3.2.3. POR PRECIPITACIÓN Y DISPERSIÓN

 POR PRECIPITACIÓN Y DISPERSIÓN 

El endurecimiento por precipitación, también conocido como endurecimiento por partículas o endurecimiento por envejecimiento, es un método de tratamiento térmico utilizado para aumentar la resistencia al rendimiento de muchos metales diferentes, incluidas la mayoría de las aleaciones estructurales.

El proceso fue descubierto originalmente por Alfred Wilm, quien buscaba fortalecer las aleaciones de aluminio. Decidió aplicar el método de temple empleado para aceros al carbono a las aleaciones de aluminio. El proceso de endurecimiento por envejecimiento del aluminio fue patentado por él en 1906. Su investigación también condujo al descubrimiento de los primeros tipos de aleación de aluminio y cobre endurecibles por envejecimiento: el duraluminio.

Aplicaciones del endurecimiento por envejecimiento

Las aleaciones endurecidas por envejecimiento se utilizan en una amplia gama de aplicaciones. Son ideales para aplicaciones que requieren materiales rígidos que no se flexionen bajo tensión.

Así, encontrará que componentes como válvulas, engranajes , ejes, piezas de motor, álabes de turbina, rodamientos de bolas , casquillos, matrices y fijaciones se endurecen por precipitación. El proceso de endurecimiento por envejecimiento mejora la mayoría de las aleaciones estructurales de aluminio (series 2xxx, 6xxx y 7xxx), magnesio, níquel y titanio. El proceso también se utiliza con acero dulce , acero inoxidable y acero inoxidable dúplex.

Aeroespacial y automoción

Tanto la industria aeroespacial como la automotriz utilizan aleaciones de aluminio endurecidas por envejecimiento, ya que las piezas necesitan ser ligeras y resistentes. El endurecimiento por envejecimiento mejora aún más la excelente relación resistencia-peso del aluminio. Piezas de aeronaves, como alas y fuselajes, así como piezas de automóviles, como bloques de motor, tapas de levas y otros componentes críticos del motor, utilizan aleaciones de aluminio endurecidas por precipitación .

Telecomunicaciones

El berilio-cobre endurece el cobre en el compuesto. El cobre comienza a comportarse como un resorte dentro del material. Los compuestos a base de cobre endurecidos por envejecimiento se utilizan en contactos eléctricos y aparamenta, principalmente por su alta conductividad.

Minería y generación de energía

En las herramientas de minería se utilizan materiales endurecidos por envejecimiento con compuestos a base de cobre, ya que poseen una dureza muy alta y no producen chispas. En trabajos subterráneos, evitar las chispas es fundamental para la seguridad.

¿Cómo funciona el proceso de endurecimiento por precipitación?

Un proceso típico de endurecimiento por precipitación consta de tres etapas: tratamiento de solución, enfriamiento y envejecimiento.

1. Tratamiento de solución

La fase de tratamiento térmico en solución, o fase de solubilización, es donde se mejora la homogeneidad de la mezcla sólida con el metal constituyente. Este podría ser berilio en cobre o cobre en aluminio.

La solución se calienta por encima de la temperatura del solvus para garantizar la máxima disolución del precipitado en la aleación. La mezcla permanece a esta temperatura durante un tiempo determinado. Por lo tanto, esta etapa también se conoce como remojo.

2. Enfriamiento

Una vez alcanzada la disolución máxima de la impureza, la aleación se enfría rápidamente a temperatura ambiente. Este paso se conoce como temple . El temple permite retener la solución sobresaturada como fase metaestable.

Una fase metaestable es un estado energético intermedio que no debería existir a temperaturas más bajas. Sin embargo, al enfriar rápidamente el material, podemos congelar la fase a temperaturas más bajas. El enfriamiento rápido logra esto al evitar la difusión de los sitios de nucleación. El enfriamiento rápido evita que el soluto se precipite de la solución, lo cual ocurriría típicamente durante procesos de enfriamiento lento. Los materiales que se enfrían rápidamente son soluciones sólidas blandas con baja resistencia.

3. Envejecimiento

En la etapa de envejecimiento, la solución se calienta de nuevo . Sin embargo, la temperatura es inferior a la de la fase de tratamiento de la solución y no alcanza la temperatura de solvus. La temperatura elevada inicia la formación de precipitados, pero en intervalos muy cortos. Se forman precipitados finos en la solución. Estos precipitados forman campos de deformación masivos y mejoran la resistencia y la dureza del producto final.

El envejecimiento también puede ocurrir a temperatura ambiente en algunas aleaciones. Esto se conoce como envejecimiento natural, mientras que el envejecimiento por encima de la temperatura ambiente se conoce como envejecimiento artificial .

ENDURECIMIENTO POR DISPERSIÓN:

El endurecimiento comprende las diferentes técnicas que se utilizan para aumentar la resistencia de un material a ser rayado o penetrado por otro material con morfología y durezas diferentes a las del sustrato. En la técnica de Endurecimiento por Dispersión se introducen elementos de una fase, que por lo general es más dura y densa, sobre otra fase, la matriz, que es menos dura, pero a su vez más dúctil.

El concepto de dispersión se da por la manera en que fueron adicionados los elementos de la fase dura sobre la matriz.

La criticidad de este proceso está en adicionar elementos muy pequeños y dispersos como fase dura. De esta manera, se realizará un bloqueo en las dislocaciones ocurridas en la matriz en el momento de conformación. Así, permitirá que mediante un cambio de fase se logre el endurecimiento.