Tema Endurecimiento por Deformación

metalurgia, endurecimiento se refiere a técnicas para incrementar la dureza de un material. Existen cinco técnicas principales para hacer esto:

• Endurecimiento por límite de grano

• Endurecimiento por deformación

• Endurecimiento por Solución Sólida

• Endurecimiento por precipitación

• Transformaciones martensíticas

Todos los mecanismos de endurecimiento, a excepto las transformaciones martensíticas, introducen dislocaciones o defectos en la estructura cristalina, las cuales actúan como barreras para los deslizamientos.

Endurecimiento por Deformación

El Endurecimiento por deformación (también llamado endurecimiento en frío o por acritud) es el endurecimiento de un material por una deformación plástica a nivel macroscópico que tiene el efecto de incrementar la densidad de dislocaciones del material. A medida que el material se satura con nuevas dislocaciones, se crea una resistencia a la formación de nuevas dislocaciones y a su movimiento. Esta resistencia a la formación y movimiento de las dislocaciones se manifiesta a nivel macroscópico como una resistencia a la deformación plástica.

En cristales metálicos, el movimiento de las dislocaciones es lo que produce la deformación plástica (irreversible) a medida que se propagan por la estructura del cristal. A temperaturas normales cuando se deforma un material también se crean dislocaciones, en mayor número de las que se aniquilan, y provocan tensiones en el material, que impiden a otras dislocaciones el libre movimiento de estas. Esto lleva a un incremento en la resistencia del material y a la consecuente disminución en la ductilidad.

Solución sólida

Una solución sólida es una solución en estado sólido de uno o más solutos en un disolvente.

El soluto puede incorporarse dentro de la estructura cristalina del disolvente bien mediante sustitución, reemplazando cada átomo del disolvente por un átomo del soluto (y formará una solución sólida sustitucional), o bien de forma intersticial, encajándose los átomos de soluto dentro del espacio que hay entre los átomos del disolvente. Ambos tipos de solución sólida afectan a las propiedades del material ya que distorsionan, aunque sea poco, la estructura cristalina y porque perturban la homogeneidad física y eléctrica del material disolvente.

Índice

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• 1 Condiciones de formación de soluciones solidas sustitucionales (Regla de Hume-Rothery)

• 2 Origen

• 3 Aplicación industrial

• 4 Tipos

• 5 Referencias

Condiciones de formación de soluciones solidas sustitucionales (Regla de Hume-Rothery)[editar]

Algunas mezclas constituirán fácilmente soluciones sólidas en un determinado rango de concentraciones, mientras que otras mezclas no constituirán nunca soluciones sólidas. La propensión de dos sustancias a formar una solución sólida sustitucional es un asunto complicado que dependerá de las propiedades químicas, cristalográficas y cuánticas de los materiales en cuestión. Por regla general, se pueden formar soluciones sólidas (con solubilidad total) siempre que disolvente y soluto tengan:

• Similar radio atómico (menos del 15 % de diferencia, para tener solubilidad total): Cuanto más similares sean, menor distorsión de red y por tanto mayor solubilidad.

• Igual estructura cristalina.

• Similar electronegatividad: Los metales deben tener poca afinidad electroquímica para formar solución sólida. En caso de tener gran afinidad electroquímica se pierde el carácter metálico y se refuerza el carácter iónico o covalente en la aleación.

• Similar valencia: Si el soluto aporta más electrones a la nube electrónica que el disolvente, se favorece la solubilidad.

Origen[editar]

En los minerales que aparecen de forma natural en las rocas es muy frecuente la existencia de soluciones sólidas, de forma que la sustitución de unos átomos por otros en la estructura cristalina produce distintas variedades del mismo mineral o incluso son considerados minerales distintos cuando las propiedades cambian bastante.

Un ejemplo importante de esto lo constituye la serie de solución sólida continua de las plagioclasas, donde la composición varía entre el extremo sódico de albita(NaAlSi3O8) hasta el extremo cálcico de anortita (CaAl2Si2O8)

Aplicación industrial[editar]

Diagrama de fases mostrando soluciones sólidas en todo el rango de concentraciones relativas.

El diagrama de fases de la figura muestra una aleación de dos metales que forman una solución sólida a todas las concentraciones relativas de las dos especies. En este caso, la fase pura de ambos es de idéntica estructura cristalina, y las propiedades similares de los dos elementos permite sustituciones parciales en toda la amplia gama de concentraciones relativas de los dos metales.

Las soluciones sólidas tienen importantes aplicaciones comerciales e industriales, tales como la obtención de mezclas que pueden tener propiedades superiores a las de los materiales puros. Muchas aleaciones de metales son soluciones sólidas. Incluso pequeñas cantidades de soluto pueden afectar a las propiedades físicas y eléctricas del solvente.

Tipos[editar]

Existen 2 tipos de soluciones solidas:

• Sustitucional: El átomo o ion del soluto, ocupa el lugar de los átomos o iones del solvente

• Intersticial: Él átomo o ion del soluto se coloca en el intersticio de la celda unitaria del solvente.

Envejecimiento térmico

El envejecimiento térmico, también conocido como endurecimiento por precipitación es un tratamiento térmico para endurecer, es decir, aumentar la dureza yresistencia de las aleaciones. Se basa en la deposición de fases metaestables en forma finamente dividida, de modo que forma una barrera eficaz contra los movimientos de las dislocaciones. La resistencia a la fluencia de las aleaciones así tratadas puede aumentar hasta 300 MPa.1

Índice

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• 1 Introducción

• 2 Conceptos básicos

o 2.1 Requisitos

• 3 Los pasos del tratamiento

o 3.1 Recocido por difusión, homogeneización

o 3.2 Temple

o 3.3 Envejecimiento

• 4 Cinética frente a termodinámica

• 5 Características de la aleación

o 5.1 Endurecimiento de las aleaciones de aluminio

• 6 Base teórica

o 6.1 Ecuaciones

• 7 Algunas aleaciones endurecidas por envejecimiento térmico

• 8 Referencias

Introducción[editar]

El endurecimiento por precipitación se basa en los cambios de la solubilidad de sólido con la temperatura para producir partículas finas de una impureza de fase, que impiden el movimiento de dislocaciones o defectos a través de la estructura del cristal. Dado que las dislocaciones son a menudo los operadores dominantes de la plasticidad, esto sirve para endurecer el material. Las impurezas desempeñan la misma función que los refuerzos en los materiales compuestos reforzados. Así como la formación de hielo en el aire puede producir nubes, nieve o granizo, dependiendo de la historia térmica de una porción dada de la atmósfera, la precipitación de los sólidos puede producir diferentes tamaños de partículas, que tienen propiedades radicalmente diferentes. A diferencia del temple ordinario, las aleaciones deben mantenerse a temperatura elevada durante horas para permitir que la precipitación tenga lugar. Este retardo de tiempo se denomina envejecimiento.

Dos tratamientos térmicos diferentes que implican precipitados pueden alterar la fuerza de un material: tratamiento térmico por solución sólida y el tratamiento térmico de precipitación. Endurecimiento por solución sólida implica la formación de una solución sólida de una sola fase a través de temple. El tratamiento térmico por precipitaciones implica la adición de partículas de impurezas para aumentar la resistencia de un material.2 El endurecimiento por precipitación por medio de tratamiento térmico de precipitación es el principal tema de discusión en este artículo.

Conceptos básicos[editar]

El proceso emplea que la solubilidad de uno, o más, elementos de la aleación disminuye cuando disminuye la temperatura. Por lo tanto, no es aplicable a todas las aleaciones, sólo si se cumplen ciertas condiciones.

Requisitos[editar]

• La aleación está formada con un elemento de aleación en temperaturas elevadas primarias mixtos cristales.

• Debe existir una solución sólida terminal que tenga una solubilidad sólida decreciente a medida que la temperatura disminuye (curva de solvus pronunciada)

• Conducir la fuerza y la velocidad de difusión debe ser suficientemente grande para que la temperatura de precipitación.

• Los precipitados resultantes dispersa en el material debe estar disponible y operativo resistente a la temperatura de coagulación.

Los pasos del tratamiento[editar]

Se divide en tres etapa de tratamiento de curado térmico de recocido, temple y la externalización (renuncia).

Recocido por difusión, homogeneización[editar]

La aleación se calienta hasta que todos son elementos necesarios en la solución de precipitación. La temperatura debe permanecer en un margen, si es demasiado baja puede aparecer partículas gruesas que son perjudiciales para las propiedades mecánicas del material. Por otro lado, una temperatura demasiado alta puede fundir componentes individualesa .

Temple[editar]

Por enfriamiento, la difusión y por lo tanto la separación

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