Endurecimiento de aleaciones no ferrosas

Endurecimiento de aleaciones no ferrosas

 Algunas aleaciones no ferrosas son endurecibles y otras no. Ciertas aleaciones de aluminio se endurecen por precipitación, también conocida como endurecimiento por añejamiento. Un ejemplo es el aluminio aleado con hasta aproximadamente 4.5% de cobre. Este material se puede trabajar en caliente (laminado, forjado, etc.) a una temperatura particular y a continuación calentado y mantenido a una temperatura mas elevada, con el fin de forzar una dispersión aleatoria del cobre en la solución solida. A continuación es templado para capturar esa solución supersaturada a temperatura normal. La pieza subsecuentemente es recalentada a una temperatura por debajo de la temperatura de templado y se mantiene durante un largo tiempo, al tiempo que parte de la solución supersaturada se precipita e incrementa así la dureza del material.

Otras aleaciones de aluminio, de magnesio y de titanio, así como unas cuantas aleaciones de cobre, aceptan un tratamiento térmico similar. La resistencia de las aleaciones de aluminio endurecidas se acerca a la de los aceros al medio carbono. Ya que todo aluminio tiene mas o menos la tercera parte de la densidad del acero, las aleaciones de aluminio mas resistentes ofrecen relaciones mas elevadas de resistencia al peso que los aceros al bajo carbono.

Endurecimiento por precipitación: Aceros inoxidables

Los tratamientos térmicos por precipitación refuerzan los materiales permitiendo la liberación controlada de los constituyentes, para formar grupos de precipitados que mejoran significativamente la resistencia del componente.

Beneficios

Existe una gran multitud de aleaciones de acero inoxidable de fundición y forjado que pueden mejorar diversas características deseables mediante el tratamiento en solución o mediante el endurecimiento por envejecimiento de precipitación. Dichos tratamientos térmicos mejoran generalmente características tales como la resistencia mecánica a temperatura ambiente y/o a temperaturas elevadas y a la corrosión.

Aplicaciones y materiales

Las propiedades de los aceros inoxidables que pueden endurecerse por precipitación pueden mejorarse mediante la selección de los parámetros apropiados de tratamiento térmico. El uso del tratamiento en solución de tratamiento en forma aislada o el tratamiento en solución seguido por endurecimiento por envejecimiento de precipitación se utiliza comúnmente con aceros inoxidables que pueden endurecerse por precipitación.

Tratamiento en solución

• Durante el proceso de fabricación, la mayoría de materiales puede resultar endurecido, lo que limita la capacidad de procesar adicionalmente el material. El tratamiento en solución integrado en el proceso (alivio de las tensiones) puede reducir esta condición de endurecimiento, permitiendo la aplicación del tratamiento posterior.
• Los procesos de fabricación como la soldadura fuerte, la soldadura o el corte mediante láser/llama pueden afectar negativamente las propiedades de los materiales, impacto que se puede invertir mediante un tratamiento en solución previo al procesamiento adicional.
• Los procesos de fabricación pueden resultar en el inicio prematuro del proceso de endurecimiento por envejecimiento de precipitación, que puede invertirse mediante una nueva aplicación de tratamiento en solución antes del procesamiento adicional.
• No se recomienda poner en servicio los materiales sometidos únicamente a tratamiento en solución debido a que la presencia de martensita no revenida puede producir rupturas debidas a la fragilidad y una pérdida indeseable en la resistencia a la corrosión. Ejemplos de estos son 15-5PH, 17-4PH y PH13-8Mo.

Endurecimiento por envejecimiento de precipitación

• El desarrollo de las propiedades del material final para satisfacer los criterios específicos de diseño de piezas requiere que el material (fundición/forjado) sea sometido a un ciclo de tratamiento prolongado, a una temperatura inferior, para que pueda desarrollarse una microestructura específica de la aleación; este proceso se denomina endurecimiento por envejecimiento de precipitación.
• Normalmente este paso se realiza casi al final o al final del proceso de fabricación, ya que el proceso de tratamiento térmico da como resultado un aumento significativo de la dureza del material y se produce una determinada cantidad predecible de variación en el tamaño (contracción) que debe tenerse en cuenta. Los costes de mecanizado pueden aumentar drásticamente si éste debe realizarse tras el endurecimiento por envejecimiento de precipitación.
• Ejemplos típicos de materiales son: 15-5PH, 17-4PH, 17-7PH y martensítico 250.
• Las designaciones típicas de los tratamientos térmicos son H900 o H1075, donde H900 indica envejecimiento a 900 °F durante una hora y H1075 indica envejecimiento a 1.075 ºF durante 4 horas. En todos los casos es importante empezar con un material que haya sido sometido a tratamiento en solución, lo que comúnmente se conoce como Condición A.

Detalles del proceso

• El tratamiento en solución se lleva normalmente a cabo a temperaturas que varían desde los 1700 hasta los 1.065,56°C en vacío, seguido por un enfriamiento rápido mediante ventilador de gas a temperatura ambiente. Generalmente el material debe ser enfriado por debajo de los 90 °F (o una temperatura inferior, en algunos casos) antes del procesamiento adicional.
• Un grupo de aleaciones de metaestable (17-7PH, por ejemplo) requiere varias etapas intermedias de procesamiento tras el tratamiento en solución para obtener las propiedades deseadas antes de realizar el endurecimiento por envejecimiento de precipitación. Estos pasos incluyen un tratamiento de acondicionamiento de la austenita y el congelamiento, para garantizar la transformación completa de la austenita en martensita.
• El endurecimiento por envejecimiento de precipitación se lleva normalmente a cabo a temperaturas que varían entre los 900 y os 1.150°F en vacío, en atmósfera inerte o al aire, para tiempos de retención que van desde 1 hasta 4 horas, dependiendo del material y las características especificados.
• Las especificaciones industriales aplicables incluirían SAE AMS 2759/3.