Tratamiento térmico para el aluminio 2024
Aunque los tratamientos térmicos para los aceros no son simples, para los aluminios son más complejos, no sólo porque la finalidad con la que se aplican es distinta –un temple en un material ferroso sirve para endurecer; mientras que, en el aluminio para estabilizar su estructura– sino porque los métodos, temper temperatu aturas ras y tiempo tiempos s varían varían ostens ostensibl ibleme emente nte.. or esta esta razón, razón, es muy delica delicado do contra contratar tar con cualqu cualquier ier empres empresa a este este tipo tipo de proces procesos, os, pues pues el usuario puede perder su inversión. !ásicamente, para fabricar "mecanizar# una pieza de aluminio que se comporte y resista resista las condicion condiciones es requeridas requeridas,, es indispensa indispensable ble conocer conocer e identifica identificar r e$actamente con qué clase de procesos fue elaborado el material, entre éstos el tratamiento térmico que tiene. A su vez, es necesario saber el tipo aleación y los procesos procesos de deform deformac ación ión a los cuales cuales fue somet sometida ida la pieza, pieza, pues pues el conjunto de estos elementos establecen finalmente las propiedades finales del producto. %n el alumin aluminio io y sus aleaci aleacione ones s el tratam tratamien iento to térmic térmico o está está íntima íntimamen mente te relacionado con la composición del material y los procesos de deformación. &e 'ec'o, para aumentar las tensiones internas, elevar la resistencia a la tensión y el esfue esfuerzo rzo de fluenc fluencia, ia, el materi material al debe debe recibi recibirr proces procesos os combin combinado ados s de temperatura y deformación física, junto a un reposo o maduración al medio ambien ambiente te o en ambien ambientes tes artific artificiale iales. s. (a difere diferenci ncia a entre entre cada cada tratam tratamien iento to estriba en la secuencia y la combinación de dic'os procesos.
Tratamiento térmico de los bronces aluminio
RESUMEN Los cupro–aluminio o bronces al aluminio son aleaciones a base de cobre que contienen generalmente entre 8.0 a 12,0% de aluminio. Cuando se agrega elementos como el hierro, níquel y manganeso unto a las !ases al!a "#$ rica en cobre, y la eutectoide al!agamma 2 "#&2$, aparecen precipitados cuya naturale'a dependen de la cantidad de los elementos agregados, con en!riamientos lentos en moldes de arena "(0 )Cmin$ se presentan al!a. beta* "#.+ *$ o al!a, beta*. gamma2 "#, +*.&2$ que por las di!erentes !ormas que tienen los precipitados se simpli!ican en 1, 2, -, . /e requiere mayor cuidado en la !usin por la tendencia a absorber hidrgeno, responden a los tratamientos trmicos de temple y reenido alcan'ando dure'as entre 30 4rinell "(5 6c4$ y -30 4rinell "2 6c C$ siempre que las !ases estn disueltas o uni!ormemente distribuidas en la !ase principal.
I. INTRODUCCIÓN La ariacin de la microestructura con la composicin de los bronces aluminio como consecuencia de la descomposicin de la !ase beta "+$ a alta temperatura produce la !ase appa "$, cuya !orma y composicin aría con los contenidos de 7e y i. 9iagrama de !ases y los e!ectos de aleantes i, 7e, :n. Los bronces al aluminio tienen buena resistencia a traccin con buenos alores de alargamiento y resistencia al impacto ";eil< Coutly =ierr, 13>-$, siendo adecuado su uso hasta 00 )C. ?dem@s resisten bien a la oAidacin y a otros agentes corrosios como por eemplo el @cido sul!Brico. Las aleaciones que consideramos en este trabao pueden alcan'ar su dure'a por ariacin de su composicin química y el tratamiento trmico entre 30 4rinell y --0 4rinell. /e pretende ealuar la ariacin de la microestructura en el bronce tipo ?/: 418, C 3((00 y la presencia de la !ase appa en relacin a la ariacin de dure'a a tras de la masa con en!riamiento lento, ealuar la templabilidad. y su in!luencia en sus propiedades mec@nicas y !ísicas. Dn el tratamiento trmico de temple hay que eri!icar la elocidad crítica de temple "DdEards et al.,1382F :etal Gandboo, 1382$
Con tratamientos trmicos di!erentes, esas mismas composiciones logran alores de resistencia a la rotura de >0 a >5 gmm2 y límite el@stico de 0 a 2 gmm 2 con alargamiento del 5% que son características similares a la de los aceros de baa aleacin boni!icados. Cada e' es mayor la cantidad de pie'as que !abricadas en bronces aluminio no solo se especi!ican con su composicin química "/haoo, 13>3$ o un alor de dure'a sino tambin resistencia a la ruptura, límite el@stico y aBn resiliencia "resistencia al impacto$, obligando esto a que sea imprescindible la aplicacin de tratamiento trmicos a las pie'as !undidas y las obtenidas por o tros procesos.
II. DISEÑO EXERIMENT!" H=or qu reali'amos este trabaoI /i los bronces aluminio compleos responden al tratamiento trmico de temple, la presencia de otras !ases deben tener alguna in!luencia !aorable o no en sus propiedades. 1. Dl proceso de !usin, en horno con crisol de gra!ito, con !undente de
cobertura. =rimera !usin
preparacin de muestras de acuerdo a la norma ?/: D - – 01 F ?/: D 0> – 33 y obseracin.
5. =ruebas mec@nicas de los materiales !undidos y tratados trmicamente. 6. Dnsayos de dure'a, 4rinell y 6ocEell C.
III. M#TODOS $ RESU"T!DOS %.&. Selecci'n del material ( )roceso de *usi'n Las !undiciones seJalan que el tipo de bronce aluminio compleo de mayor uso por su buen comportamiento a baas y eleadas temperaturas, resistencia mec@nica, resistencia al impacto y a medios corrosios, antichispa en plantas petroquímicas, como material antiincrustante resistente al agua salina es la aleacin C 3((00, ?/: 4 18 presentada en la abla 1, en primera instancia se reali'aron dos coladas cuyo resultados se indican en la misma tabla.
Dl aluminio es el elemento responsable de las características generales de esta aleacin, se incorpor en el proceso de !usin como lingote de aluminio puro, se recomienda agregarlo como aleacin madre (0% ?l – (0% Cu. Dl hierro produce a!inamiento de grano y meora la resistencia de las pie'as !undidas que se en!rían lentamente en el molde. /e aplica en el proceso de !usin como alambre, acero de bao carbono para !acilitar su !usin, se debe lograr la !usin del hierro antes de agregar el cobre y aluminio y eitar la !ormacin de compuestos duro que di!icultan el maquinado. Dl níquel aumenta la resistencia a la rotura y al impacto, aplicamos en la !usin como tubos de cobre níquel >0<-0. Dl manganeso es un elemento desoAidante del cobre y contribuye a la accin del hierro y del níquel, se agrega como aleacin madre 2(% :n y el resto cobre.
La !usin en crisol, se debe hacer lo m@s r@pido posible, cuidando proteger el baJo met@lico y romper la película de Aido de aluminio. Como desgasi!icante se emplea cloro o un compuesto de cloro, heAacloroetano.
%.+. ,eneralidades de los tratamiento térmico La característica m@s importante de los tratamientos trmicos de los bronces aluminio compleos es que responden en !orma similar a los aceros "?lan 4ates, 133>$. ?sí como un acero con 0,>>% C por encima de >2- )C !orma una solucin slida, austenita "&$ que si se en!ría lentamente por debao de esa temperatura se trans!orma en un constituyente bi!@sico llamado perlita, y esas dos !ase son una solucin de carbono en hierro al!a "#$ !errita y un compuesto intermet@lico de composicin de!inida, cementita "C7e -$. ?n@logamente, una aleacin Cu – ?l con 11% ?l a una temperatura superior a (5( )C !orma una solucin slida secundaria llamada beta "+$. /i la en!riamos lentamente por debao de (5( )C beta se trans!orma en un constituyente bi!@sico, y estas dos !ases son una solucin slida de aluminio en cobre "al!a$ y una !ase intermedia "& 2, gamma2$ ?l igual que el acero, si se en!ría bruscamente aumentamos su dure'a, por este procedimiento se impide la trans!ormacin de la austenita en !errita y cementita, mantenindose en solucin el carbono proocando una de!ormacin cristalina responsable del cambio en las características !ísicas, mec@nicas y estructurales. Lo mismo sucede con los bronces aluminio, si calentamos la aleacin a una temperatura que alcan'a la !ase beta y la en!riamos bruscamente eitando la trans!ormacin beta en al!a K gamma2, logramos un importante incremento en la dure'a "Colabuig et al., 1381$. La estructura obtenida en los aceros es la martensita, se ha demostrado que otras aleaciones entre ellas los bronces aluminio compleos eAperimentan reacciones similares, se reconoce una de!ormacin cristalina por desli'amiento de planos cristalogr@!icos adyacentes, aparece un nueo constituyente beta prima "+*$ y la precipitacin en !orma de aguas de solucin slida al!a. 4eta su!re una trans!ormacin martensítica que da por resultado una estructura de tipo acicular, dura y !r@gil a la cual denominamos martensita de los cupro aluminios "7iguras ( y 5$. ? las coladas 1 y 2 se aJadieron otras -, , y (, se obtuieron barras de 2(, mm de di@metro, las cuales se maquinaron super!icialmente a 2(,0 mm y se sometieron a los tratamientos de temple y reenido para determinar la a. Mn!luencia de la temperatura de temple en agua. b. Nariacin de la dure'a en !uncin de la temperatura de reenido. c. Nariacin de las características mec@nicas y !ísicas en !uncin de la
temperatura de reenido. d. emplabilidad. e. Obseracin metalogr@!ica
Dn la abla .) 2 se presentan los resultados de las !undiciones hechas en moldes de arena
%.%. In*luencia de la tem)eratura de tem)le- medio de en*riamiento- aua /e utili'aron temperaturas ariable entre 5(0 )C y 300 )C, el medio de en!riamiento, agua sin agitacin. Los ensayos se reali'aron sobre muestras de las cinco coladas y los resultados se dan en la abla -.
%./. 0ariaci'n de la dure1a en *unci'n de la tem)eratura de re2enido
emple desde 300 )C y reenido entre 200 )C y >00 )C período de remoo de 1,( horas en!riamiento al aire !or'ado. Los resultados se dan en la abla .
%.3. 0ariaci'n de las caracter4sticas mec5nicas ( *4sicas en *unci'n de la tem)eratura de re2enido /e prepararon probetas para ensayos de traccin templadas a 300 )C y en!riadas en aceite con tratamiento de reenido entre 200 )C y >00 )C, los resultados se eAponen en la abla (.
Tem)labilidad Los ensayos reali'ados con muestra del material propuesto, seJalan que se puede alcan'ar dure'a hasta 0 G6c pero no podemos a!irmar que esta dure'a se alcance en barras de di@metros mayores, no encontramos in!ormacin sobre la templabilidad en bronces aluminio en la literatura reisada. Dn el tratamiento de temple se debe superar la elocidad crítica para eitar la trans!ormacin beta "+$ en al!a K gamma 2 "#K&2$ es eidente que una barra de mayor di@metro se en!riar@ menos r@pido que la de 2( mm de di@metro. /urgen entonces las siguiente preguntas
HDs la elocidad crítica de en!riamiento su!icienteI
HConoceremos aproAimadamente la dure'a que se puede alcan'arI
HGasta que di@metro es posible alcan'ar la misma dure'aI
HPu medio de en!riamiento es meor, agua o aceiteI
Como los bronces aluminio se comportan similarmente a los aceros e n el temple y reenido es posible adaptar los ensayos de templabilidad, de Qominy, habr@ que insistir en la inestigacin.
%.6. Obser2aci'n metalor5*ica /e obseraron metalogr@!icamente las muestras en estado bruto de colada y las tratadas trmicamente con temple y reenido a 100R y 00R. La muestra en bruto de colada presenta la estructura caracterísica del constituyente ?l!a "#$ claro y el eutectoide al!a K gamma 2 "#K&2$ oscuro. ?parece ndulos negros del cosntituyenye rico en hierro y rosetas negras constituyente rico en níquel "7iguras .S - y $.
:uestra calentada a 300 )C durante -0 minutos, en!riadas en agua se obsera granos limitados por la matri' !ase al!a "#$ el eutectectoide al!a K gamma 2 "#K&2$ y los constituyentes claros ricos en níquel y oscuros ricos e n hierro. /e obsea las aguas de martensita debido a la elocidad de en!riamiento "7igura .S ($.
