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8/17/2019 ALUMINIO 2024 EXAMEN.docx

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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 aplicanes distinta –un temple en un material ferroso sirve para endurecer; mientras

que, en el aluminio para estabilizar su estructura– sino porque los métodos,

temperaturas y tiempos varían ostensiblemente. or esta razón, es muy

delicado contratar con cualquier empresa este tipo de procesos, pues el

usuario puede perder su inversión.

!ásicamente, para fabricar "mecanizar# una pieza de aluminio que se comporte

y resista las condiciones requeridas, es indispensable conocer e identificar

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 de deformación a los cuales fue sometida la pieza, pues el

conjunto de estos elementos establecen finalmente las propiedades finales del

producto.

%n el aluminio y sus aleaciones el tratamiento térmico está íntimamente

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 esfuerzo de fluencia, el material debe recibir procesos combinados de

temperatura y deformación física, junto a un reposo o maduración al medioambiente o en ambientes artificiales. (a diferencia entre cada tratamiento

estriba en la secuencia y la combinación de dic'os procesos.


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Tratamiento térmico de los bronces aluminio


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RESUMEN

Los cupro–aluminio o bronces al aluminio son aleaciones a base de cobre quecontienen generalmente entre 8.0 a 12,0% de aluminio. Cuando se agregaelementos como el hierro, níquel y manganeso unto a las !ases al!a "#$ rica encobre, y la eutectoide al!agamma2 "#&2$, aparecen precipitados cuya naturale'adependen de la cantidad de los elementos agregados, con en!riamientos lentos enmoldes de arena "(0 )Cmin$ se presentan al!a. beta* "#.+*$ o al!a, beta*.gamma2 "#, +*.&2$ que por las di!erentes !ormas que tienen los precipitados sesimpli!ican en 1, 2, -, . /e requiere mayor cuidado en la !usin por la tendenciaa absorber hidrgeno, responden a los tratamientos trmicos de temple y reenidoalcan'ando dure'as entre 30 4rinell "(5 6c4$ y -30 4rinell "2 6c C$ siempre quelas !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 comoconsecuencia 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 dealargamiento y resistencia al impacto ";eil< Coutly =ierr, 13>-$, siendo adecuadosu uso hasta 00 )C. ?dem@s resisten bien a la oAidacin y a otros agentescorrosios como por eemplo el @cido sul!Brico.

Las aleaciones que consideramos en este trabao pueden alcan'ar su dure'a porariacin de su composicin química y el tratamiento trmico entre 30 4rinell y --04rinell. /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 suin!luencia en sus propiedades mec@nicas y !ísicas. Dn el tratamiento trmico detemple hay que eri!icar la elocidad crítica de temple "DdEards et al.,1382F :etalGandboo, 1382$


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Con tratamientos trmicos di!erentes, esas mismas composiciones logran alores deresistencia a la rotura de >0 a >5 gmm2 y límite el@stico de 0 a 2 gmm2 con

alargamiento del 5% que son características similares a la de los aceros de baaaleacin boni!icados. Cada e' es mayor la cantidad de pie'as que !abricadas enbronces aluminio no solo se especi!ican con su composicin química "/haoo, 13>3$o un alor de dure'a sino tambin resistencia a la ruptura, límite el@stico y aBnresiliencia "resistencia al impacto$, obligando esto a que sea imprescindible laaplicacin de tratamiento trmicos a las pie'as !undidas y las obtenidas por otrosprocesos.

II. DISEÑO EXERIMENT!"

H=or qu reali'amos este trabaoI /i los bronces aluminio compleos responden altratamiento 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 – 33 y obseracin.


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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 porsu 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 doscoladas cuyo resultados se indican en la misma tabla.

Dl aluminio es el elemento responsable de las características generales de estaaleacin, se incorpor en el proceso de !usin como lingote de aluminio puro, serecomienda 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 !usincomo 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 decompuestos duro que di!icultan el maquinado.

Dl níquel aumenta la resistencia a la rotura y al impacto, aplicamos en la !usincomo tubos de cobre níquel >0


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La !usin en crisol, se debe hacer lo m@s r@pido posible, cuidando proteger el baJomet@lico y romper la película de Aido de aluminio. Como desgasi!icante se empleacloro o un compuesto de cloro, heAacloroetano.

%.+. ,eneralidades de los tratamiento térmico

La característica m@s importante de los tratamientos trmicos de los broncesaluminio compleos es que responden en !orma similar a los aceros "?lan 4ates,133>$. ?sí como un acero con 0,>>% C por encima de >2- )C !orma una solucinslida, austenita "&$ que si se en!ría lentamente por debao de esa temperatura setrans!orma en un constituyente bi!@sico llamado perlita, y esas dos !ase son unasolucin de carbono en hierro al!a "#$ !errita y un compuesto intermet@lico decomposicin de!inida, cementita "C7e-$. ?n@logamente, una aleacin Cu – ?l con11% ?l a una temperatura superior a (5( )C !orma una solucin slida secundariallamada beta "+$. /i la en!riamos lentamente por debao de (5( )C beta setrans!orma en un constituyente bi!@sico, y estas dos !ases son una solucin slidade 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 esteprocedimiento se impide la trans!ormacin de la austenita en !errita y cementita,mantenindose en solucin el carbono proocando una de!ormacin cristalinaresponsable del cambio en las características !ísicas, mec@nicas y estructurales. Lomismo sucede con los bronces aluminio, si calentamos la aleacin a unatemperatura que alcan'a la !ase beta y la en!riamos bruscamente eitando latrans!ormacin beta en al!a K gamma2, logramos un importante incremento en ladure'a "Colabuig et al., 1381$. La estructura obtenida en los aceros es lamartensita, se ha demostrado que otras aleaciones entre ellas los bronces aluminiocompleos eAperimentan reacciones similares, se reconoce una de!ormacincristalina por desli'amiento de planos cristalogr@!icos adyacentes, aparece unnueo constituyente beta prima "+*$ y la precipitacin en !orma de aguas de

solucin slida al!a. 4eta su!re una trans!ormacin martensítica que da porresultado una estructura de tipo acicular, dura y !r@gil a la cual denominamosmartensita de los cupro aluminios "7iguras ( y 5$.

? las coladas 1 y 2 se aJadieron otras -, , y (, se obtuieron barras de 2(, mmde di@metro, las cuales se maquinaron super!icialmente a 2(,0 mm y se sometierona 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 moldesde arena

http://revistas.concytec.gob.pe/scielo.php?pid=S1561-08882011000100010&script=sci_arttext#fig05http://revistas.concytec.gob.pe/scielo.php?pid=S1561-08882011000100010&script=sci_arttext#fig06http://revistas.concytec.gob.pe/scielo.php?pid=S1561-08882011000100010&script=sci_arttext#tab02http://revistas.concytec.gob.pe/scielo.php?pid=S1561-08882011000100010&script=sci_arttext#fig05http://revistas.concytec.gob.pe/scielo.php?pid=S1561-08882011000100010&script=sci_arttext#fig06http://revistas.concytec.gob.pe/scielo.php?pid=S1561-08882011000100010&script=sci_arttext#tab02


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%.%. 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 deen!riamiento, agua sin agitacin. Los ensayos se reali'aron sobre muestras de lascinco coladas y los resultados se dan en la abla -.

%./. 0ariaci'n de la dure1a en *unci'n de la tem)eratura de re2enido

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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 latem)eratura de re2enido

/e prepararon probetas para ensayos de traccin templadas a 300 )C y en!riadasen aceite con tratamiento de reenido entre 200 )C y >00 )C, los resultados seeAponen en la abla (.

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Tem)labilidad

Los ensayos reali'ados con muestra del material propuesto, seJalan que se puedealcan'ar dure'a hasta 0 G6c pero no podemos a!irmar que esta dure'a se alcanceen barras de di@metros mayores, no encontramos in!ormacin sobre latemplabilidad en bronces aluminio en la literatura reisada.

Dn el tratamiento de temple se debe superar la elocidad crítica para eitar latrans!ormacin beta "+$ en al!a K gamma2 "#K&2$ es eidente que una barra demayor di@metro se en!riar@ menos r@pido que la de 2( mm de di@metro. /urgenentonces 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 en el temple yreenido es posible adaptar los ensayos de templabilidad, de Qominy, habr@ queinsistir en la inestigacin.

%.6. Obser2aci'n metalor5*ica

/e obseraron metalogr@!icamente las muestras en estado bruto de colada y lastratadas 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 gamma2 "#K&2$ oscuro. ?parece ndulosnegros del cosntituyenye rico en hierro y rosetas negras constituyente rico enníquel "7iguras .S - y $.

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:uestra calentada a 300 )C durante -0 minutos, en!riadas en agua se obseragranos limitados por la matri' !ase al!a "#$ el eutectectoide al!a K gamma2 "#K&2$ ylos constituyentes claros ricos en níquel y oscuros ricos en hierro. /e obsea lasaguas de martensita debido a la elocidad de en!riamiento "7igura .S ($.

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