Endurecimiento_aleaciones Metalicas Segundas Fases

5/11/2018 Endurecimiento_aleaciones Metalicas Segundas Fases - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/endurecimientoaleaciones-metalicas-segundas-fases 1/23

ENDURECIMIENTO DE

ALEACIONES METÁLICASPOR SEGUNDAS FASES



Se distinguen dos condiciones de endurecimientopor presencia de partículas de una segunda fasedura en una matriz metálica.

Endurecimiento por dispersión

Endurecimiento por precipitación



Endurecimiento por dispersión

- Cuando las partículas de la segunda fase no sonsolubles en la matriz y su forma y tamaño sonindependientes del tiempo y de la temperatura.- Se trata de una mezcla de partículas muy finas

en una matriz dada.- Se obtiene por metalurgia de polvos osolidificando metales inmiscibles al estado líquido ysólido.

- En estas aleaciones, un aumento de temperaturano provoca un ablandamiento significativo, ni uncrecimiento de grano exagerado, dado que laspartículas impiden el desplazamiento de los bordes

de grano de la matriz.



● Endurecimiento por precipitación que seproduce si en una aleación la curva de solubilidad sedesplaza hacia valores menores de soluto cuando la

temperatura disminuye.



• Prácticamente cualquier metal puede serendurecido por precipitación mediante el agregadode un elemento de aleación adecuado.

• El endurecimiento puede ser mayor en aleacionesternarias o de más componentes.

• Existen varios centenares de aleacionesconocidas que presentan este fenómeno. Entre ellas,las de aluminio quizás sean las más divulgadas.

• Los aceros también presentan estas posibilidades,aun que en menor escala que las aleaciones dealuminio, dado que la solubilidad del carbono en la

ferrita disminuye con la temperatura.



• Se conocen también fenómenos significativos deprecipitación en el revenido de ciertos aceros

aleados, que se conocen como dureza secundaria.

• En los aceros inoxidables el endurecimiento porprecipitación es vastamente usado para conferir

mayor resistencia mecánica. Lo mismo ocurre conalgunos aceros microaleados.



• Cuando se enfría una aleación desde un campomonofásico a uno bifásico, se pueden tener

diferentes estructuras según la velocidad deenfriamiento.



El proceso de producir una aleación endurecida

por precipitación se puede dividir en tres fases:

● Elección de la aleación

● Tratamiento térmico de solución

● Tratamiento térmico de precipitación.



El diagrama de la Figura es típico de un sistemaque puede exhibir endurecimiento como resultadode la precipitación de la fase β a partir de lasolución sólida α sobresaturada.

El endurecimiento por precipitación se puedeproducir en todo el rango de coexistencia de α y β

a temperatura ambiente, aunque es máximo en laaleación dada por la máxima solubilidad de β en α.





El propósito de la primera etapa, o sea eltratamiento de solución, es el de disolver lamáxima cantidad de la segunda fase en la solución

sólida α y luego retener esta solución atemperatura ambiente. Esto se logra mediante:•Calentamiento de la aleación a unatemperatura elevada, pero por debajo de la

temperatura a la cual se produciría un crecimientoexagerado de grano o la fusión de uno de losconstituyentes.•Mantenimiento de la aleación a esatemperatura durante el tiempo suficiente para quese produzca la solución.•Temple para obtener la solución sólida

sobresaturada a temperatura ambiente.



Después del tratamiento de solución, la dureza dela aleación es relativamente baja, como se puede

apreciar en la Figura, pero es mayor que la delmismo material recocido.



• Durante el tratamiento de precipitación, se puedelograr una dureza mayor en estas aleaciones.

• En esta etapa, la solución sobresaturada sufrecambios que conducen eventualmente a la formaciónde la segunda fase.

• En algunos casos la precipitación se puedeproducir en un plazo razonable a temperaturaambiente. Se dice que la aleación envejece

naturalmente .

• Por lo general, es necesario envejecer la aleaciónen forma artificial, manteniéndola en un rango de

temperaturas tal como se muestra en la Figura 7.12.



La temperatura exacta usada en el tratamientotérmico de precipitación está determinada por dosfactores:

• El tiempo necesario para que se produzca una

reacción apreciable.

• La propiedad de interés principal.

El tiempo del tratamiento debe ser de una duraciónrazonable para un proceso industrial. Para ello, sedebe tener en cuenta que cuanto mayor es latemperatura, menor es el tiempo.



• Con respecto al segundo factor, debeentenderse que diferentes propiedades cambian avelocidades distintas durante la precipitación.

• Por ejemplo, la resistencia tiende a alcanzarmayores valores máximos a temperaturas de

precipitación menores.

• En la Figura 7.13 se puede observar el cursodel envejecimiento a dos temperaturas distintas.

Propiedades tales como la dureza alcanzan unvalor máximo durante la precipitación a unatemperatura dada y luego decrecen en formagradual como resultado del sobreenvejecimiento.



• Este ablandamiento es una consecuencia de laaproximación a las condiciones de equilibrio con elaumento del tiempo que la aleación permanece auna temperatura dada.

• Los modelos propuestos para explicar el

endurecimiento producido por dispersión y porprecipitación se basan en que las partículas de lasegunda fase actúan como obstáculos para lasdislocaciones.

• En tal sentido, las dislocaciones, durante sudesplazamiento, se pueden comportar como rígidasy cortar a los obstáculos que encuentran en sucamino, o bien arquearse entre los mismos para

proseguir su camino.



Cuando las partículas son pequeñas y estánfinamente dispersa en la matriz, tiene lugar el

primer mecanismo las dislocaciones cortan a losobstáculos.



• Con el tiempo, las partículas crecen en tamaño yesto explica el endurecimiento de la primera etapa o

envejecimiento. Llega un momento en que laspartículas son tan grandes que resulta difícil paralas dislocaciones cortarlas. Por eso las sobrepasanarqueándose entre las mismas.

• La tensión necesaria para que esto ocurra estádada por la relación

ζ = Gb/d

donde G es el módulo de corte del material, b es elvector desplazamiento de la dislocación (“vector de

Burgers”) y d es el espaciado entre partículas.



Al crecer las partículas en tamaño en esta etapa,lo hacen por coalescencia, desapareciendoalgunas para dar lugar a otras de mayor tamaño.



Consecuentemente, el espaciado entre partículasaumenta y con ello disminuye el esfuerzo

necesario para que se arqueen las dislocacionesal sobrepasarlas. Se ha llegado a la etapa desobreenvejecimiento.

El tamaño de partículas para pasar de unmecanismo a otro es de aproximadamente 50 a100 espaciados atómicos, dimensión imposible de

ver en el microscopio metalográfico óptico.



• En algunos casos se observan máximosrelativos en la primera parte de la curva dureza –

tiempo.

• Ello se debe a que la fase que precipita no esla definitiva, sino una intermedia. Estadesaparece cuando la partícula de precipitado sehace mayor, se redisuelve y reaparece con suestructura y composición final.

• Este fenómeno se conoce como zonas de

Guinier- Preston.





Documents

Endurecimiento_aleaciones Metalicas Segundas Fases