INFORME 3 CIENCIAS2

7/28/2019 INFORME 3 CIENCIAS2

1/17

Ciencia de los Materiales II Envejecimiento

SECCION: C

11

CIENCIAS DE LOS

MATERIALES II

ENVEJECIMIENTO

PINEDO MACEDO BENJAMIN 20092536D


2/17


CONTENIDO

INTRODUCCION..................................................................................................

I. OBJETIVO...

II. DESCRIPCCION DE QUIPOS UTILIZADOS..........................................

1. MATERIALES USADOS

2. HERRAMIENTAS E INSTRUMENTOS DE MEDICION

MAQUINAS Y EQUIPOS

III. DESCRIPCION DEL PROCESO

IV. TOMA DE DATOS

V. CALCULOS Y RESULTADOS

VI. CONCLUSIONES Y ECOMENDACIONES...............................................

VII.BLIOGRAFIA......................................................................................................

VI. ANEXSO

CUESTIONARIO


3/17


INTRODUCCIN

Una de las caractersticas ms interesantes e importantes de las aleaciones

es la posibilidad de producir en ellas cambios internos que alteren notablemente

sus propiedades mecnicas.

Una de estas transformaciones ya la hemos encontrado al tratar del

fenmeno de la recristalizacin, endurecimiento por deformacin en fro y otra, el

proceso del endurecimiento del acero. Los procesos de este tipo se agrupan bajo

la denominacin de reacciones en el estado slido, en los que se incluye el

endurecimiento por envejecimiento como un ejemplo importante.

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

endurecimiento por envejecimiento o por precipitacin.

En este laboratorio vamos a examinar el proceso del endurecimiento por

precipitacin (envejecimiento) que se usa para aumentar la dureza de muchas

aleaciones de aluminio y otros metales.


4/17


I. OBJETIVOS

El principal objetivo de este laboratorio es el estudio de uno de los principales

mtodos para aumentar la resistencia y dureza de una aleacin dada, en

nuestro caso una aleacin de aluminio: AA7075 T6.

Realizaremos esto mediante el tratamiento trmico de endurecimiento por

envejecimiento natural y artificial.

Finalmente diferenciaremos y analizaremos las microestructuras y los

cambios de propiedades de la aleacin durante el envejecimiento.


5/17


II. DESCRIPCIN DE LOS EQUIPOS UTILIZADOS

Para el presente laboratorio se pudo trabajar utilizando lo siguiente:

2.1. MATERIALES

Probetas de duraluminio AA7075 T6.

Lijas : 280 P, 320 P, 400 P, 800 P, 1000 P, 1200 P

Algodn, alcohol, alumina, agua, reactivo qumico (HNO3) al 70%.


6/17


2.2. EQUIPOS

Durmetro Rockwell Horno elctrico

Microscopio cristalogrfico Pulidora mecnica

III. DESCRIPCIN DEL PROCESO

ENVEJECIMIENTO NATURAL

1. Se cortaron las probetas de la aleacin de Aluminio AA7075-T6, con una

sierra.

2. Luego se introdujeron todas las probetas al horno por un tiempo de 2 horas y a

una temperatura de 520 5 C.


7/17


3. Despus se retir del horno y se enfri en un bao de agua a temperatura

ambiente (temple en agua a temperatura ambiente).

4. Se dej la probeta durante 7 das al medio a temperatura ambiente, midiendo

cada da la dureza de cada probeta, empleando una mquina de dureza

Rockwell con escala K

ENVEJECIMIENTO ARTIFICIAL

1. Se meti nuevamente al horno a una temperatura de 175 5 C durante 6

horas.

2. Despus se enfri a temperatura ambiente.3. Luego se midi la dureza de las probetas.


8/17


IV. DATOS RECOGIDOS EN EL LABORATORIO


Escala HRK

lunes martes mircoles jueves Viernes

Probeta1 65 67 69 71 72Probeta2 63.2 69 71.3 73 75Probeta3 62 65 67 69 73


El envejecimiento artificial ocurre en tiempos muy cortos (15 min. a 24

horas). Para la medicin de esta dureza se utiliz la misma escala de la primera

parte, solamente se midi una vez:

lunes Martes

Probeta4 80.8 79.7Probeta5 46.7----44.3 54


9/17


V. CALCULOS Y RESULTADOS



1: LUNES 2: MARTES

3: MIERCOLES

4: JUEVES

5: VIERNES

50

55

60

65

70

75

80

0 1 2 3 4 5

PROBETA 2

PROBETA2

PROBETA3

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50

Probeta4

Probeta5


10/17


VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

1. Se comprob que en la probeta tratada (duraluminio) por envejecimiento

natural alcanza sus caractersticas ms altas de dureza y resistencia mecnica

al cabo de 5 a 6 das, debido a la precipitacin de los compuestos qumicos

formados por el calentamiento (precipitacin lenta) y su enfriamiento rpido

(templado).

2. Las propiedades mecnicas despus del temple y del envejecimiento

dependen mucho de la temperatura de temple. Como resultado de la elevacin

de la temperatura de temple se produce la solucin de los compuestos

intermetlicos, con lo que despus del temple se obtiene una solucin slida

ms sobresaturada y despus del envejecimiento, una resistencia ms alta ya

que si el calentamiento se hace por encima de una temperatura determinada

provoca el recalentamiento (crecimiento del grano, oxidacin y fusin de los

lmites del mismo), lo que ocasiona un descenso catastrfico de la resistencia y

plasticidad, lo cual en este tratamiento no se quiere ,por esto est claro que el

tratamiento trmico del duraluminio tiene mucha importancia cumplir con el

rgimen de temperatura de temple.

3. Cuando la probeta de aleacin de aluminio fue sometida a un envejecimiento

artificial se observ que la dureza aument rpidamente en comparacin a la

tratada por envejecimiento natural, debido a que se aceler la precipitacin de

los compuestos qumicos mediante el calentamiento a la temperatura

adecuada.

4. La maduracin o envejecimiento produce un aumento de volumen que puede

ser bastante importante, lo que debe ser tenido en cuenta, sobre todo si las

piezas son de envejecimiento natural y, por tanto, el aumento de volumen se

produce espontneamente y a veces inesperadamente.

5. Se observa que existe una variacin delas durezas para un mismo da de las

probetas sometidas a un mismo tratamiento y del mismo material esto se

podra explicar, conociendo las condiciones en las que se prepar la probeta

para estos resultados(maquinado, tratamiento en el horno velocidad de temple


11/17


etc.) todos estos factores que estamos seguros que por ser un ensayo

experimental se acepta un margen de error y una variacin en los valores de

las durezas ya q estas tienen una relacin directa con la cantidad de

precipitado y esta tambin con los factores antes mencionados.

VII. BIBLIOGRAFA

WILLIAM F. SMITH Fundamentos De La Ciencia E Ingeniera DeMateriales

JAMES F. SHACKELFORD Ciencia De Materiales Para Ingenieros

MIKELL P. GROOVER Fundamentos De Manufactura Moderna WILLIAM CALLISTER Ciencia e ingeniera de los materiales


12/17


VIII. ANEXOEndurecimiento por Precipitacin

El endurecimiento por precipitacin involucra la formacin de finas partculas

(precipitados) que actan para bloquear el movimiento de las dislocaciones y

hacer ms resistente y duro al metal. Es el principal tratamiento trmico para hacerresistentes las aleaciones de aluminio, cobre, magnesio, nquel y otros metales no

ferrosos. Los tratamientos de endurecimiento por precipitacin se utilizan tambin

para hacer resistentes numerosos aceros de aleacin que no forman martensita

por los mtodos usuales.

La condicin necesaria que determina si un

sistema de aleacin puede ser endurecido por

precipitacin es la presencia de una lnea de

solvus, como se muestra en el diagrama defase de la figura 1(a).

En este sistema, una composicin que se

puede endurecer por precipitacin es aquella

que contiene dos fases a temperatura

ambiente, pero que se puede calentar a una

temperatura tal que disuelva la segunda fase.

La composicin C mostrada en la figura

satisface este requerimiento.

Fig. 1(a) Diagrama de fase deun sistema de aleacinformada por los metales A y Bque pueden endurecerse porprecipitacin

El proceso de tratamiento trmico consiste en tres pasos, ilustrados en la figura

1(b): (1) tratamiento de la solucin, en el cual se calienta la aleacin a la

temperatura Ts arriba de la lnea solvus dentro de la regin de la fase alfa y se

sostiene por un perodo suficiente para disolver la fase beta; (2) templado a

temperatura ambiente para crear una solucin slida sobresaturada; y (3)

tratamiento por precipitacin, en el cual se calienta la aleacin a una temperatura

Tp, debajo de Ts, para provocar la precipitacin de partculas finas de la fase beta.

Este tercer paso se llama envejecimiento, y por sta razn algunas veces se le

llama al proceso entero endurecimiento por envejecimiento.


13/17


Fig. 1(b) Tratamiento Trmico: (1)tratamiento de la solucin, (2)templado y (3) tratamiento porprecipitacin

Sin embargo, ste puede ocurrir en

algunas aleaciones a temperatura

ambiente, y as el trmino

endurecimiento por precipitacin resulta

ms adecuado para los tres pasos del

proceso de tratamiento trmico que

analizamos aqu. Cuando el paso de

envejecimiento es realizado a

temperatura ambiente se usa el trmino

envejecimiento natural; pero a

temperatura elevada, como se muestra

en nuestra figura, se usa

frecuentemente el trmino

envejecimiento artificial.

Durante el paso de envejecimiento se logra una alta resistencia y dureza en la

aleacin. La combinacin de tiempo y temperatura en el proceso de precipitacin

(envejecimiento) es crtica para lograr las propiedades deseadas en la aleacin. El

efecto se ilustra en la figura 2.

Fig. 2 Efecto de la temperatura y eltiempodurante el tratamiento porprecipitacin (envejecimiento): (a)alta temperatura de precipitacin y

(b) baja temperatura deprecipitacin.

A temperaturas elevadas en el

tratamiento por precipitacin, como en

el caso de (1), la dureza se eleva en un tiempo relativamente corto; mientras que a

bajas temperaturas, como en (2), se requiere ms tiempo para endurecer la

aleacin, pero su mxima dureza ser probablemente ms grande que en el

primer caso. La continuacin del proceso de envejecimiento como se observa en

la grfica, da por resultado una reduccin en las propiedades de dureza y

resistencia. A esta reduccin se le da el nombre de sobreenvejecimiento. El efecto

total es similar al del recocido.


14/17


CUESTIONARIO

1. Qu caractersticas debe tener una aleacin para que en ella se puedarealizar un tratamiento de envejecimiento? Que dos fases solidas de la aleacin san solubles una en otra en

una amplia zona de temperaturas. Eleccin de una composicin adecuada y del tratamiento ms

conveniente. Tamao critico de las partculas precipitadas.

2. A qu se debe el incremento de la dureza durante el envejecimiento?

Esto se debe a que

algunas aleaciones son

susceptibles a ser en por

precipitacin en la

condicin de solucin

solida sobresaturad y est

en un estado

ENERGETICO ALTO,

segn se indica en la

figura este estado es

relativamente inestable y

la aleacin tiende a buscar

un estado energtico ms

bajo mediante la

descomposicin

espontanea

3. Por qu durante el envejecimiento artificial el cambio de la dureza se iniciams pronto que durante el envejecimiento natural?

El envejecimiento artificial, comparativamente con el natural, consigue mayores

niveles de endurecimiento, en tiempos menores y con ablandamientos para tiempos

mayores del mximo. Y esto es debido que el envejecimiento artificial se vuelve a

calentar la probeta, siendo as un factor determinante la temperatura para el cambio

de dureza.

4. Qu son las zonas de Guinier-Preston?

Son zonas que se forman a partir de soluciones solidas sobresaturadas siempre y

cuando la aleacin permanezca a temperaturas por debajo de la lnea de solvus

de estas partculas.


15/17


Es un dominio de precipitacin pequea en una solucin slida sobresaturada

metlico. Una zona GP no tiene estructura cristalina bien definida de su propia y

contiene una alta concentracin anormalmente de tomos de soluto. La formacin

de zonas de GP que constituye la primera etapa de la precipitacin y suele ir

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

ocurren.

5. Qu aplicaciones tienen los duraluminios?

El duraluminio fue descubierto accidentalmente por el alemn Alfred Wilm en

1906. Es una aleacin de aluminio con una base de magnesio, que en un principio

recibi el nombre de endurecimiento del aluminio por envejecimiento. Es un

metal liviano, pero muy duro; tiene la aleacin en la proporcin de 2,5 a 5% de

cobre, 0,5 a 4% de magnesio, 4 a 6% de zinc, con silicio, hierro y el 0,1 % de

titanio.

- Los duraluminios fueron importantes aleaciones de aviacin. An se utilizanen algunas aeronaves, si bien las ms modernas se fabrican conaleaciones de Titanio.

- Para la construccin naval se usa la aleacin denominada A.G3M.compuesta por magnesio, manganeso y cromo. Los paneles tipo sndwichde aleacin de aluminio que se emplean para la construccin del sistemamodular, corresponde a la aleacin 3003 que contiene magnesio, se losuministra en planchas de 60X60 cm. con un espesor de 51mm.

Segn la aleacin del duraluminio:

- 2011: Alambre, barra, y barra para mquina del tornillo productos. Usosdonde se requieren la buena manufacturabilidad y la buena fuerza.

- 2014: Forjas resistentes, placa, y protuberancias para las guarniciones delavin, ruedas, y componentes estructurales importantes, tankage yestructura del aumentador de presin del espacio, marco del carro ycomponentes de la suspensin. El requerir de los usos de alta resistencia ydureza incluyendo servicio en las temperaturas elevadas.

- 2024: Estructuras del avin, remaches, hardware, ruedas del carro,productos de la mquina del tornillo, y otros usos estructurales

miscelneos. La primera aleacin edad-endurecida descubierta siempre.- 2036: Hoja para los paneles auto del cuerpo.- 2048: Hoja y placa en los componentes estructurales para el uso

aeroespacial y el equipo militar.- 2141: Placa en gruesos de 40 a 150 milmetros (1.5 a 6.0 pulg.) para las

estructuras del avin.- 2218: Forjas; pistones del avin y del motor diesel; culata del motor de

avin; impeledores del motor de jet y anillos del compresor.


16/17


- 2219: Depsitos soldados con autgena del oxidante y de gasolina delaumentador de presin del espacio, piel supersnica del avin ycomponentes de la estructura. Fcilmente soldable y til para la gama detemperaturas excesiva de los usos del C -270 a 300 (- F 450 a 600). Tienealta dureza de la fractura, y el genio T8 es altamente resistente a agrietarse

de la tensionar-corrosin.- 2618: Forjas del dado y de la mano. Pistones y piezas del motor de avin

que rotan para la operacin en las temperaturas elevadas. Moldes delneumtico.

6. A que se denomina solubilidad parcial en estado solido

Dos metales A y B que, solubles en estado lquido, slo lo son parcialmente en estado

slido, tendrn en este estado un lmite de saturacin m % de B en A. Con menos de esta

dosificacin se formar una solucin slida (A-B). Con ms de m % de B, el metal en

exceso ser insoluble y o bien solidificar independiente del A, o, como es ms corriente,

formar un eutctico. En el primer caso el diagrama toma la forma de la Figura 16. Lalnea de lquidus es la AB, y la de slidus, la AmB. Las aleaciones con menos de m % de

B, como la I, empiezan a solidificar la una temperatura 1 < A formando cristales de

solucin slida de (A-B), y terminan la solidificacin en 2 = B . Es decir solidifican

como una solucin slida normal del primer caso y la aleacin solidificada queda

constituida slo por cristales de solucin slida. Si la aleacin contiene una dosificacin

en B mayor del lmite de saturacin m %, tal como la II, la aleacin empezar a

solidificar a temperatura 3 < Aformando cristales de solucin slida , hasta

que al llegar a la temperatura 4 = B hasolidificado toda la solucin slida ,

saturada, es decir m , y el lquido residual ser slo metal B en exceso que, como

se halla a su temperatura de solidificacin, solidificar, quedando la aleacinslida constituida por solucin slida m + metal B.


17/17


Otro ejemplo se solubilidad parcial se da en el siguiente caso:

- lneas de solvus- soluciones slidas terminales- en aleaciones que presentan soluciones slidas terminales en que

disminuye la solubilidad en estado slido con la temperatura puedeproducirse un endurecimiento por precipitacin y posterior envejecimiento(ej. Al-Cu)

7. En la siguiente figura indicar las caractersticas de las estructuras que semuestran durante el envejecimiento del aluminio

Documents

INFORME 3 CIENCIAS2