especialmente til para el aluminio, el metal principal de esta clase, y tanto las aleaciones de aluminio de fundicin como las de forja son endurecibles por precipitacin.-Como la refrigeracin retarda la razn de envejecimiento natural; en la industria aeronutica 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 congelacin hasta que se remachan. Los remaches se han tratado previamente con un tratamiento de solucin, y como tienen una fase nica son muy dctiles. Despus de ser remachados, tendr lugar el envejecimiento a temperatura ambiente, lo cual dar como resultado un incremento en la resistencia y en la dureza.-Como la adicin de aleantes y el tratamiento trmico de precipitacin disminuyen la resistencia a la corrosin del aluminio, algunas de las aleaciones de resistencia mecnica ms elevada estn protegidas conuna capa de aluminio puro firmemente unida a la superficie por medio de un proceso de laminacin en caliente.

-El envejecimiento en los aceros es de inters secundario comparado con el endurecimiento por temple, pero existen algunos aspectos a los que se debe prestar atencin. Los aceros con bajo contenido de carbono son susceptibles a un fenmeno de envejecimiento (natural) que puede tener dos efectos perjudiciales:1. Deformacin no uniforme durante el trabajo plstico en fro.2. Ductilidad del acero y hacerlo inadecuado para aplicaciones difciles de embutido de chapas.Puesto que estas dificultades son producidas por una reaccin de envejecimiento, se les puede evitar si el acero se deforma antes de que pueda producirse esta reaccin.-El nquel es otro metal cuyas aleaciones se endurecen principalmente por precipitacin. El nquel es muy parecido al hierro en cuanto a sus propiedades mecnicas pero, debido a que sus propiedades de resistencia a la tensin son muy superiores, se usa en muchas aplicaciones a pesar de que su costo es unas diez veces mayor.

INSTRUMENTOS USADOSHorno para calentar la probeta

Lijas Alumina

Acido(HNO3)Alcohol

Algodn Pao y pulidora

AguaSecadora

Durmetro rockwell

El durmetro usado en este laboratorio es de la marca Wilson, especficamente el modelo 1JR de procedencia americana. Se us la escala h debido a que los materiales deban de ser blandos.Microscopio:En comparacin al microscopio biolgico el microscopio metalrgico difiere en la manera en que la luz es proyectada. Como una muestra metalogrfica es opaca a la luz, la misma debe ser iluminada por luz reflejada. Un haz de luz horizontal de alguna fuente de luz es reflejado, por medio de un reflector de vidrio plano, hacia abajo a travs del objetivo del microscopio sobre la superficie de la muestra. Un poco de esta luz incidente reflejada desde la superficie de la muestra se amplificar al pasar a travs del sistema inferior de lentes, el objetivo, y continuar hacia arriba a travs del reflector de vidrio plano; luego, una vez ms lo amplificar el sistema superior de lentes, el ocular. El poder de amplificacin inicial del objetivo y del ocular est generalmente grabado en la base del lente. Cuando es utilizada una combinacin particular de objetivo y ocular y una longitud adecuada de tubo, la amplificacin total es igual al producto de las amplificaciones del objetivo y ocular. La amplificacin mxima obtenida con el microscopio ptico es de unos 2000 x. La limitacin principal es la longitud de onda de la luz visible, la cual limita la resolucin de los detalles finos de la muestra metalogrfica.

PROCEDIMIENTOColocamos las probetas de duraluminio dentro del horno a una temperatura de 520 C durante 20 minutos, pasado los 20 minutos procedemos a sacarlas del horno para realizar en algunas el tratamiento trmico de temple en agua. Luego de esto procedemos a medir durezas rockwell en la escala k el primer dia 3 identaciones y los siguientes das 1 sola identacin.Despus de haber sacado algunas probetas para realizar el temple en agua el resto de probetas son regresadas nuevamente al horno esta vez sometidas a una temperatura de 225C durante media hora, para luego dejarlas hacer un enfriamiento al aire libre durante aproximadamente un da, luego del cual procedemos a hacer mediciones de dureza rockwell en la escala k el primer da 3 identaciones y los siguientes das una sola identacin.Terminando estos procesos mencionados al cabo de una semana procedemos a pulir las probetas y realizar su metalografa de cada una.

DATOS DE LABORATORIOEnvejecimiento Natural

1er da2do da3er da4to da5to da

62-70-7073808285

65-70-6781848586

87-88-8883838281

67-71-7479818285

61-65-6678818284

Envejecimiento Artificial

98-98-9795989898

88-89-908890

87-88-8883838281

96-94-9896

90-93-9398949492

91-96-9697989898

CUESTIONARIO1.- Qu caractersticas debe tener una aleacin para que en ella se pueda realizar un tratamiento de endurecimiento por envejecimiento?-Una aleacin se puede endurecer por envejecimiento si cumple principalmente con dos condiciones: que la solubilidad a una temperatura de un componente a otro sea apreciable en temperaturas mayores a las del ambiente y que esta tambin disminuya al descender la temperatura, es decir, que el solvus (lnea MN) no tenga pendiente pronunciada, como la siguiente figura lo muestra:

2.- A qu se debe el incremento de la dureza durante el envejecimiento?-Aumenta la dureza por la formacin de una segunda fase de partculas muy pequeas, se deforman las redes y esto dificulta el movimiento de dislocaciones.3.- Por qu durante el envejecimiento artificial el cambio de la dureza se inicia ms pronto que durante el envejecimiento natural?-Esto se debe a que las zonas de precipitacin aumentan de forma proporcional al tiempo y la temperatura, por ende, al hacer un envejecimiento artificial se acelera la precipitacin de las partculas.4.- Qu son las zonas de Guinier-Preston?- Son pequeas zonas que no tiene una estructura cristalina bien definida, pues poseen cantidades anormales de soluto (precipitacin).5.- A qu se denomina solubilidad parcial en el estado slido?- Es la cantidad soluble de un soluto A sobre un sistema de solucin, por debajo de los estndares, de all el nombre de parcial.6.- Qu aplicaciones tienen los duraluminios?-Los duraluminios son aleaciones que tienen un alto valor con respecto a la relacin Resistencia/masa, esto la hace favorita para fuselajes y armaduras de mecanismos de automocin (automviles, transbordadores, etc.), aunque estn siendo reemplazadas por aleaciones de titanio, esto debido a que presenta baja soldabilidad, resistencia a la corrosin y otros.7.- En la siguiente figura indicar las caractersticas de las estructuras que se muestran durante el envejecimiento del aluminio.

A) Disolucin slida sobresaturada.B) Hipoenvejecimiento.C) Sobreenvejecimiento.D) Mximo de sobreenvejecimiento.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

-La probeta de duraluminio debi ser preparada para ser envejecida, pues no cualquier probeta puede ser sometido a este tratamiento.

-La dureza de un material envejecido llega a un punto mximo, luego comienza a decaer.

BIBLIOGRAFIA

- Ciencia e ingeniera de los materiales, Askeland, Donald R, 3era Edicin.

-Precipitacin y Dureza, Colegio Americano de San Carlos,2009

- http://upcommons.upc.cat/diposit/preciptaci_dels_materials/32487/43291.pdf

-http://cat.wikipedia.org/wiki/Duralumini

UNI - FIMPgina 9