Practica 4 Envejecido1 Final

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL “TRATAMIENTO TÉRMICO DE ENDURECIDO POR ENVEJECIDO DE UNA ALEACIÓN DE ALUMINIO DE USO AERONÁUTICO”

FECHA DE EMISIÓN: 07 DE AGOSTO, 2009 FECHA DE ACTUALIZACIÓN: 07 DE AGOSTO, 2012 REVISIÓN: 0

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL “TRATAMIENTO TÉRMICO DE ENDURECIDO POR ENVEJECIDO DE UNA ALEACIÓN DE ALUMINIO DE USO AERONÁUTICO” 2.0 CONTENIDO SUBTITULOS

PÁGINA

1.0

HOJA DE IDENTIFICACIÓN Y AUTORIZACIÓN

1

2.0

CONTENIDO

2

3.0

CONSIDERACIONES TEORICAS

4.0

OBJETIVO

7

5.0

EQUIPO UTILIZADO

7

6.0

CONDICIONES DEL ENSAYO

7

7.0

MATERIALES

7

8.0

DIMENSIONES DE LA PROBETA

7

9.0

DESARROLLO DE LA PRACTICA

7-8

10.0

RESULTADOS OBSERVACIONES

8

11.0

OBSERVACIONES

9

12.0

CONCLUSIONES (Cuestionario)

13.0

BIBLIOGRAFÍA


3-6

9-10 10

2

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL “TRATAMIENTO TÉRMICO DE ENDURECIDO POR ENVEJECIDO DE UNA ALEACIÓN DE ALUMINIO DE USO AERONÁUTICO” 3.0

CONSIDERACIONES TEORICAS Históricamente, el descubrimiento accidental del endurecimiento por precipitación se hizo en aleaciones de aluminio. Este procedimiento se descubrió en Alemania, cuando se repitió el ensayo de dureza a una muestra de Duraluminio, una aleación de aluminio y cobre, después de que había permanecido un tiempo en el laboratorio. Al repetir el ensayo se observó una dureza mucho mayor. El primer nombre que se le dio a este fenómeno fue el de endurecimiento por envejecimiento (endurecimiento a medida que la aleación envejece en el tiempo). Los estudios sobre este fenómeno pusieron de manifiesto que éste también ocurría en otros sistemas de aleación, y que la razón del endurecimiento por precipitación, aunque todavía se le conoce como endurecimiento por envejecimiento. Los requisitos fundamentales para que una aleación presente endurecimiento por envejecimiento son los siguientes: 1.- Que la aleación presente solubilidad creciente de un soluto o de una segunda fase a medida que la temperatura aumenta. 2.- Que el material a alta temperatura, en el cual hay más solutos en solución, pueda ser templado o congelado cuando la aleación se enfría a la temperatura ambiente o por debajo de ella. Esto implica que la curva de solvus de la aleación presente un régimen de enfriamiento crítico factible y razonable con los medios de inmersión disponibles. Puesto que la aleación templada contiene más soluto a temperatura ambiente que cuando está en equilibrio, se trata de una solución sobresaturada, inestable, que tiende a precipitar el exceso de soluto o fase. 3.- Que los precipitados puedan asumir estructuras de transición metaestables (con respecto a la estructura de equilibrio) que sean coherentes con la red anfitrión. Con base en estos requisitos, el proceso de tratamiento térmico para conseguir el endurecimiento por precipitación consiste en las etapas siguientes, las cuales se ilustran en el esquema de la figura 1. 1.- Recocido por disolución. El término disolución indica que se calienta la aleación a una temperatura en la que aumenta la cantidad de soluto en la solución sólida. “Recocido” indica que el calentamiento también reblandece la aleación.


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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL “TRATAMIENTO TÉRMICO DE ENDURECIDO POR ENVEJECIDO DE UNA ALEACIÓN DE ALUMINIO DE USO AERONÁUTICO” 2.- Templado para formar una solución sobresaturada. Ésta es la etapa más crítica de la serie de procedimientos de tratamiento térmico. La velocidad de templado debe ser mayor que la velocidad de enfriamiento crítico para conservar la composición a la temperatura de recocido por disolución y para formar una solución sobresaturada del soluto o fase. Esto crea la fuerza impulsora de la precipitación del soluto o fase en exceso. 3.- Precipitación del exceso de soluto o fase . El endurecimiento de la aleación se consigue precipitando el exceso de soluto o fase en forma de un precipitado transitorio, metaestable y coherente. El endurecimiento se debe a la deformación de la red (deformación coherente) inducido por el precipitado coherente. Cuando la precipitación se hace a temperatura ambiente, se trata de un envejecimiento natural ; cuando se hace a temperaturas más altas, se llama envejecimiento artificial .

Figura 1.- Etapas del tratamiento térmico en el endurecimiento por precipitación.


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Figura 2.- Al templar y después recalentar una aleación de Al-Cu (4.5% Cu), se forma una fina dispersión de precipitados dentro de los granos de aluminio.

En la figura anterior se muestra el proceso de envejecido artificial a la temperatura de 200º C de una aleación aluminio-cobre, donde se muestran los precipitados finos de un compuesto Cu2 Al en una matriz de aluminio, condición con la cual el aluminio incrementa su dureza y otras propiedades mecánicas.


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Figura 3.- Curvas de envejecimiento a diversas temperaturas, en las que se observan los cambios de esfuerzo de fluencia de la aleación de aluminio 2014.

En general, con el envejecido natural se alcanza la dureza más alta en el material, aunque tiene el inconveniente que se requiere mucho tiempo para lograrlo; mientras que con el envejecido artificial se puede alcanzar una dureza alta con tiempos no muy largos, como se muestra en la figura 3. Recuerde que al aumentar la dureza de un material también aumenta su resistencia mecánica o esfuerzo de fluencia.

OBJETIVO El alumno someterá un aluminio 6063 y/o 2024 a endurecer mediante un proceso de envejecimiento artificial, empleando diversas temperaturas.


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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL “TRATAMIENTO TÉRMICO DE ENDURECIDO POR ENVEJECIDO DE UNA ALEACIÓN DE ALUMINIO DE USO AERONÁUTICO” 5.0

EQUIPO UTILIZADO Horno de resistencia para tratamientos térmicos marca Carbolite Furnaces, Cortadora de disco abrasivo (Abrasimet 2), marca Buehler; Mesa de desbaste (Handimet 2) marca Buehler; Pulidora de disco giratorio ( Ecomet 3), marca Buehler; Secadora de muestras (Torramet), marca Buehler; Microscopio metalográfico, marca Olimpus.

6.0

CONDICIONES DEL ENSAYO La prueba deberá llevarse a cabo a la temperatura más adecuada para que en una hora se alcance la máxima dureza (ver la gráfica proporcionada por el profesor).

7.0

MATERIALES Aluminio 606 y/o 2014, 2024.

8.0

DIMENSIONES DE LA PROBETA La probeta debe ser lo suficientemente grande para que se pueda manipular.

9.0

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA 

Obtener una muestra del material.



Desbastarla hasta lija 600.



Obtener la dureza Rockwell del material.



Someter la muestra a tratamiento térmico de solución (buscar dato en bibliografía correspondiente).



Una vez que se alcance la temperatura de solución del material, deje que la muestra se homogenize durante una hora.



Temple el material en agua para conservar la muestra en solución.



Obtenga la dureza Rockwell del material así templado.


7




Posteriormente someter la muestra a la temperatura de envejecido en el horno.



Dejar pasar una hora, al término de la cual saque la muestra del horno e introdúzcala en agua a temperatura ambiente (Temple).



Lo anterior es para conservar la máxima dureza del envejecido.



Obtenga la dureza Rockwell alcanzada en el material envejecido.



Compare las durezas obtenidas.



10.0

Analice sus resultados.

RESULTADOS Dureza del aluminio antes del tratamiento de envejecido:___56 vikers________ Dureza del aluminio después del tratamiento de envejecido: ___160 vikers____


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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL “TRATAMIENTO TÉRMICO DE ENDURECIDO POR ENVEJECIDO DE UNA ALEACIÓN DE ALUMINIO DE USO AERONÁUTICO” y

160 Serie 1

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120

100

80

60

40

20

x -2

2

4

6

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12

14

16

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20

22

24

26

Grafica de (dureza VS tiempo) 11.0

OBSERVACIONES Se puede observar como al tenerla durante mas tiempo en el horno sus durezas máximas aumentan pero tuvimos un pequeño error puede ser cuando se mantuvo durante 3 hrs se elevo mucho tiempo la dureza un pequeño punto extraño.


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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL “TRATAMIENTO TÉRMICO DE ENDURECIDO POR ENVEJECIDO DE UNA ALEACIÓN DE ALUMINIO DE USO AERONÁUTICO” PREGUNTAS: 1.¿Cuál es mejor, el envejecido natural o el envejecido artificial? Explique. El envejecido artificial tiene la ventaja de llevarse a cabo en menor tiempo, a temperaturas en las cuales la solubilidad aumenta mientras que en el envejecido natural se mantiene a temperatura ambiente pero implica un proceso durante un periodo de tiempo mas largo.

2.¿Por qué durante el envejecido se alcanza un máximo de dureza y después esta disminuye? El proceso de precipitación se mantiene durante un tiempo tal que permite a los precipitados coalescer, dando lugar a una dispersión mas basta, que resulta menos efectiva como barrera para las dislocaciones por lo tanto disminuye la dureza.

3.¿Qué tipos de aleaciones de aluminio se utiliza para la construcción de aeronaves? Expliqué. Aleaciones de Al-Cu (duraluminio, serie 2xxx). Suele emplearse en el aparato que trabaja a tracción, como el recubrimiento delitrados de las alas de la aeronave. Al-Cu-Ni Al-Zn (serie 7xxx)

4.¿Qué material se utiliza para la fabricación de remaches de uso aeronáutico? Por el tipo de de cabeza Cabeza avellanada: fijación de chapas sobre chapas o perfiles, en superficies exteriores por su baja resistencia aerodinámica. Cabeza universal: usado en fabricación o reparación de partes externas FECHA DE EMISIÓN: 07 DE AGOSTO, 2009 FECHA DE ACTUALIZACIÓN: 07 DE AGOSTO, 2012 REVISIÓN: 0

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL “TRATAMIENTO TÉRMICO DE ENDURECIDO POR ENVEJECIDO DE UNA ALEACIÓN DE ALUMINIO DE USO AERONÁUTICO” e internas. Cabeza plana: se usan en estructuras interiores cuando se requiere el máximo de resistencia al a tracción y no hay espacios suficientes para la colocación de cabezas redondas. Cabeza redonda: se usa en partes interiores, la cabeza esta dimensionada de tal forma que puede soportar esfuerzos a tracción. Por el tipo de material. Los remaches construidos de aluminio 1100, solo se utili za en partes no estructurales realizadas en aleaciones de aluminio de bajas características mecánicas (1100, 3003,5052). Los de 2117, son los de uso mas amplios sobre aleaciones de aluminio por su resistencia a la corrosión y no ser necesario el tratamiento térmico. Los de 2017 y 2024 se utilizan sobre estructuras en aleaciones de aluminio con requerimientos superiores a las anteriores, se suministran recocidos y mantenerse en frigoríficos. Los primeros deben de instalarse en la primera hora y los segundos entre los 10 y 20 minutos después de su extracción del frigorífico. Los de 5056 se utiliza sobre aleaciones de magnesio debido a su resistencia a la corrosión sobre ellas. Los de acero solo se aplican sobre piezas de acero. Los de acero inoxidable se utilizan sobre piezas del mismo material en zonas de cortafuegos escapes y estructuras similares. Los materiales de monel se utilizan para el remachado de de las partes realizadas en las aleaciones de acero níquel


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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL “TRATAMIENTO TÉRMICO DE ENDURECIDO POR ENVEJECIDO DE UNA ALEACIÓN DE ALUMINIO DE USO AERONÁUTICO” 5.¿Por qué se prefiere el uso de remaches al uso de soldadura para fabricar aeronaves? Su principal razón para su elección es su bajo costo de fabricación e instalación, puede ser colocado en procesos de montaje manuales, semiautomáticos y automáticos. La otra razón es que absorben los esfuerzos cortantes, además de que son más estéticos. La elección se realiza tomando en cuenta la resistencia a cortadura del remache ligeramente inferior a la carga límite al aplastamiento de la chapa.

CONCLUSIONES URIBE GARCÍA RICARDO JAVIER En esta practica se pudo comprobar como aplicar un endurecimiento por envejecimiento (PRECIPITACIÓN) el cual como objetivo es que a nuestro acero aumente la resistencia, creando una aleación tratada térmicamente, provocando una dispersión densa y fina de partículas precipitadas en una matriz de metal deformable. Las partículas precipitadas actúan como obstáculos del movimiento de las dislocaciones y, así refuerzan la aleación tratada térmicamente. Para aplicar este tratamiento térmico, el diagrama de equilibrio debe mostrar solubilidad solida parcial y la pendiente de la línea solvus debe mostrar solubilidad a una temperatura mayor que en nuestro caso fue a una temperatura de 400°C El cual se realiza siguiendo un procedimiento llevando acabo puntos importantes Elección de la composición que se trata nada mas q el diagrama de equilibrio el cual mostrara el efecto máximo de endurecimiento que se produzca así mismo produciendo una composición en la cual pueda existir un equilibrio de fase el punto, siguiente seria elegir tratamiento térmico que su objetivo será disolver al máximo la solución solida y después retener esta solución en ella, asta enfriarse a temperatura ambiente Pero en nuestro caso para no tener que esperar tanto tiempo de el envejecimiento natural, se le aplico un segundo tratamiento térmico el cual fue calentar nuestra pieza de acero 7075 a una temperatura de 200 ° C en el cual se aceleró su endurecimiento máximo llamado también envejecido artificial. El endurecimiento por precipitación es el método más importante para aumentar la resistencia mecánica de los metales no ferrosos por reacción en el estado sólido. Es especialmente útil para el aluminio, el metal principal de esta clase, y tanto las aleaciones de aluminio de fundición como las de forja son endurecibles por precipitación. Como la refrigeración retarda la razón de envejecimiento natural; en la industria aeronáutica se utiliza este hecho cuando los remaches de aluminio aleado, que suelen envejecer a temperatura


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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL “TRATAMIENTO TÉRMICO DE ENDURECIDO POR ENVEJECIDO DE UNA ALEACIÓN DE ALUMINIO DE USO AERONÁUTICO” ambiente, se mantienen dentro de refrigeradores con un alto grado de congelación hasta que se remachan. Los remaches se han tratado previamente con un tratamiento de solución, y como tienen una fase única son muy dúctiles. Después de ser remachados, tendrá lugar el envejecimiento a temperatura ambiente, lo cual dará como resultado un incremento en la resistencia y en la dureza. El envejecimiento en los aceros es de interés secundario comparado con el endurecimiento por temple, pero existen algunos aspectos a los que se debe prestar atención. Los aceros con bajo contenido de carbono son susceptibles a un fenómeno de envejecimiento (natural) que puede tener dos efectos perjudiciales: 1. Deformación no uniforme durante el trabajo plástico en frío. 2. Ductilidad del acero y hacerlo inadecuado para aplicaciones difíciles de embutido de chapas. Puesto que estas dificultades son producidas por una reacción de envejecimiento, se les puede evitar si el acero se deforma antes de que pueda producirse esta reacción.

CABRERA RODRIGO En el desarrollo de la practica se pudo observar como se realizar el templado de una pieza de aluminio, también se puede hacer hincapié en que realizar una metalografía para un aluminio resulta ser mas complicado que para un acero, ya que se necesitan las herramientas en excelentes condiciones para poder llevar a cabo un buen trabajo de lijado así como un buen pulido (que es la parte medular de una metalografía). Por otra parte pudimos observar que nuestra pieza tuvo un aumento en la dureza del 66.5% después del tratamiento de envejecido artificial tras dejar la pieza 3 horas dentro del horno a 200°C, esta temperatura se utilizó con el fin de disolver todo el elemento de aleación y posteriormente al retirar la pieza del horno se obtuvieran los precipitados en la microestructura. Pudimos observar que la temperatura es un factor importante para que en nuestro tratamiento de envejecido se obtenga la mayor dureza de nuestro material y que el tiempo que se debe dejar la pieza para obtener dicha máxima dureza corresponde a la temperatura a la que se tenga el horno.

SANCHEZ SANCHEZ JORGE IVAN En esta practica se trabajo el endurecimiento por envejecimiento (precipitación).Este tratamiento térmico es el mas importante para aleaciones no ferrosas, este aumenta la resistencia de muchas aleaciones de aluminio y otros metales, en este caso su uso fue sobre un aluminio 7075. Para aplicar este tratamiento térmico, el diagrama de equilibrio debe mostrar solubilidad sólida


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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL “TRATAMIENTO TÉRMICO DE ENDURECIDO POR ENVEJECIDO DE UNA ALEACIÓN DE ALUMINIO DE USO AERONÁUTICO” parcial, y la pendiente de la línea de solvus debe ser tal que haya mayor solubilidad a una temperatura mayor que a una menor. La condición necesaria para que se produzca la precipitación en una solución sólida es la existencia de una línea de solvus. Cualquier metal puede endurecerse por precipitación, mediante la adición de un elemento de aleación correctamente elegido. El endurecimiento sería aún mayor en el caso de aleaciones ternarias o de un número de componentes más elevado. Es necesario un tratamiento de precipitación de la aleación para la formación de un precipitado finamente disperso. La formación de dicho precipitado en la aleación es el objetivo del envejecimiento. El precipitado fino en la aleación impide el movimiento de las dislocaciones durante la deformación, forzando a que éstas pasen a través de las partículas de precipitado cortándolas o rodeándolas. La aleación resulta reforzada mediante esta restricción del movimiento de las dislocaciones durante la deformación. Las aleaciones en que la precipitación tiene lugar a temperatura ambiente, de modo que obtienen su resistencia total después de 4 ó 5 días de estar a temperatura ambiente, se conocen como aleaciones de envejecimiento natural, en tanto que las que necesitan recalentamiento a elevadas temperaturas para alcanzar su máxima resistencia, se conocen como aleaciones de envejecimiento artificial. A medida que se incrementa el tiempo de envejecimiento, se van formando las zonas de precipitación y su tamaño se incrementa; además, la aleación se hace más fuerte, dura y menos dúctil. Estas propiedades mecánicas alcanzan un valor máximo durante la precipitación a una temperatura dada y, después, disminuyen gradualmente como consecuencia del sobreenvejecimiento. Este ablandamiento es consecuencia natural de la aproximación de la aleación al estado de equilibrio, al aumentar el tiempo durante el que la aleación se mantiene a temperatura.


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13.0

BIBLIOGRAFÍA • •

Ciencia e Ingeniería de los Materiales, Askeland Donald, Thompson editores. Ciencia de Materiales para Ingenieros, Shackelford James, Pearson education.


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3.0 3.0.1

OBJETIVO Establecer el procedimiento de manera clara, secuencial y lógica, de las actividades para la resolución de las quejas recibidas de los clientes.

4.0 4.0.1

ALCANCE Se aplica en la atención de quejas de los clientes derivadas de los resultados de ensayos realizados en el laboratorio de Ensaye de Materiales.

5.0 5.0.1

RESPONSABILIDADES Jefe de Laboratorios y Talleres. Autoriza el procedimiento.

5.0.2

Responsable de Aseguramiento de la Calidad. Autoriza este procedimiento. Edita y distribuye las copias controladas.

5.0.3

Jefes de Laboratorio. Supervisan que este procedimiento se cumpla.

5.0.4

Analistas. Deberán apegarse a este procedimiento.

6.0

DEFINICIONES

6.0.1

CLIENTE Organización o persona que recibe un producto.

6.0.2

PRODUCTO Resultado de un proceso.

6.0.3

MUESTRA DE RETENCIÓN Son muestras ensayadas o no ensayadas, que se conservan en el laboratorio como evidencia.

6.0.4

ENSAYO Ó PRUEBA


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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL “TRATAMIENTO TÉRMICO DE ENDURECIDO POR ENVEJECIDO DE UNA ALEACIÓN DE ALUMINIO DE USO AERONÁUTICO” Determinación de una o más características de acuerdo con un procedimiento. 6.0.4

NO CONFORMIDAD Incumplimiento de un requisito.

7.0 7.0.1

SEGURIDAD Solo se deberán emitir las copias necesarias para cada una de las partes responsables de dicho procedimiento.

8.0

EQUIPO Equipo ó instrumentos de medición relacionados con la(s) prueba(s) involucrada(s) en la queja.

9.0 9.0.1

MATERIALES Muestras de retención.


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