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Endurecimiento por precipitación

1906
  • Alfred Wilm
Metalúrgico analiza una muestra de aleación de aluminio que demuestra los efectos del endurecimiento por precipitación.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

El endurecimiento por precipitación, o endurecimiento por envejecimiento, es un proceso de tratamiento térmico que aumenta la límite elástico de materiales maleables. Consiste en calentar un aleación para disolver los elementos solutos (disolución), enfriamiento rápido (enfriamiento) para atraparlos en una solución sólida sobresaturada y, a continuación, envejecimiento a una temperatura inferior para permitir la formación de partículas finas de una segunda fase (precipitados), que obstruyen el movimiento de dislocación.

El descubrimiento del endurecimiento por precipitación por Alfred Wilm fue accidental. Mientras estudiaba una aleación de aluminio que contenía cobre, magnesio y manganeso (posteriormente llamada Duraluminio), notó que su dureza aumentaba varios días después del temple, incluso a temperatura ambiente. Este fenómeno ahora se entiende como un proceso de tres pasos. Primero, en el tratamiento de solución, la aleación se calienta a una temperatura lo suficientemente alta como para disolver todos los átomos de soluto en una solución sólida monofásica. Segundo, la aleación se enfría rápidamente en un medio como el agua, que congela los átomos en su lugar, creando una solución sólida sobresaturada. Este estado es termodinámicamente inestable. Tercero, durante el envejecimiento (ya sea a temperatura ambiente o a una temperatura elevada), los átomos de soluto sobresaturado se difunden y se agrupan para formar partículas extremadamente pequeñas y coherentes de una nueva fase llamadas precipitados.

Estos precipitados actúan como poderosos obstáculos al movimiento de las dislocaciones, que son los principales portadores de la deformación plástica en los materiales cristalinos. La eficacia del refuerzo depende del tamaño, la forma y la distribución de estos precipitados. Inicialmente, a medida que se forman y crecen los precipitados, aumenta la resistencia. Sin embargo, si el proceso de envejecimiento se prolonga demasiado (sobreenvejecimiento), los precipitados se hacen demasiado grandes y pierden coherencia con la matriz, lo que permite que las dislocaciones los eludan más fácilmente, lo que provoca una disminución de la resistencia. Este proceso permite adaptar con precisión las propiedades mecánicas de una aleación.

UNESCO Nomenclature: 3308
- Metalurgia

Tipo

Proceso químico

Ruptura

Revolucionario

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Descubrimiento de dislocaciones en cristales por Vito Volterra y otros
  • Comprensión de la difusión en estado sólido y la ecuación de Arrhenius
  • desarrollo de hornos de tratamiento térmico controlado
  • Técnicas metalográficas para observar microestructuras, iniciadas por Henry Clifton Sorby

Aplicaciones

  • Aleaciones de aluminio de alta resistencia (por ejemplo, 2024, 7075) para estructuras de aeronaves
  • Aceros maraging para herramientas, carcasas de cohetes y trenes de aterrizaje
  • superaleaciones a base de níquel (por ejemplo, inconel 718) para álabes de turbinas de motores a reacción
  • Aleaciones de cobre-berilio para herramientas antichispas y resortes de alto rendimiento
  • aceros inoxidables especializados (por ejemplo, 17-4ph)

Patentes:

  • German Patent 244554

Ideas para posibles innovaciones

  • Impresión 4D de metales que se autofortalecen mediante precipitación controlada a lo largo del tiempo o en respuesta a estímulos
  • Aleaciones con múltiples etapas de precipitación para el fortalecimiento de múltiples niveles
  • Aleaciones sembradas con nanopartículas para controlar los sitios de nucleación de precipitados con alta precisión
  • in-situ precipitation hardening during fabricación aditiva procesos
  • alloys designed for ‘dynamic’ precipitation hardening during operational stress
  • implantes biomédicos que se endurecen con el tiempo en el cuerpo para igualar la rigidez ósea con el tiempo
  • self-healing alloys where precipitates form to ‘pin’ crack tips
  • Aleaciones con precipitados que pueden disolverse y reprecipitarse mediante calentamiento localizado
  • thermoelectric materials whose efficiency is enhanced by precipitate-induced phonon dispersión
  • Aleaciones magnéticas donde los precipitados crean sitios de fijación para los dominios magnéticos
Related to: precipitation hardening, age hardening, heat treatment, límite elástico, dislocation, precipitate, duralumin, superalloy, metallurgy, strengthening mechanism.

Contexto histórico

Endurecimiento por precipitación

1899-01-01
1900
1903
1906
1910
1910
1910
1897
1900
1900
1903-05-10
1910
1910
1910
1910

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

décimo año aniversario

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