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Indurimento da precipitazione

1906
  • Alfred Wilm
Metallurgista analizza un campione di lega di alluminio dimostrando gli effetti dell'indurimento per precipitazione.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Precipitation hardening, or age hardening, is a heat treatment process that increases the limite di snervamento of malleable materials. It involves heating an lega 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.

La scoperta dell'indurimento per precipitazione da parte di Alfred Wilm fu casuale. Mentre studiava una lega di alluminio contenente rame, magnesio e manganese (in seguito chiamata Duralluminio), notò che la sua durezza aumentava nel giro di diversi giorni dopo la tempra, anche a temperatura ambiente. Questo fenomeno è ora compreso come un processo in tre fasi. In primo luogo, nel trattamento di soluzione, la lega viene riscaldata a una temperatura sufficientemente elevata da sciogliere tutti gli atomi di soluto in una soluzione solida monofasica. In secondo luogo, la lega viene temprata rapidamente in un mezzo come l'acqua, che congela gli atomi in posizione, creando una soluzione solida sovrasatura. Questo stato è termodinamicamente instabile. In terzo luogo, durante l'invecchiamento (a temperatura ambiente o a temperatura elevata), gli atomi di soluto sovrasaturi diffondono e si raggruppano per formare particelle estremamente piccole e coerenti di una nuova fase chiamata precipitato.

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
– Metallurgia

Tipo

Processo chimico

Interruzione

Rivoluzionario

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • scoperta delle dislocazioni nei cristalli da parte di Vito Volterra e altri
  • comprensione della diffusione allo stato solido e dell'equazione di Arrhenius
  • sviluppo di forni per trattamento termico controllato
  • tecniche metallografiche per l'osservazione delle microstrutture, introdotte da Henry Clifton Sorby

Applicazioni

  • leghe di alluminio ad alta resistenza (ad esempio, 2024, 7075) per strutture aeronautiche
  • acciai Maraging per utensili, involucri di razzi e carrelli di atterraggio
  • superleghe a base di nichel (ad esempio, inconel 718) per pale di turbine di motori a reazione
  • leghe di rame-berillio per utensili antiscintilla e molle ad alte prestazioni
  • acciai inossidabili specializzati (ad esempio, 17-4ph)

Brevetti:

  • German Patent 244554

Idee e potenziali innovazioni

  • Stampa 4D di metalli che si auto-rafforzano tramite precipitazione controllata nel tempo o in risposta a stimoli
  • leghe con più stadi di precipitazione per il rinforzo multilivello
  • leghe seminate con nanoparticelle per controllare i siti di nucleazione dei precipitati con elevata precisione
  • in-situ precipitation hardening during produzione additiva processi
  • alloys designed for ‘dynamic’ precipitation hardening during operational stress
  • impianti biomedici che si induriscono con l'invecchiamento nel corpo per adattarsi alla rigidità ossea nel tempo
  • self-healing alloys where precipitates form to ‘pin’ crack tips
  • leghe con precipitati che possono essere disciolti e riprecipitati mediante riscaldamento localizzato
  • thermoelectric materials whose efficiency is enhanced by precipitate-induced phonon diffusione
  • leghe magnetiche in cui i precipitati creano siti di ancoraggio per domini magnetici
Related to: precipitation hardening, age hardening, heat treatment, limite di snervamento, dislocation, precipitate, duralumin, superalloy, metallurgy, strengthening mechanism.

Contesto storico

Indurimento da precipitazione

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

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

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