UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERIA MECÁNICA
CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA
INFORME DE LABORATORIO
ENVEJECIMIENTO
CIENCIA DE LOS MATERIALES II (MC-115)
PROFESOR: Ing. Luis Sosa, José
INTEGRANTES:Castellano Moreno, Albert Román 200941091J
Luna Rojas, Hector 20097011G
Chappa Mayanga, George Paul 20094018K
Raya Mendoza, Marcelino 20032093I
FECHA DE PRESENTACIÓN : 26/11/2011
Lima – Perú
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Envejecimiento
ÍNDICE
1. OBJETIVOS...........................................................................................................03
2. DEFINICIÓN.........................................................................................................04
3. FUNDAMENTO TEÓRICO..................................................................................05
4. MATERIALES UTILIZADOS..............................................................................13
5. PROCEDIMIENTO................................................................................................14
6. DATOS Y CÁLCULOS OBTENIDOS.................................................................15
7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.....................................................16
8. BIBLIOGRAFIA....................................................................................................17
9. APENDICE............................................................................................................18
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Envejecimiento
1. OBJETIVOS
Verificar el incremento de dureza al someter el material al tratamiento de
envejecimiento ya sea natural o artificial y compararlos.
Analizar la microestructura del material envejecido y analizar las diferencias
del envejecido naturalmente y artificialmente.
Observar diariamente el proceso del envejecimiento natural de la probeta de
aluminio para apreciar la variación de sus propiedades físicas y mecánicas.
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Envejecimiento
2. DEFINICIÓN
Endurecimiento por precipitación: es el tratamiento térmico más importante que
se aplica a las aleaciones de aluminio. Este tratamiento eleva notablemente la
resistencia mecánica de las aleaciones de aluminio endurecibles por tratamiento
térmico. El endurecimiento por precipitación tiene lugar fundamentalmente en tres
fases:
Por calentamiento a temperatura elevada se disuelven en la solución sólida
de aluminio la mayor parte de los componentes de la aleación, que provocan
el endurecimiento (recocido de disolución).
Por enfriamiento rápido, la solución sólida, enriquecida en estos componentes
de la aleación se transforma, en primer lugar, en un estado sobresaturado
(temple).
Por permanencia, a la temperatura ambiente o a una temperatura más
elevada, se producen precipitaciones de la solución sólida sobresaturada, que
provocan un aumento de la resistencia a la tracción, del límite elástico 0,2% y
de la dureza (envejecimiento o maduración).
Duraluminio: Es una aleación de aluminio con una base de magnesio, que en un
principio recibió el nombre de “endurecimiento del aluminio por envejecimiento”. Es
un metal liviano, pero muy duro; tiene la aleación en la proporción 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.
El duraluminio se corroe más que otras aleaciones, motivo por el cual se recubren
ambas caras de la chapa de duraluminio con otras de aluminio. En estas
condiciones se lo utiliza mucho en aviación. La proporción conveniente del
duraluminio es del 90% al 95% de aluminio, 4,5% de cobre, 0,25% de manganeso,
0,5% de magnesio, 0,5% de hierro y 0,5% de estaño.
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Envejecimiento
3. FUNDAMENTO TEÓRICO
EDURECIMIENTO POR ENVEJECIMIENTO
CONCEPTO: Mecanismo de endurecimiento que se basa en una secuencia de
transformaciones, en fase sólida, para generar una dispersión de precipitados ultra
finos de una segunda fase
El endurecimiento por precipitación o maduración es un proceso de tratamiento
térmico utilizado para producir una mezcla de fases endurecidas distribuidas
uniformemente en una matriz blanda.
La fase de precipitado interfiere en el movimiento de las dislocaciones y ello conduce
a un endurecimiento de la aleación. Esta técnica se utiliza en el endurecimiento de
muchas aleaciones de aluminio.
Cuando una aleación se endurece por maduración, se producen precipitados
íntermetálicos, como por ejemplo: Al2CuMg, que mejoran las propiedades de fatiga y
estáticas e la aleación.
Requisitos para que una aleación presente endurecimiento por precipitación que la
aleación presente solubilidad creciente de un soluto o de una segunda fase a
medida que la temperatura aumenta.
La matriz debera ser relativamente blanda y dúctil; el precipitado, duro y frágil.
Que el material a alta temperatura pueda ser templado o congelado cuando la
aleación se enfría a temperatura ambiente o por debajo de ella. Que los precipitados
puedan asumir estructuras de transición metaestables que sean coherentes con la
red anfritión.
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Envejecimiento
ETAPAS DEL TRATAMIENTO TÉRMICO EN EL ENDURECIMIENTO POR PRECIPITACIÓN
1. Tratamiento térmico de la solución (solubilización)
2. Templado
3. Maduración o envejecimiento
TRATAMIENTO TERMICO: La muestra de aleación que puede estar en forma de
fundición o forjada, se calienta a una temperatura entre la de solvus y la de solidus y
se mantiene hasta que se produce una estructura uniforme en la disolución sólida.
TEMPLE: La muestra se enfría rápidamente a baja temperatura y el medio de
enfriamiento es generalmente agua. La estructura de la muestra de aleación
después del temple en agua consiste en una disolución sobresaturada.
MADURACIÓN O ENVEJECIMIENTO: Es necesaria una maduración de la muestra
tratada térmicamente y templada para que se forme un precipitado finamente
disperso.
Al templar y después recalentar una aleación de Al-Cu se forma una fina dispersión
de precipitados de los granos.
Estos precipitados son efectivos para obstruir el movimiento de dislocaciones y, en
consecuencia, se incrementa la dureza de la aleación.
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Envejecimiento
A) Ampliando el paso de recalentamiento, los precipitados coalescen y se
hacen menos efectivos para endurecer la aleación.
Sobreenvejecimiento.
B) La variación de la dureza con la longitud del paso de recalentado.
Tiempo de envejecimiento.
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Envejecimiento
Pasos En El Tratamiento Térmico Y Microestructura Que Se Producen
A la maduración de la aleación a temperatura ambiente se le llama maduración
natural.
A la maduración a elevadas temperaturas se le llama maduración interfacial. La
mayoría de las aleaciones requieren maduración artificial y las temperaturas de
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Envejecimiento
maduración se encuentran entre el 15 y el 25 % de la diferencia de temperatura
entre la temperatura ambiente y la temperatura de tratamiento térmico de la
disolución.
FASES DE UNA ALEACION ENDURCIBLE
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Envejecimiento
N TEMPERATURA FRENTE AL TIEMPO DE LOSTRATAMIENTOS TÉRMICOS
MECANISMOS DE ENDURECIMIENTO
El mecanismo de endurecimiento más estudiado corresponde a la aleación
Aluminio-Cobre
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Envejecimiento
ETAPAS DE LA FORMACIÓN DE PRECIPITADOS DE FASE DE EQUILIBRIO
CARACTERÍSTICAS DEL ENDURECIMIENTO POR PRECIPITACIÓN DE UNA
ALEACIÓN
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Envejecimiento
Efectos de la temperatura y el tiempo de envejecimiento las propiedades de una
aleación endurecible por envejecimiento dependen tanto de la temperatura como del
tiempo de envejecimiento.
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Envejecimiento
PRODUCTOS DE DESCOMPOSICIÓN FORMADOS POR
LA MADURACIÓN DE UNA DISOLUCIÓN SÓLIDA SOBRESATURADA
Una aleación endurecida por precipitación en la condición de disolución sólida
sobresaturada se encuentra en un estado de energía elevada.
Este estado es relativamente inestable y la aleación tiende a buscar un estado de
menor energía por la descomposición espontánea de la disolución sólida
sobresaturada en fases metaestables o en fases de equilibrio.
Esquema de la curva de maduración a una temperatura determinada una aleación
endurecida.
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Envejecimiento
4. DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS UTILIZADOS
MÁQUINAS
a. HORNO ELÉCTRICO
b. 05 PROBETAS DE ALUMINIO AA7075 – T36
c. ELEMNTOS DE SEGURIDAD (GUANTES, PINZA Y CASCO)
d. AGUA A TEMPERATURA AMBIENTE
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Envejecimiento
5. DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO
1. colocamos las 4 probetas de duraluminio AA7075- T36 en el horno a 520 ⁰C,
por un tiempo de 10 minutos.
2. Luego procedemos a templar la probeta en
agua a temperatura ambiente.
3. Posteriormente:
- Para el caso de ENVEJECIMIENTO NATURAL, medimos la dureza (HRB)
por 5 días a 2 probetas envejecidas naturalmente.
- Para el caso de ENVEJECIMIENTO ARTIFICIAL, colocamos nuevamente
2 probetas templadas en el horno a 220 ⁰C por 1 hora y posteriormente
enfriamos al aire libre.
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Envejecimiento
- Luego medimos la dureza (HRB) diariamente, por dos días.
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6. DATOS RECOGIDOS DE LOS LABORATORIOS
DATOS DE DUREZAS VS TIEMPO:
Lunes Martes Miércoles Jueves Viernes
Probeta 1 59 HRB 65 HRB 68 HRB 68 HRB 68/69 HRB Envejecimiento NaturalProbeta 2 61 HRB 64 HRB 65 HRB 66 HRB 68/60 HRB
Probeta 3 55/54 HRB 58 HRB 58 HRB 60 HRB 57 HRB Envejecimiento ArtificialProbeta 4 21/25 HRB 20/23 HRB 25 HRB 25 HRB 23/19 HRB
1 2 3 4 510
20
30
40
50
60
70
80
Dureza vs Tiempo
Probeta 1Probeta 2Probeta 3Probeta 4
Tiempo (Dias)
Dure
za (H
RB)
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7. CONCLUSIONES
La probeta envejecida naturalmente posee mayor dureza que la probeta
envejecida artificialmente, debido a que la resistencia maxima aumenta
conforme se reduce la temperatura de envejecimiento. En el envejecimiento
artificial la temperatura de envejecimiento fue de 220 Cº, mientras que en la
de natural fue a la temperatura ambiente, la cual es menor a la de artificial.
Vemos que en los resultados de la dureza tomada no obtuvimos valores
que aumentaban con el tiempo debido a los errores de la medición de la
dureza respectiva y el material tomado.
Se concluye que en un proceso de envejecimiento natural la dureza crece
a medida que transcurren los días, en cambio, en un proceso de
envejecimiento artificial se observa que la dureza se mantiene casi
constante a lo largo de los días.
El endurecimiento por envejecimiento natural tiene las siguientes ventajas
sobre el envejecimiento artificial :
- Al reducirse la temperatura de envejecimiento se incrementa la temperatura
máxima.
- la aleación conserva su resistencia máxima durante un periodo mayor.
-Las propiedades son más uniformes.
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Envejecimiento
8. BIBLIOGRAFÍA
APUNTES DE LA CLASE DE LABORATORIO
SMITH WILLIAM. “Fundamentos de ciencia e Ingeniería de Materiales”. Ed. Mc. Graw- Hill.Edición 2003.
AvnerSydney “Introducción a la Metalografía Física.
Edit. Mc, Graw Hill 1985. México
Donald Askeland. “Ciencia e Ingeniería de los Materiales”
Ed. 4ª.2006. Edit, Thomson.
9. APENDICE
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Envejecimiento
Denominación de Aluminios.
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Envejecimiento
Fuente: Información Técnica de ALU-STOCK S.A.
http://www.esmijovi.com/descargas/ALUMINIO-informacion-tecnica.pdf
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Envejecimiento
Caracteristicas Metalurgicas del AA7075.
La aleación de aluminio 7075 es una aleación de forja de la serie 7000. Es la más importante de este grupo y contiene entorno a un 5,1%-6.1% de Zn, entre 2,1 y 2.9% de Mg y entre 1.2 y 2% de Cu. Debido a los elementos aleantes (Cu, Mg y Zn) se trata de una aleación tratable térmicamente y susceptible de endurecerse por envejecimiento, característica que se denota por la letra T. Los números que siguen indican el tipo exacto de tratamiento térmico u otros aspectos especiales del procesado de la aleación. Este tratamiento consta de una primera etapa (solubilización y templado) en la que se genera una solución sólida sobresaturada, y de una segunda fase denominada de envejecimiento, que puede ser natural o artificial, según se produzca a temperatura ambiente o a alta temperatura, respectivamente. Como resultado la aleación aumenta su resistencia por la precipitación de determinados compuestos. El propósito del endurecimiento por precipitación es el de crear en la aleación una microestructura formada por una dispersión densa y fina de partículas en una matriz de metal deformable. Las partículas precipitadas actúan como obstáculos que se oponen al movimiento de las dislocaciones durante la deformación, al restringir el movimiento de las dislocaciones la aleación se fortalece, aumentando el límite elástico y la resistencia a tracción [TOL06].
Fuente: “Fatiga de aleaciones de aluminio aeronáutico con nuevostipos de anodizado de bajo impacto ambiental y varios espesores de recubrimiento realizada” hecho por Leidy Janeth Ramirez Medina de la UNIVERSIDADE DA CORUÑA
http://ruc.udc.es/dspace/bitstream/2183/7323/2/
RamirezMedina_LeidyJaneth_TD.pdf
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