Endurecimiento por precipitación
El endurecimiento por precipitación, o endurecimiento por envejecimiento, es un proceso de tratamiento térmico que aumenta el límite elástico de los materiales maleables. Consiste en calentar una aleación para disolver los elementos solutos (solubilización), enfriarla rápidamente (temple) para atraparlos en una solución sólida sobresaturada y, posteriormente, envejecerla a menor temperatura 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
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)
Ideas para posibles innovaciones
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Relacionado con: endurecimiento por precipitación, endurecimiento por envejecimiento, tratamiento térmico, límite elástico, dislocación, precipitado, duraluminio, superaleación, metalurgia, mecanismo de fortalecimiento.