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Endurecimento por precipitação

1906
  • Alfred Wilm
Metalúrgico analisando amostra de liga de alumínio demonstrando efeitos de endurecimento por precipitação.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

O endurecimento por precipitação, ou endurecimento por envelhecimento, é um processo de tratamento térmico que aumenta a resistência ao escoamento de materiais maleáveis. Consiste em aquecer uma liga para dissolver elementos solutos (solubilização), resfriá-los rapidamente (têmpera) para aprisioná-los em uma solução sólida supersaturada e, em seguida, envelhecê-los a uma temperatura mais baixa para permitir a formação de partículas finas de uma segunda fase (precipitados), que obstruem o movimento das discordâncias.

A descoberta do endurecimento por precipitação por Alfred Wilm foi acidental. Ao estudar uma liga de alumínio contendo cobre, magnésio e manganês (posteriormente denominada duralumínio), ele notou que sua dureza aumentava ao longo de vários dias após o resfriamento rápido, mesmo à temperatura ambiente. Esse fenômeno é hoje compreendido como um processo de três etapas. Primeiro, no tratamento de solubilização, a liga é aquecida a uma temperatura suficientemente alta para dissolver todos os átomos do soluto em uma solução sólida monofásica. Segundo, a liga é resfriada rapidamente em um meio como a água, que congela os átomos em seus lugares, criando uma solução sólida supersaturada. Esse estado é termodinamicamente instável. Terceiro, durante o envelhecimento (seja à temperatura ambiente ou a uma temperatura elevada), os átomos do soluto supersaturado se difundem e se aglomeram para formar partículas extremamente pequenas e coerentes de uma nova fase, chamadas precipitados.

Esses precipitados atuam como poderosos obstáculos ao movimento de discordâncias, que são as principais responsáveis ​​pela deformação plástica em materiais cristalinos. A eficácia do reforço depende do tamanho, da forma e da distribuição desses precipitados. Inicialmente, à medida que os precipitados se formam e crescem, a resistência aumenta. No entanto, se o processo de envelhecimento continuar por muito tempo (envelhecimento excessivo), os precipitados tornam-se muito grandes e perdem a coesão com a matriz, permitindo que as discordâncias os contornem com mais facilidade, o que leva a uma diminuição da resistência. Esse processo permite o ajuste preciso das propriedades mecânicas de uma liga.

UNESCO Nomenclature: 3308
Metalurgia

Tipo

Processo Químico

Interrupção

Revolucionário

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • descoberta de deslocamentos em cristais por Vito Volterra e outros
  • Compreensão da difusão em estado sólido e da equação de Arrhenius
  • desenvolvimento de fornos de tratamento térmico controlado
  • Técnicas metalográficas para observação de microestruturas, pioneiras de Henry Clifton Sorby.

Aplicações

  • ligas de alumínio de alta resistência (ex.: 2024, 7075) para estruturas de aeronaves
  • Aços maraging para ferramentas, revestimentos de foguetes e trens de pouso.
  • Superligas à base de níquel (ex.: Inconel 718) para pás de turbina de motores a jato.
  • Ligas de cobre-berílio para ferramentas anti-faísca e molas de alto desempenho.
  • aços inoxidáveis ​​especiais (ex: 17-4ph)

Patentes:

  • German Patent 244554

Ideias de Inovação Potencial

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Relacionado a: endurecimento por precipitação, endurecimento por envelhecimento, tratamento térmico, limite de escoamento, deslocamento, precipitado, duralumínio, superliga, metalurgia, mecanismo de reforço.

Contexto histórico

Endurecimento por precipitação

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

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

Princípios relacionados à invenção, inovação e tecnologia

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