TRATAMIENTO TRMICO ENDURECIMIENTO POR ENVEJECIMIENTO DEL DURALUMINIO

INTRODUCCINEl duraluminio fue la primera aleacin industrial a base de aluminio. El nombre de duraluminio puede descifrarse como aluminio duro (del francs dur, duro).Este material fue descubierto por A. Wilm cuando trabajaba con esta aleacin de manera casual se present frente al fenmeno del envejecimiento natural. Su primer trabajo se public en1906. En laURSScomenz a producirse duraluminio en el ao1924.El duraluminio contiene alrededor del 4% de Cu, 0.5% de Mg y manganeso y hierro. Es la aleacin de seis componentes por lo menos1. Aluminio2. Cobre3. Magnesio4. Manganeso5. Silicio6. HierroAunque los principales aditivos son el cobre y el magnesio. Por esto puede considerarse como una aleacin del sistema Al Cu Mg. El silicio y el hierro son impurezas constantes que llegan a la aleacin debido al empleo de aluminio insuficientemente depurado.Los componentes forman una serie de compuestos solubles que provocan el envejecimiento, como el Cu Al2, Mg2Si y de compuestos insolubles, como los compuestos ferruginosos y de manganeso. La estructura del duraluminio recocido est constituida por solucin slida e inclusiones secundarias de compuestos intermetlicos diversos.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.

OBJETIVOS Investigar el proceso de endurecimiento por envejecimiento y las teoras que lo justifican Aumentar 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.RESUMENEl tratamiento trmico de endurecimiento por precipitacin pretende aumentar la resistencia y dureza de aleacin mediante la formacin de precipitados finos a partir de una solucin slida (Smith 2006). El cambio de las propiedades mecnicas se debe generalmente a cambios de fases que se evidencian en la formacin de precipitados; pero nunca involucran el cambio en la composicin qumica del material (ASM 1991).Este tratamiento trmico consiste en tres etapas, como se ilustra en la primera etapa, conocida como solubilizacin, se realiza un calentamiento para producir una solucin slida homognea que contenga la mxima cantidad prctica de elementos solubles endurecedores en la aleacin.La segunda etapa, llamada templado, es un enfriamiento rpido de la aleacin para preservar una solucin slida sobresaturada que retenga los tomos de soluto y mantenga un cierto nmero de vacantes en la red cristalina que favorezcan el proceso de difusin durante el envejecimiento (ASM 1991).Finalmente, la etapa de envejecimiento consiste en un proceso difusivo activado a una temperatura determinada, en que los tomos de soluto difunden formando precipitados endurecedores. Cuando el proceso de precipitacin se realiza a temperatura ambiente se denomina envejecimiento natural, y cuando se emplea una temperatura superior a la del ambiente, pero inferior a la de solubilizacin slida, se conoce como envejecimiento artificial. De acuerdo a Cuniberti y et al (2006): Dado que el envejecimiento natural es inevitable en los procesos industriales, resulta de inters determinar su influencia en las propiedades finales del material.Como requisito bsico, una aleacin endurecible por precipitacin debe presentar en su diagrama de fases una lnea de solubilidad slida directamente proporcional con la temperatura. Aunque la mayora de sistemas binarios de aleaciones de aluminio presentan dicha curva, slo algunos presentan un aumento significativo en la dureza y resistencia por la formacin de precipitados, entre ellos los sistemas de Aluminio-Cobre (serie 2xxx), Aluminio-Magnesio-Silicio (serie 6xxxx) y Aluminio-Zinc-Magnesio (serie7xxxx) (ASM 1991)

MARCO TEORICO

Los metales son blandos y deformables a causa del movimiento de las dislocaciones en la estructura cristalina y el endurecimiento de los mismos se produce cuando se dificulta este movimiento.Lnea de dislocacin forzada a travs de partculas de una segunda fase o microconstituyente situadas en su plano de deslizamientoEl endurecimiento mximo de los metales puros se obtiene por deformacin en fro. En este caso, se produce un sistema de dislocaciones complejo que hace extremadamente difcil cualquier movimiento posterior.Los procedimientos utilizados para el endurecimiento de los metales puros pueden emplearse tambin para las aleaciones, sin embargo, existen otros mtodos para aumentar su resistencia mecnica:Los que se basan en reacciones en el estado slido, halladas en un nmero relativamente pequeo de sistemas de aleacin.Los que se basan en el endurecimiento por aleacin (formacin de soluciones slidas o presencia de una segunda fase) que se produce en todas las aleaciones. Este mtodo es el ms comn.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.SOLUBILIZACIONLa aleacin en estado de suministro se introduce en el horno hasta alcanzar la temperatura de 560C, temperatura que corresponde a La aleacin en estado de suministro se introduce en el horno hasta alcanzar la temperatura de 560C, temperatura que corresponde a zona monofsica. Zona monofsica.El tiempo de permanencia es el adecuado para redisolver todos los precipitados que se hallan en borde de grano, con lo que se alcanza una estructura monofsica. Una investigacin previa, apunta el tiempo de 2 horas para alcanzar este objetivo de disolucin.TEMPLESignifica el enfriamiento rpido de las probetas por inmersin en un fluido refrigerante. El enfriamiento debe ser de un gradiente tal que despus del mismo la microestructura siga siendo monofsica, aunque alcanzada no en equilibrio reversible termodinmico, lo que se denomina metaestabilidad. Para esta aleacin y el espesor de las muestras, el enfriamiento en aire a temperatura ambiente logra este objetivo, por lo que se ensayar este medio de enfriamiento comparndolo ocasionalmente con el enfriamiento en aguaENVEJECIMIENTODe acuerdo con la figura 6.2, la etapa de envejecimiento aplicada despus del temple queda definida por la temperatura, qe, y el tiempo de permanencia, te. Ambos parmetros son variables fundamentales de esta etapa y los investigaremos para las siguientes variaciones:qe = 20, 140, 180, 220Cte = 1, 3, 5, 8, 15, 30, 70, 100 horas El envejecimiento se denomina natural, si la temperaturaees la de ambiente.En la figura 6.11, se representa la correlacin grfica de la dureza Brinell, HB, y el tiempo de envejecimiento a 20C, tomados de la tabla 6.1.Puede observarse un aumento de la dureza en un orden del 30% al final de las 100 horas de ensayo. El mayor gradiente de endurecimiento tiene lugar durante las primeras horas, suavizndose segn avanza el tiempo, pues tiende a un valor asinttico. Al final del tiempo ensayado, el valor todava no alcanza la dureza constante, con una pendiente de 1 HB cada 20 horas de tratamiento.El envejecimiento natural consigue el aumento suave de las caractersticas resistentes tendiendo a un valor asinttico para tiempos grandes. Figura 6.11. Correlacin HB = f(t) para el envejecimiento a 20C, natural, en la aleacin Al-Mg-Si, templada en aire.

El envejecimiento se denomina artificial, si la temperaturaees superior a la ambiente.En la figura 6.12 se representa la correlacin grfica, HB = f(t), de envejecimiento para las temperaturas ensayadase= 140, 180 y 220C, que se define como envejecimiento artificial.Puede observarse cualitativamentela misma respuesta que en el envejecimiento natural. Sin embargo, hay que anotar cuantitativamente, las siguientes peculiaridades:

1. Se alcanzan incrementos decaractersticas mecnicas ms elevados, del orden del 75 al 150%.2. Los valores mximos se alcanzan entiempos mucho ms cortos.3. Despus de alcanzadas las durezas mximas, stas sufren una disminucin.4. La caracterizacin de las curvas de endurecimiento, durezas mximas, tiempos, gradientes negativos, son funcin de la temperatura de envejecimiento. Figura 6.12. Correlacin de la dureza brinell con el tiempo de envejecimiento para las temperaturas de ensayo de 140, 180 y 220C.

El envejecimiento artificial, comparativamente con el natural, consigue mayores niveles de endurecimiento, en tiempos menores y con ablandamientos para tiempos mayores del mximo.

DIAGRAMA DE EQUILIBRIO DEL DURALUMINIO

AplicacionesLista de los usos tpicos de las forjado aleaciones Al-Cu: 2011: alambre, varilla, y el bar de los productos de tornillera. Aplicaciones donde se requiere buena maquinabilidad y buena resistencia. 2014: forjados de alta resistencia, placa, y extrusiones para la armadura de avin, las ruedas y los principales componentes estructurales, el espacio y la estructura de refuerzo tanques de los camiones, el marco y los componentes de la suspensin. Las aplicaciones que requieren alta resistencia y dureza incluyendo el servicio a temperaturas elevadas. 2024: las estructuras de aeronaves, remaches, hardware, ruedas de camin, tornillos y otras aplicaciones estructurales. 2036: Hoja de paneles de carrocera. 2048: Hoja y placa de componentes estructurales para aplicaciones aeroespaciales y equipamiento militar. 2141: Placa en espesores de 40 a 150 mm para estructuras de aviones. 2218: forja, aviones y pistones del motor diesel; culatas de motores de aeronaves, impulsores de motores a reaccin y los anillos de compresin. 2219: Soldados espacio refuerzo oxidante y los tanques de combustible, revestimiento de la aeronave supersnica y componentes de la estructura. Fcilmente soldable y til para las aplicaciones ms rango de temperatura de -270 a 300 C. Tiene alta tenacidad a la fractura, y el temple T8 es altamente resistente a la fisuracin por corrosin bajo tensin. 2618: Muere a mano piezas forjadas. Pistones y partes de motores de aviones rotatorios para el funcionamiento a temperaturas elevadas. Moldes de neumticos.

BIBLIOGRAFIAhttp://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm06/fcm6_2.html

http://materialesfull.wikispaces.com/file/view/PROYECTO+DURALUMINIO+.pdf http://www.revistaavances.co/objects/docs/Avances_10/a10_art2_preci_aluminio.pdfhttp://www.utp.edu.co/~publio17/endurecimiento.htm