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Endurecimiento por precipitación

1906
  • Alfred Wilm
Metallurgist analyzing aluminum alloy sample demonstrating precipitation hardening effects.

Precipitation hardening, or age hardening, is a heat treatment process that increases the límite elástico of malleable materials. It involves heating an alloy to dissolve solute elements (solutionizing), rapidly cooling (quenching) to trap them in a supersaturated solid solution, and then aging at a lower temperature to allow fine particles of a second phase (precipitates) to form, which obstruct dislocation movement.

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.

These precipitates act as powerful obstacles to the movement of dislocations, which are the primary carriers of plastic deformation in crystalline materials. The effectiveness of the strengthening depends on the size, shape, and distribution of these precipitates. Initially, as precipitates form and grow, the strength increases. However, if the aging process continues for too long (over-aging), the precipitates become too large and lose coherency with the matrix, allowing dislocations to bypass them more easily, which leads to a decrease in strength. This process allows for the precise tailoring of an alloy’s mechanical properties.

UNESCO Nomenclature: 3308
– Metallurgy

Tipo

Proceso químico

Disrupción

Revolucionario

Utilización

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

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