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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