4to laboratorio ciencia de los materiales 2

8/10/2019 4to laboratorio ciencia de los materiales 2

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Ao de la Promocin de la Industria Responsable y del Compromiso Climtico

UNIVERSIDAD NACIONAL DEINGENIERA

FACULTAD DE INGENIERA MECNICA

4to LABORATORIO DE CIENCIA DE LOSMATERIALES II

LABORATORIO DE ENVEJECIMIENTO

CURSO: Ciencia de los materiales II !C"##$%

PRO&'SOR: (UIS )OS'

S'CCI*+: C

A(U!+OS:

,uaman -upan.ui/ ,ano0er Pedro12#1##34A

Ramos 5om6n7ue8/ 9l0aro )ess12#11;;13)


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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 "#o funcionamiento$

Estos cambios pueden lle%ar a %enerar fallas en los componentes mec&nicos

fabricados en dic'as aleaciones! por lo tanto su prediccin es de inters para

industrias como la aeron&utica donde se presentan diversas fallas por

envejecimiento en los fuselajes fabricados con aluminio$

(a prediccin determinista del envejecimiento busca entender los principios

fundamentales de los cambios en las propiedades de los materiales " por lo tanto

requiere de modelos computacionales sofisticados alimentados con datos

e)perimentales e)actos " precisos$

E)isten varios mecanismos de envejecimiento identificados en las aleaciones de

aluminio! entre ellos el cambio de propiedades mec&nicas debido a los procesos

difusivos por formacin de precipitados " en%rosamiento de %ranos activados por la

e)posicin a altas temperaturas " la disminucin de la resistencia a la fati%a debido

por la nucleacin! crecimiento " en%rosamiento de vacantes " micro%rietas$


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O*+ETI,O

,erificar el incremento de dure-a al someter el material al tratamiento de

envejecimiento "a sea natural o artificial " compararlos$

.nali-ar la microestructura del material envejecido " anali-ar las diferencias

del envejecido naturalmente " artificialmente$

Observar diariamente el proceso del envejecimiento natural de la probeta dealuminio para apreciar la variacin de sus propiedades f/sicas " mec&nicas$


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0UND.1ENTO TERICO

DEFINICIONES PREVIAS

Endurecimiento por precipitacin: es el tratamiento trmico m&s importante que

se aplica a las aleaciones de aluminio$ Este tratamiento eleva notablemente la

resistencia mec&nica de las aleaciones de aluminio endurecibles por tratamiento

trmico$ El endurecimiento por precipitacin tiene lu%ar fundamentalmente en tres

fases2

3or calentamiento a temperatura elevada se disuelven en la solucin slida

de aluminio la ma"or parte de los componentes de la aleacin! que provocan

el endurecimiento 4recocido de disolucin5$

3or enfriamiento r&pido! la solucin slida! enriquecida en estos

componentes de la aleacin se transforma! en primer lu%ar! en un estado

sobresaturado 4temple5$

3or permanencia! a la temperatura ambiente o a una temperatura m&selevada! se producen precipitaciones de la solucin slida sobresaturada!

que provocan un aumento de la resistencia a la traccin! del l/mite el&stico

6!78 " de la dure-a 4envejecimiento o maduracin5$

Duraluminio: Es una aleacin de aluminio con una base de ma%nesio! que en un

principio recibi el nombre de 9endurecimiento del aluminio por envejecimiento:$ Es

un metal liviano! pero mu" duro; tiene la aleacin en la proporcin de 7!< a 8 de -inc! con silicio! 'ierro " el 6!? 8 de titanio$

El duraluminio se corroe m&s que otras aleaciones! motivo por el cual se recubren

ambas caras de la c'apa de duraluminio con otras de aluminio$ En estas

condiciones se lo utili-a muc'o en aviacin$ (a proporcin conveniente del

duraluminio es del @68 al @


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TRATAMIENTO TERMICO:(a muestra de aleacin que puede estar en forma de

fundicin o forjada! se calienta a una temperatura entre la de solvus " la de solidus "

se mantiene 'asta que se produce una estructura uniforme en la disolucin slida$

TEMPLE: (a muestra se enfr/a r&pidamente a baja temperatura " el medio de

enfriamiento es %eneralmente a%ua$ (a estructura de la muestra de aleacin

despus del temple en a%ua consiste en una disolucin sobresaturada$

MADRACI!N O ENVE"ECIMIENTO:Es necesaria una maduracin de la muestra

tratada trmicamente " templada para que se forme un precipitado finamente

disperso$ .l templar " despus recalentar una aleacin de .lCu se forma una fina

dispersin de precipitados de los %ranos$ Estos precipitados son efectivos para

obstruir el movimiento de dislocaciones "! en consecuencia! se incrementa la dure-a

de la aleacin$

.5 .mpliando el paso de recalentamiento! los precipitados coalescen " se

'acen menos efectivos para endurecer la aleacin$Fobre envejecimiento$


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*5 (a variacin de la dure-a con la lon%itud del paso de recalentado$

Tiempo de envejecimiento$


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3asos En El Tratamiento Trmico G 1icroestructura ue Fe 3roducen

. la maduracin de la aleacin a temperatura ambiente se le llama maduracin

natural$

. la maduracin a elevadas temperaturas se le llama maduracin interfacial$ (a

ma"or/a de las aleaciones requieren maduracin artificial " las temperaturas de

maduracin se encuentran entre el ?< " el 7< 8 de la diferencia de temperatura

entre la temperatura ambiente " la temperatura de tratamiento trmico de la

disolucin$

0.FEF DE UN. .(E.CION ENDURCI*(E


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TE13ER.TUR. 0RENTE .( TIE13O DE (OFTR.T.1IENTOF THR1ICOF


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MECANISMOS DE ENDRECIMIENTO

El mecanismo de endurecimiento m&s estudiado corresponde a la aleacin

.luminioCobre

Etapas de la formacin de precipitados de

fase de equilibrio

Caracter/sticas del endurecimiento

por precipitacin de una aleacin


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Efectos de la temperatura " el tiempo de envejecimiento las propiedades de una

aleacin endurecible por envejecimiento dependen tanto de la temperatura como del

tiempo de envejecimiento$

PRODCTOS DE DESCOMPOSICI!N FORMADOS POR

LA MADRACI!N DE NA DISOLCI!N S!LIDA SO#RESATRADA

Una aleacin endurecida por precipitacin en la condicin de disolucin slidasobresaturada se encuentra en un estado de ener%/a elevada$

Este estado es relativamente inestable " la aleacin tiende a buscar un estado de

menor ener%/a por la descomposicin espont&nea de la disolucin slida

sobresaturada en fases metaestables o en fases de equilibrio$


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

endurecida$


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?$ Colocamos las = probetas de duraluminio ..K6K en el 'orno a 66 @C!

por un tiempo de 76 minutos$

7$ (ue%o procedemos a templar la probeta en a%ua a temperatura ambiente$

$ 3osteriormente2 3ara el caso de EN,E+ECI1IENTO N.TUR.(! medimos la dure-a 4JR5

por < d/as a ? probeta envejecidas naturalmente$

3ara el caso de EN,E+ECI1IENTO

.RTI0ICI.(! colocamos nuevamente 7probetas templadas en el 'orno a

7=6 @C por ? 'ora " posteriormente enfriamos al aire libre$ (ue%o medimos la dure-a 4JR*5 diariamente! por dos d/as$


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>2 min $= $> 4>D=;2 min $F $3 31D1


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CUEFTION.RIO

&%' ()u* caracter+,tica, de$e tener una aleacin para -ue en ella ,e pueda

reali.ar un tratamiento de endurecimiento por en/e0ecimiento1

(a aleacin est& formada con un elemento de aleacin en temperaturas

elevadas primarias mi)tos cristales$

Debe e)istir una solucin slida terminal que ten%a una solubilidad slida

decreciente a medida que la temperatura disminu"e 4curva de solvus

pronunciada5

Conducir la fuer-a " la velocidad de difusin debe ser suficientemente %rande

para que la temperatura de precipitacin$

(os precipitados resultantes dispersa en el material debe estar disponible "

operativo resistente a la temperatura de coa%ulacin

2%' (A -u* ,e de$e el incremento de la dure.a durante el en/e0ecimiento1

El endurecimiento por envejecimiento se produce por una secuencia de

transformaciones de fase que lleva a una dispersin uniforme de precipitados

co'erentes a una nanoescala en una matri- m&s dBctil " blanda

3%' (Por -u* durante el en/e0ecimiento arti4icial el cam$io de la dure.a ,e

inicia m5, pronto -ue durante el en/e0ecimiento natural1

3orque para la precipitacin se elev a una temperatura muc'o ma"or que la delambiente es decir que 'ubo una ma"or difusin del precipitado$

6%' ()u* ,on la, .ona, de 7uinier'Pre,ton1

Fon -onas que se forman a partir de soluciones solidas sobresaturadas siempre "

cuando la aleacin permane-ca a temperaturas por debajo de la 9l/nea de solvus:

de estas part/culas$


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Es un dominio de precipitacin pequeAa en una solucin slida sobresaturada

met&lico$ Una -ona M3 no tiene estructura cristalina bien definida de su propia "

contiene una alta concentracin anormalmente de &tomos de soluto$ (a formacin

de -onas de M3 que constitu"e la primera etapa de la precipitacin " suele ir

acompaAado de un cambio en las propiedades de la solucin slida en el que

ocurren$

8%' ()u* aplicacione, tienen lo, duraluminio,1

(os duraluminios son aleaciones que tienen un alto valor con respecto a la relacin

resistencia#masa! por lo cual son mu" apreciados en la industria de las aeronaves " ve'/culos

aeroespaciales! tambin en automviles de altas prestaciones " automocin en %eneral! en

cables de alta tensin! por su elevada conductividad elctrica " baja densidad! moldes para

soplado! estampaciones 4donde se trabaja en la pie-a sin envejecer5! torniller/a! utensilios!

envases! pilas! envolturas! etc$

.ctualmente se presta muc'a atencin a las aleaciones de aluminio " de otros

metales de baja densidad 41%!Ti5 como materiales utili-ados en los transportes!

debido al efecto de a'orro de combustible$ Una importante caracter/stica de estos

materiales es la resistencia espec/fica! cuantificada como la relacin entreresistencia a la traccin " densidad$ .unque una aleacin de estos metales ten%a

una resistencia a la traccin inferior a la de un material m&s denso 4acero5! para un

peso determinado puede a%uantar una car%a muc'o ma"or

9%' (a -u* ,e denomina ,olu$ilidad parcial en e,tado ,lido1

Cuando en un dia%rama de fases e)ista m&s de una fase intermedia entre slido "

l/quido! adem&s de presentar otras l/neas como es la l/nea solvus$


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Dia%rama de fases para una aleacin con solubilidad parcial en estado slido$

%' Para la ,i;uiente cur/a e,-uem5tica de en/e0ecimiento a una temperatura

determinada para una aleacin endureci$le por precipitacin dada< completar

en la, eti-ueta, la, corre,pondiente, etapa, = e,tructura,:

Fobre envejecimiento! crecimiento de precipitado

Disolucin slida sobresaturada

1&)imo de sobre envejecimiento! tamaAo " distribucin ptimos de precipitado

Jipo envejecimiento! precipitado pequeAo " subdesarrollado


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