Tratamientos térmicos de materiales no ferrosos

Los materiales metálicos se pueden clasificar como:

- Ferrosos (con base, hierro).- No ferrosos (con base, diferente al hierro. Bases comunes: Aleaciones de Cobre,

Aluminio, Níquel, estaño, plomo, Zinc. Bases menos comunes: Cadmio, Cobalto, Berilio, Titanio, Oro, Plata, Platino).

Cobre y Aleaciones de Cobre

Propiedades más importantes del Cobre:

- Alta conductividad eléctrica y térmica.- Buena resistencia a la corrosión.- Maquinabilidad.- No magnético.

*Algunas propiedades se pueden mejorar con la aleación adecuada.

Cobre en condición de fundido (sin tratamiento térmico).

Óxido de Cobre + Cobre = Mezcla interdendrítica eutéctica

Después de trabajada y recocida la red se destruye y la resistencia Mejora.

*Óxido de Cobre (puntos negros).

Temple y aleaciones de Cobre.

Cómo el Cobre y la mayoría de las aleaciones constituidas por fases homogéneas no son susceptibles a tratamientos térmicos (porque la reacción de ordenamiento es tan rápida que no puede retardarse o evitarse por templado), su resistencia puede alterarse por trabajo en frío.

Temple para aleaciones de Cobre forjados no tratables térmicamente.

1. Temple proporcionado por trabajo en frío.2. Temple suave o recocido (usados en conformado a temperatura ambiente, se describen

por el rango del tamaño de grano o tamaño nominal de grano).

Aleaciones de Cobre.

Algunas de las más comunes son los Latones y los Bronces.

- Latones (Cobre + Zinc)Las variaciones de composiciones dan las características como resistencia, ductilidad, maquinabilidad, resistencia a la corrosión.

Diagrama Cobre-Zinc aplicado a aleaciones comerciales.

Ej. Al pasar (enfriar) de β (con Cobre y Zinc dispersos) a β’ (ordenada con Cobre en las esquinas y Zinc en el centro), la reacción de ordenamiento es tan rápida que no puede retardase o evitarse por un templado.

Latones comerciales: Latones α (para trabajos en frío), Latones β (Para trabajos en caliente). Latón α, se puede dividir en Latón Rojo (alto Cobre), Latón Amarillo (buena resistencia con alta ductilidad, adecuados para trabajos drásticos en frío, es común revenir para liberar esfuerzos y evitar fisuras intersticiales). Latón “ α + β’ ” (54 – 62% de Cobre), el más usado es el llamado “Muntz” que tiene 60% de Cobre y un 40%de Zinc, posee alta resistencia y excelentes propiedades de trabajo en caliente. Dos fases de metal recocido Muntz, β’ (clara), α (oscura)con un rápido enfriamiento de la zona β para suprimir la precipitación de la mayoría de la fase α.

Muestra del metal Muntz después de templarse en agua, el temple preservó la mayoría de la fase β. Pero en el límite de grano se ha formado fase α. Si se recalienta a baja temperatura la fase α podrá salir de la solución sobresaturada (es posible realizar tratamiento térmico a la aleación).

- Bronces (Cobre + Estaño)

Al principio se usaba “bronce” sólo para definir la aleación Cobre-Estaño pero ahora se utiliza para denominar cualquier aleación que sea Cobre con algo (menos que Cobre-Zinc).

Bronce al Aluminio (son interesantes porque se pueden tratar térmicamente para obtener estructuras parecidas a las del acero).

a) α estructura primaria + (α+γ2) eutectoide granular. Es una muestra representativa de un bronce en condiciones de fundido sin tratamiento térmico con 10% de Aluminio.

b) Al enfriar en un horno desde un punto arriba de las temperaturas eutectoides se forma una estructura similar a la perlita.

c) Si la aleación bifásica se templa entre 1500 °F – 1600 °F, se formará una estructura acicular como la martensita.

Las aleaciones templadas se revienen entre 700 °F -1100 °F para aumentar la dureza y resistencia mecánica. Se usan por ejemplo para engranajes, ejes motores, aletas, piezas de bombas, cojinetes.

Técnica de los tratamientos térmicos del Aluminio y sus aleaciones.

Son dos los principales tratamientos del aluminio: • Envejecimiento.• Revenido.

Envejecimiento: Es un tratamiento térmico de endurecimiento que consiste en provocar la aparición de un precipitado finamente dividido de una segunda fase en una matriz monofásica. Esto se logra calentando el sistema a temperatura suficiente para facilitar la difusión pero sin formar un campo monofásico.

Etapas del endurecimiento estructural:

• Solubilización: Calentamiento por encima de la curva solvus para obtener una microestructura monofásica.

• Hipertemple: Enfriamiento a una velocidad lo suficientemente rápida para congelar la microestructura existente hasta llegar a temperatura ambiente

• Envejecimiento: La microestructura monofásica se convierte en bifásica por un

tratamiento térmico de difusión. Este puede ser a temperatura ambiente y se denominará envejecimiento natural o puede ser a temperaturas mayores llamado envejecimiento artificial. Para que se cumpla el diagrama de equilibrio y así la segunda fase aparezca de forma muy repartida debemos darle tiempo.

Este tratamiento térmico que consta de las tres etapas antes mencionadas se llama “Bonificado”. Las propiedades macroscópicas que varían en el sistema son la dureza que aumenta en función del tiempo de permanencia a ciertas temperaturas, así como variaciones en la resistencia a la tracción, del límite elástico y de la elongación. Si mantenemos el sistema demasiado tiempo a cierta temperatura o temperaturas demasiado elevadas se produce una disminución de la dureza denominada sobreenvejecimiento.

Resultado del bonificado:- Aumenta la dureza.- Aumenta el límite elástico.- Baja la ductilidad.- Baja la resistencia a la corrosión.

Recocido Los recocidos constan de un calentamiento y posterior enfriamiento lento, es decir, dentro del horno. Las piezas moldeadas se suelen calentar a unos 350ºC durante unas tres horas y después se enfrían lentamente dentro del horno. De este modo se consigue el recocido de homogeneización. Si sólo interesa eliminar las tensiones internas suele ser suficiente un calentamiento a 200 – 250 °C durante unas 5 horas.

En resumen

TRATAMIENTO OBJETIVO CALENTAMIENTO ENFRIAMIENTO

Temple de precipitación

Formación de solución sólida sobresaturada en equilibrio inestable

A 520ºC aprox hasta la máx solubilización de los componentes

Brusco, en agua

Bonificación Envejecimiento Aumento de las características mecánicas (Resist máx, alargamiento y dureza) y afinamiento de la estructura

Después del temple reposo a 20ºC o bien 24h a 130ºC

Recocido Eliminación de fragilidad producida por trabajo en frío y recuperación de la plasticidad.

A 350ºC aprox durante dos a cuatro hrs

Lento, en el horno o al aire en reposo.