Aleaciones no ferrosas

• Aleaciones base Al• Aleaciones base Cu• Aleaciones base Mg• Aleaciones base Ti• Aleaciones base Ni

Aleaciones forjadas (wrought alloys) : aquellas que permiten ser trabajadas mecánicamente

Aleaciones para fundición (cast alloys) : aquellas que no permiten ser trabajadas mecánicamente (frágiles) piezas coladas

Aleaciones base Al

Principales ventajas:• Baja densidad (2,7 g/cm3)• Alta conductividad eléctrica y térmica• Resistencia a la corrosión (en ambientes comunes; p. ej. al aire)• Se puede trabajar en frío (cuando es relativamente puro)

Desventajas:• Baja temperatura de fusión limita la máxima temperatura de

trabajo.

Mecanismos de endurecimiento: (con ambos disminuye la resistencia a la corrosión)

• trabajado en frío • aleado

endurecimiento por solución sólida (Zn, Mg)endurecimiento por precipitación (aleaciones

termoenvejecibles, “heat treatable”) (Cu, Mg, Zn, Si)

Aleaciones de fundición:

Ej: 356 Al -7%Si - 0.3%Mg 380 Al- 9%Si - 3.5%Cu (hipoeutécticas)

Aleaciones forjadas:

1xxx:: Al > 99%

2xxx: Al - Cu; endurecimiento por precipitación

3xxx: Al - Mn; no tratable térmicamente

4xxx: Al - Si ; no tratable térmicamente

5xxx: Al - Mg; endurecimiento por solución sólida

6xxx: Al - Mg - Si; endurecimiento por precipitación

7xxx: Al – Zn - Mg; endurecimiento por precipitación

8xxx: Al-Li (desarrollos recientes) ; Al-Fe (CFe > 1% ; foils)

Nomenclatura de tratamientos termomecánicos: (algunos ejemplos)T2: enfriado al aire, trabajado en frío, envejecido naturalmente (a TAMB) T3: solubilizado, trabajado en frío y envejecido natural (a TAMB)T4: solubilizado y envejecido naturalmente (a TAMB)T6: solubilizado y envejecido artificialmente

Ej: Al 2024 T6

Tratamiento térmico típico

Al

TSOL

TEA

T

TAMB

TSOL

TEA

tiempo

TAMB

T

X

TSOL : temperatura de solubilizado

TAMB : temperatura de envejecimiento natural

TEA : temperatura de envejecimiento artificial

Endurecimiento por precipitación

Nucleación Crecimiento

Coarsening: las partículas grandes crecen a expensas de las pequeñas. Reducción de la energía de interfase.

Evolución de la microestructura durante el envejecimiento artificial

Al-2.4at.%Cu, 191 °C

80

85

90

95

100

105

110

115

120

0.2 1 10

100

100

0

200

0

Brin

ell H

ard

ness

Aging Time, hours

Evolución de la dureza como función del tiempo de envejecimiento artificial

Tsol ~ 500ºC

Secuencia de precipitación

Al-Cu

(SSS) → GP → ” → ` → (eq.)

coherencia

Estabilidad

GP: Zonas de Guinier-Preston

J. M. Silcock, et al. JIM 82 (1953-54), 239; Fuente: Porter - Shewmon

Evolución de la dureza vs. tiempo de envejecimiento artificial en Al-Cu. Formación de fases intermedias.

Evolución de la dureza vs. tiempo de envejecimiento artificial en Al-Cu. Formación de fases intermedias.

J. M. Silcock, et al. JIM 82 (1953-54), 239; Fuente: Porter - Shewmon

Aplicaciones:

• conductores eléctricos (transmisión de energía)

• transporte (automóviles, trenes, aviones, satélites)

• construcción (perfiles de carpintería, etc. )

• utensilios de cocina (cacerolas)

• empaque (papel de aluminio, etc.)

• latas de bebidas

Equipos para almacemaniento de alimentos, intercambiadores de calor.

Utensilios de cocina, recipientes de presión, tuberíasTanqes de combustibles, conductos para combustibles en aviones, remaches, alambre.

Estructuras de aviones, remaches, ruedas de camión.

Camiones, canoas, vagones de tren, muebles, tuberías.

Componentes estructurales de aviones y otras aplicaciones con altas cargas

6063 1.0Mg, 0.6Si, T4 160 90 21 Perfiles para carpintería Cu, Cr

Callister

Callister

continuación…

Volantes, ruedas de omnibus y aviones, camisas de pistón

Cajas de cambios, Block de motor, refrigerado por agua

Estructuras de aviones, tanques criogénicos

Estructuras de aviones, con alta resistencia al daño.

8006 > 1% Fe Foils de hasta 6 micrones de espesor

Equiaxed alpha grains in the interior of a super-pure aluminum specimen anodized with Barker’s reagent, 30 V dc, 2 min. Viewed with crossed polarized light plus

sensitive tint. Original at 50X. The dark spots are intermetallic phases.

Super-Pure Aluminum

G. Vander Voort

As-cast 319 aluminum (Al – 6.0% Si – 3.5% Cu) tint etched with Keller’s reagent revealing the intermetallic precipitates (Al-Fe-Si; “Chinese script”).

G. Vander Voort

50 µm

100 nm

Aleación comercial base Al-Cu (2219): 3h 190ºC. Precipitados de fase intermedia “.

Imagen de microscopía electrónica de transmisión.

Precipitados de Al-Li-Sc-Zr (core-shell)

Tolley-Radmilovic

Aleaciones base Cu

• Permiten trabajado en frío (fcc).• Resistentes a la corrosión.• La mayoría son endurecidas por trabajado mecánico o por solución

sólida.

Latón: Cu-Zn (las más usadas)

• solución sólida sustitucional, hasta 35% fase (fcc);• blanda • dúctil • se puede endurecer por trabajado en frío.

Cu-Zn (latones) con mayor contenido de Zn: microestructura (fcc) +

´(bcc, B2): se puede endurecer por trabajado en caliente.

Cu-Sn bronces (permiten trabajado en frío)

Cu “puro” Tratamiento térmico: recocido(electrolítico)

Cu-Be endurecimiento por precipitación; muy buenas propiedadesalta resistencia mecánica, alta conductividad eléctrica, alta resistencia a la corrosión,resistencia al desgaste (con lubricante adecuado)se puede colar, o trabajar en frío o calientePERO… alto costo (alear con Be es caro, el Be es muy

venenoso)

(Fundición)

(Aleaciones Forjadas)

Callister

Alambre conductor, remaches,Ollas, clavos.

Tren de aterrizaje de avionesResortes, fuelles, válvulas, diafragmas

Cuerpo de radiador de automotor, componentes de municiones, cuerpos de linternas,

Fuelles, discos de embrague, resortes, barras para soldadura

Componentes de intercambiadores de calor, tuberías para agua de mar.

Mueblería, componentes de radiadores, portalámparas.

Rulemanes, aros de pistón, engranajes.

Rulemanes, aros de pistón, engranajes, asientos de válvula.

Wrought, cold worked and annealed (600 °C, 1112 °F) Cu – 10% Zn. The structure, which is not fully revealed, consists of FCC alpha grains and

annealing twins. Original at 100X (potassium dichromate etch).

G. Vander Voort

Wrought cartridge brass, Cu-30% Zn, cold reduced 50%, revealing heavily cold worked FCC grains (note slip lines) and annealing twins. Tint etched with Klemm’s

I reagent (Original at 100X, crossed polarized light plus sensitive tint).

G. Vander Voort

Wrought Cartridge Brass, Cu – 30% Zn, Cold Reduced 50%, Annealed at 704 °C (1300 °F) – 30 min. Fully recrystallized, and grown, equiaxed FCC grains with annealing twins. Tint

etched with Klemm’s III reagent. Original at 50X, polarized light and sensitive tint.

G. Vander Voort

Dendritic structure of chill-cast phosphor bronze (Cu – 10% Sn – 0.5% P) etched with Klemm’s III reagent. Original at 100X.

G. Vander Voort

Wrought Phosphor Bronze, Cu – 5% Sn – 0.15% P, Cold Drawn. Heavily cold-worked, elongated FCC grains (note slip lines). Tint etched with Klemm’s II.

Original at 200X, polarized light and sensitive tint. G. Vander Voort

Wrought, annealed and cold drawn alpha/beta brass, Cu – 40% Zn (longitudinal axis is vertical). Note the elongation in the grains. It was tint etched with Klemm’s I which colors the

beta phase. There is a light coloring of the alpha grains and the annealing twins and slip lines are visible. Knoop testing revealed 178 HK in the alpha and 185 HK in the beta phase.

Original at 500X.G. Vander Voort

Aleaciones base Mg: muy baja densidad (1,7 g/cm3), alta maquinabilidad

Nomenclatura de aleaciones base Mg

AM: Mg-Al-Mn

AZ: Mg-Al-Zn

AS: Mg-Al-Si

ZK: Mg-Zn-Zr

HK: Mg-Th-Zr

hcp (fcc)

Al Mg

Aleaciones base Mg

Estructuras y tuberías, protección catódica

Componentes forjados de alta resistencia en aviones

Componentes de automóviles, aparatos electrónicos

Llantas de autos

Aplicaciones de alta resistencia al creep .

Callister

Ventajas• alto punto de fusión (1668ºC)• más liviano que el acero (densidad 4,5 g /cm3)• alta resistencia mecánica y resistencia mecánica específica (TS/) aplicaciones de alta temperatura; industria aeroespacial aplicaciones en medicina (implantes)

Desventajas• alto costo

• Aleantes: estabilizadores de fase (Al); estabilizadores de fase (V)

Aleaciones base Ti

Ti

hcp ()

bcc ()

T

Al: estabiliza la fase (hcp)(también O, C y N)

bcc

hcp

V: estabiliza la fase (bcc) (también Cr, Mo, Mn, Fe, Ta)

Reed Hill - Abbaschian

Aleaciones de Ti

Aleaciones : Ti-Al Se endurecen por trabajado en calienteSoldables, dúctiles

Aleaciones / : Ti-Al-VTT: templado desde el campo + y recocido a

temperatura moderada.Tienen mayor resistencia (debido a la presencia de fase )

Aleaciones : Ti-V Se pueden endurecer por precipitación (precipitados de fase

). Combinan alta resistencia y tenacidad

La mejor combinación de resistencia y tenacidad: Fuselaje de avión de alta resistencia

Aplicaciones en cohetes y fuselajes de alta resistencia

Prótesis , implantes, equipamiento industria química

Componentes forjados de motores de reacción

Componentes de motores de reacción, equipamiento resistente a la corrosión para industrias marina y química

Equipamiento para procesos químicos, con buena resistencia mecánica hasta 480ºC

Wikipedia

Implantes de Ti

Microstructure of CP Ti, ASTM F 67, Grade 4 (longitudinal plane, specimen was annealed at 704 °C) prepared using the three-step method and etched with Kroll’s

reagent to reveal the grain structure.

Ti - Alpha Alloys

G. Vander Voort

50 µm

Ti - Alpha Prime Martensite

Bright Field Nomarski DIC

Alpha prime (α´) martensite in Ti – 3% Cr heated to 1038 °C, held 15 minutes, and water quenched. The specimen was etched with Kroll’s

reagent and viewed with bright field and Nomarski DIC.

G. Vander Voort

20 µm 20 µm

Microstructure of wrought Ti – 6% Al – 4% V, heated to 1010 °C and slow cooled, prepared using the three-step method and etched with Kroll’s reagent to reveal a

very coarse alpha-beta matrix structure.

Alpha/Beta Alloys

100 m 50 m

Aleaciones base Ni

Ventajas: alta resistencia a la corrosión, alta resistencia mecánica

Monel: Ni-33%Cu ; el Cu aumenta la formabilidad.Aplicaciones en industria química, farmacéutica,

etc.

Constantán: Ni-55%Cu ; alta resistencia eléctrica, Aplicaciones en termopares

Nichrome: Ni-16Cr-24Fe Aplicaciones como conductores para calefactores

Inconel: Ni-16%Cr-8%FeInconel X: Ni-Cr-Fe-Ti-Al (endurecimiento por precipitación)

Aplicaciones de alta temperatura

Diagrama de fases Ni-Cu: solubilidad total

Microstructure of as-cast Monel, Ni – 30% Cu, etched with Beraha’s reagent (50 mL water – 50 mL HCl – 2 g NH4FHF – 1 g K2S2O5.

G. Vander Voort

200 µm

Monel - Ni

Diagrama de fases Ni-Al: varios compuestos intermetálicos

´

‘

H. Bhadeshia – Cambridge Lecture 12

superdislocationH. Bhadeshia – Cambridge Lecture 12

´

H. Bhadeshia – Cambridge Lecture 12

Microstructure of Ti – 3% Al – 8% V – 6% Cr – 4% Mo – 4% Zr prepared using the three-step method and etched with Kroll’s reagent to reveal the beta grain

structure. A few grain boundary films of alpha can be seen.

Ti - Beta Alloys

G. Vander Voort

50 µm