Tecnicas de Obtencion de Grano Metalografico enel Rango Milimetrico y Centimetrico MedianteDiversos Tratamiento Termicos y Mecanicos
Proyecto Fin de Carrera
Mariola Roldan Galan
8 de julio de 2007
Indice general
1. Propiedades mecanicas del aluminio 21.1. Dureza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2. Resistencia al ensayo de traccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.3. Resistencia a la compresion, a la flexion, al corte y a la torsion . . . . 41.4. Propiedades resistentes a temperaturas elevadas . . . . . . . . . . . . 51.5. Caracterısticas de resistencia a bajas temperaturas . . . . . . . . . . 9
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Capıtulo 1
Propiedades mecanicas delaluminio
1.1. Dureza
La dureza es Es la resistencia que un material opone a la penetracion.El Alu-
minio es un material muy blando por lo que la mayorıa de las veces se da, en los
materiales de aluminio, la dureza Brinell, a causa de la sencillez de su determinacion.
Los valores de la dureza Brinell se extienden, en el aluminio, desde HB = 15 para
aluminio purısimo blando hasta casi HB = 110, para AlZnMgCu 1.5 endurecido
termicamente. De vez en cuando se utiliza la microdureza, una variante del metodo
Vickers, para determinar la dureza de capas anodizadas. Sirve, ademas, en la inves-
tigacion metalurgica para el analisis de constituyentes estructurales.
Debido a que el Aluminio es un metal blando es absolutamente necesario tener
cuidado con la aplicacion de esfuerzos, para no causar marcas sobre el material y
entorpercer el examen micrografico.
1.2. Resistencia al ensayo de traccion
En general, la resistencia aumenta con el aumento en elementos de aleacion. Los
dominios de la resistencia en cada aleacion surgen, ante todo, como consecuencia de
los aumentos de resistencia que se consiguen por deformacion en frıo o endurecimien-
to. Los distintos elementos de aleacion actuan de modo muy diferente en cuanto al
aumento de resistencia.
Al aumentar la resistencia, aumenta el lımite 0,2 mas deprisa que la resistencia a
la traccion, independientemente del mecanismo que motive el aumento de la resisten-
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CAPITULO 1. PROPIEDADES MECANICAS DEL ALUMINIO 3
Figura 1.1: Relacion de limites elasticos de aleaciones para forja en funcion dellimite R0.2 para: 1 endurecimiento en frıo; 2 compactacion de la solucion cristalina;3 endurecimiento termico
CAPITULO 1. PROPIEDADES MECANICAS DEL ALUMINIO 4
cia; en otras palabras, la relacion R0.2 /Rm entre los lımites elasticos aumenta. Este
aumento se nota, en especial, cuando el aumento de la resistencia tiene lugar por
deformacion en frıo. La curva discurre con la mınima pendiente cuando se aumenta
la resistencia en estado blando, por la formacion de solucion cristalina y entre ambas
se halla el efecto del endurecimiento. En general no se desean altas relaciones entre
los lımites elasticos, ya que expresan un comportamiento relativamente quebradizo
del material. El aumento en la relacion entre los lımites elasticos proporciona una
razon fundamental del porque no puede aumentarse arbitrariamente la resistencia
de los materiales metalicos. Otras razones son que la resistencia a la fatiga no crece
en igual medida que el aumento de resistencia estatica. Ademas, hay que contar,
cuando se usan procedimientos para aumentar la resistencia, con la aparicion fre-
cuente de otros efectos no deseados, como una resistencia disminuida a la corrosion.
Por ello, en el desarrollo de las aleaciones, debe tomarse como objetivo conseguir
una combinacion de propiedades en las que las aleaciones presenten una resistencia
media que sea la mas favorable.
1.3. Resistencia a la compresion, a la flexion, al
corte y a la torsion
El las aleaciones de aluminio se puede admitir que el valor del limite de aplas-
tamiento (parametro de la resistencia a compresion) es igual al valor del limite
elastico de traccion. La resistencia a la compresion o el limite de aplastamiento
tienen importancia principalmente en las piezas sometidas a compresion tales como
cojinetes de friccion.
La resistencia a la flexion en las aleaciones de aluminio se tiene en cuenta en
las de fundicion, en aquellos casos en que, al realizar el ensayo de traccion no es
posible determinar el limite elastico con suficiente exactitud a causa de su pequeno
valor. La resistencia al cizallamiento esta entre el 55 y el 70 % de la resistencia a la
traccion y que, al aumentar la resistencia, la resistencia al cizallamiento aumenta
mas lentamente que la resistencia a la traccion. Para las aleaciones de fundicion
se utiliza muy poco la resistencia al cizallamiento. Se puede deducir de las escasas
mediciones existentes que en este caso la resistencia al cizallamiento puede alcanzar
del 55 al 80 % de la resistencia a la traccion.
Casi nunca se determina la resistencia a la torsion. Si se admite una distribucion
CAPITULO 1. PROPIEDADES MECANICAS DEL ALUMINIO 5
lineal de tensiones, puede considerarsele igual a la resistencia al cizallamiento. Los
ensayos de torsion se utilizan en investigaciones para experimentos ocasionales de la
deformabilidad.
1.4. Propiedades resistentes a temperaturas ele-
vadas
Al aumentar la temperatura, disminuyen la resistencia a la traccion, el lımite
elastico y la dureza, en tanto que, en general, aumenta el alargamiento de rotura
y la estriccion de rotura. En rigor, el comportamiento viene determinado por la
composicion y el estado del material. En la determinacion de los valores de resistencia
para altas temperaturas ası como su utilizacion en proyecto y dimensionado de las
partes componentes de una estructura, el factor tiempo juega un papel esencial en
contraste con las condiciones a temperatura ambiente. Esta influencia se exterioriza
de dos maneras:
1. Cambios de estado. Bajo la influencia de temperaturas elevadas se pueden pro-
ducir modificaciones permanentes en la estructura de los materiales que han
experimentado endurecimiento por deformacion en frıo o han sido endurecidos;
estas modificaciones traen consigo un descenso de la resistencia mecanica, que
generalmente es irreversible, es decir, se mantiene incluso despues del enfri-
amiento a temperatura ambiente. Los valores de las resistencias dependen en
este caso de la duracion del calentamiento previo.
2. Procesos de fluencia. A temperaturas elevadas el material puede experimentar
deformaciones lentas bajo la accion de cargas en reposo, aumentado la veloci-
dad en el cambio de forma con el incremento de la temperatura y de la tension.
Al mismo tiempo, y como consecuencia de ello, pueden surgir tensiones por
debajo de la resistencia a la traccion o del lımite del 0,2 % e, incluso, a la larga,
roturas o cambios de forma perjudiciales. Las tensiones admisibles dependen,
en este caso, del tiempo de aplicacion de la carga. En la solicitacion constante
influye la velocidad de deformacion o de aplicacion de la carga.
Estabilidad de revenido: El ensayo a temperatura ambiente, despues de un
calentamiento transitorio (revenido), da informacion sobre la posibilidad y
CAPITULO 1. PROPIEDADES MECANICAS DEL ALUMINIO 6
Figura 1.2: Diversos valores de resistencia a temperatura elevada
accion de un cambio de estado irreversible. Los materiales que no sufren mod-
ificacion permanente a causa de un calentamiento transitorio se denominan
termicamente estables. En general, esta estabilidad esta limitada a un inter-
valo concreto de temperatura y tiempo (para campos especıficos de aplicacion
se utilizan otros criterios).
Se pueden distinguir cuatro grupos de materiales, siendo decisivo, ante todo,
su estado:
1. Materiales maleables en estado blando y aleaciones de fundicion no en-
durecibles en el estado de colada, que son en la practica termicamente
estables. Son muy estables los materiales maleables prensados, forjados y
laminados en caliente; muestran segun el sistema de fabricacion las varia-
ciones de las que luego se tratara en forma intensamente alternada.
2. Materiales para laminacion y forja, sometidos a endurecimiento por de-
formacion en frıo (y en un estado intermedio, recocidos) en los que el
aumento de resistencia ocasionado por la conformacion se destruye cada
vez mas por el aumento de temperaturas y del tiempo de calentamiento.
CAPITULO 1. PROPIEDADES MECANICAS DEL ALUMINIO 7
Figura 1.3: Influencia de un calentamiento pasajero de AlMgSi 1, endurecida termi-camente
CAPITULO 1. PROPIEDADES MECANICAS DEL ALUMINIO 8
Figura 1.4: Influencia de un calentamiento transitorio en las propiedades de AlCuMg1, endurecido en frıo
CAPITULO 1. PROPIEDADES MECANICAS DEL ALUMINIO 9
3. Aleaciones endurecidas termicamente, que no se alteran permanente-
mente hasta llegar a las proximidades de la temperatura de endurecimien-
to termico. La resistencia mecanica puede sufrir un aumento transitorio
disminuyendo, despues, a causa de sobreenveecimiento, en el caso lımite,
hasta el estado blando o de colada.
4. -Aleaciones endurecidas en frıo que, en su mayorıa, presentan primero un
aumento de resistencia por endurecimiento termico, pudiendo presentarse
con ello una disminucion del alargamiento a la rotura y de la resistencia a
la corrosion. A temperaturas superiores el comportamiento corresponde
al de las aleaciones endurecidas termicamente.
Comportamiento a elevadas temperaturas:A temperaturas a partir de 100 has-
ta aproximadamente 150oC alcanza una influencia apreciable la fluencia. Por
eso, el comportamiento de los materiales, por encima de este intervalo de tem-
peraturas, cuando soportan solicitaciones estaticas durante largo tiempo, solo
puede describirse con ensayos a temperaturas elevadas. El material, su estado
de solidificacion y de endurecimiento, influyen de diversas maneras en el com-
portamiento a elevada temperatura. A temperaturas bajas, (Por debajo de los
150 ◦C), cuando se trata de materiales no endurecibles, los estados consolida-
dos son mas favorables. Por encima de esto se aproxima su comportamiento
rapidamente al del estado blando, por lo que los materiales altamente alead-
os, en estado blando pueden ser mas favorables que los de mas baja aleacion
endurecidos en frıo.
Los materiales endurecibles, cuando los tiempos de solicitacion hayan de ser
largos, se usan con buen criterio solo a aquellas temperaturas que se encuen-
tran claramente por debajo del endurecimiento termico, ya que de otro modo
pasan al estado blando por sobreenvejecimiento.
1.5. Caracterısticas de resistencia a bajas temper-
aturas
El comportamiento de los metales a bajas temperaturas depende, fundamental-
mente, de la estructura de su red cristalina. El aluminio, con su red cubica centrada
CAPITULO 1. PROPIEDADES MECANICAS DEL ALUMINIO 10
Figura 1.5: Comportamiento a elevadas temperaturas de AlMg4.5Mn W28
CAPITULO 1. PROPIEDADES MECANICAS DEL ALUMINIO 11
Figura 1.6: Comportamiento a elevadas temperaturas de AlSi10Mg
Figura 1.7: Limite elastico en caliente y resistencia a la traccion en caliente deAlZn4.5Mg1
CAPITULO 1. PROPIEDADES MECANICAS DEL ALUMINIO 12
en las caras tiene la misma estructura que el cobre, el nıquel y los aceros austenıticos.
Por eso no se presentan nunca en las aleaciones de aluminio a temperaturas bajas
las conocidas complicaciones (caracterizadas, entre otras, por el rapido descenso de
la resiliencia) que tienen lugar en los metales cubicos centrados en el cuerpo, sobre
todo en los aceros ferrıticos.
Al descender la temperatura, aumenta la resistencia a la traccion, primero debil-
mente y, a partir de -100 ◦C , cada vez con mas intensidad. El lımite 0,2 se comporta
de modo semejante, solo que, en este caso, al aumentar las bajas temperaturas es
bastante mas debil, de modo que la relacion del lımite elastico se hace cada vez
menor al descender la temperatura. Tambien el alargamiento a la rotura aumenta
continuamente en todo el intervalo de temperaturas.
Figura 1.8: caracterısticas mecanicas del aluminio puro 1100 a bajas temperaturas
Este comportamiento es, en esencia, independiente del grado de endurecimiento
por conformacion en frıo del material.
Mientras que el alargamiento de rotura aumenta en todo el intervalo al descender
la temperatura, la estriccion de rotura, en cambio , despues de sobrepasar un valor
maximo hacia los -80 ◦C vuelve a descender al seguir bajando la temperatura.
Las aleaciones de aluminio para fundicion presentan, a bajas temperaturas, en
general, igual comportamiento que los materiales para laminacion y forja. En algunas
aleaciones para fundicion, como las que tienen un contenido en Mg superior al 6 %,
se observa una excepcion de la tendencia general, la resistencia a la traccion dismin-
uye poco con el descenso en la temperatura -100 ◦C, y mas por debajo de los -100 ◦C.
CAPITULO 1. PROPIEDADES MECANICAS DEL ALUMINIO 13
Figura 1.9: caracterısticas mecanicas de algunas aleaciones AlMg y AlMgN en estadoblando a bajas temperaturas
El alargamiento de rotura y la estriccion de rotura permanecen aproximadamente
constantes o disminuyen al descender la temperatura. Tambien en este caso hay ex-
cepciones, en las cuales el alargamiento de rotura aumenta a la vez que lo hace el
lımite 0,2.
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