Universidad Nacional Autnoma de Mxico

Facultad de Qumica

Departamento de Ingeniera Metalrgica

Introduccin a la Ciencia e Ingeniera de Materiales

Enseanza Prctica

Informe de:

Endurecimiento por precipitacin.

N de Prctica: 5

Nombre de los Alumnos:

Bautista Zequera Csar Daniel

Eligio Calixto Wendy Denise

Marcial Bazaldua Enrique Q

Nombre del Profesor: Balbina Ojeda Ramrez

Grupo: 6

Semestre lectivo: 2016-1

Objetivos:

Determinar un cambio en las propiedades mecnicas del material al ser someter a una aleacin al tratamiento trmico

llamado Endurecimiento por precipitacin. Aumentar la resistencia de una aleacin mediante el procedimiento de endurecimiento por envejecimiento o precipitacin.

Hiptesis:

Crear en una aleacin tratada con calor una dispersin densa y fina de partculas precipitadas en una matriz de metal

deformable para conferirle un aumento de dureza y para que una aleacin pueda reforzarse por precipitacin para ciertas

composiciones, deber de existir una solucin slida cuya solubilidad disminuya a medida que baje la temperatura.

Las partculas precipitadas debern de actuar como obstculos que se opongan al movimiento de dislocaciones, favoreciendo

as la aleacin sometida a tratamiento trmico.

Desarrollo:

1. Se pes la cantidad requerida para las aleaciones Al-Cu

2. Se coloc primeramente el cobre en el crisol para posteriormente introducirlo a la mufla debido a que este es el

elemento con ms alto punto de fusin (1084C).

3. Al terminar de fundirse la muestra de cobre, se sac de la mufla el crisol y se agreg el aluminio para continuar

con la fundicin, finalmente, se verti la aleacin fundida en el molde para su solidificacin.

4. Al terminar de fundir el cobre, Se dej enfriar la aleacin y se hizo el tratamiento calentando las probetas a

distintos tiempos con dos temperaturas diferentes (150 y 230) y templando con agua pasado el tiempo sugerido.

5. Se realiz la preparacin metalogrfica de cada pieza utilizando para pulir los calibres de lijas desde 240 hasta

2000 y pao metalogrfico para despus atacar las piezas qumicamente con el objetivo de revelar la microestructura.

Resultados:

Tabla 1. Registro de clculos realizados para la determinacin de la masa de cada elemento aleante..

Aleacin Al-Cu

de Al [g/cm3]: de Cu [g/cm3]: Vol. Contenedor [cm3]

2.69 8.96 10.57

Composicin Al

[%]

Densidad de la aleacin [] Masa de la aleacin [g]

Masa Al

[g]

Masa Cu

[g]

100 2.69 28.4333 28.4333 0

95 3.0035 31.746995 30.1596453 1.58734975

Grfica 1. Grfica de cambio de dureza mediante el tratamiento de endurecimiento por precipitacin en diferentes tiempos.

Anlisis de resultados:

Es importante mencionar que la matriz (el aluminio) es un metal blando y dctil, posee una densidad de 2.69 g/cm3. Al

haberle agregado un porcentaje de cobre que fuera an soluble en el aluminio este modific las propiedades iniciales de la

matriz, confirindole un aumento en la dureza.

S se observa la fotografa de la probeta testigo (fotografa 16), se observa con claridad los lmites de grano y alrededor de

estos lmites de grano se encuentran unos pequeos puntos, estos puntos son el precipitado de cobre.

Posteriormente ocho probetas fueron sometidas al proceso de endurecimiento por envejecimiento (o tambin conocido por

precipitacin) y debido a que la microestructura de las ocho piezas no cambia de una manera considerable slo se realiz la

preparacin metalogrfica a la primera y ltima pieza (de cada temperatura respectivamente). Las primeras probetas que

fueron retiradas (fotografa 17 y fotografa 18) de dos temperaturas diferentes (240C y 140C respectivamente) se observa

una diferencia tanto en la dureza como en la microestructura. Mientras que la dureza promedio de la probeta de la fotografa

17 es de 99.9 (HRH), la dureza promedio de la probeta de la fotografa 18 es menor, con una valor de 90.36 (HRH). Ya que

la probeta de la fotografa 17 se encontraba a una temperatura de 240C la dispersin de las partculas del precipitado fue

mayor en comparacin que la probeta de la fotografa 18. Y de acuerdo a la hiptesis, al estar ms dispersas las partculas

le conferirn mayor dureza. Y debido a que la probeta de la fotografa 18 se encontraba a una temperatura de 140C (de

acuerdo a lo establecido en la hiptesis) no habr una solubilidad considerable del cobre para que este comience a precipitar

y por ende a precipitarse.

Conforme aumenta el tiempo de envejecimiento se forman zonas de precipitacin y su tamao aumenta, con lo cual la

aleacin se vuelve ms resistente, ms dura y menos dctil. La dureza de las probetas retiradas dos horas despus de ser

colocadas al tratamiento tienen un valor mayor que las probetas de las fotografas 17 y 18 (Ver grfica 1). Aunque la dureza

de la probeta a temperatura de 240C no tiene un aumento considerable con respecto a la probeta anterior, la probeta de la

temperatura de 140C s presenta un gran aumento de dureza en comparacin con la pieza anterior a esa misma temperatura,

ya que el tiempo en el que se dej la probeta en el tratamiento gener que el cobre se solubilizar y pudiera precipitarse.

La dureza de las piezas que fueron retiradas posterior a las tres horas de tratamiento comenzaron a presentar diferencias en

cuanto al valor de dureza (ver grfica 1), ya que: mientras la dureza en la probeta de la temperatura a 240C aumenta, la

probeta de la temperatura a 140C comienza a disminuir. La posible causa de la disminucin de dureza en la probeta retirada

del proceso a una temperatura de 140C: a pesar que es una temperatura relativamente baja, se solubiliz un porcentaje de

cobre y al estar demasiado tiempo en el proceso, la aleacin comenz a sobre-envejecerse generando que el poco precipitado

que se form colapsara y comenzar a disminuir la dureza que haba adquirido. Mientras que en la probeta que fue retirada

77

82

87

92

97

102

107

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Dure

za H

RH

Tiempo [hrs.]

Envejecimiento de la aleacin Al-5%Cu

240C 140C

a una temperatura de 240C tena un aumento de dureza debido a que segua solubilizando el cobre y por ende segua

formando precipitado.

Finalmente con las ltimas probetas retiradas cuatro horas despus del inicio del tratamiento: ambas tienen una disminucin

de dureza. Por parte de la probeta retirada de una temperatura de 140C se esperaba que siguiera ese comportamiento debido

a que la probeta anterior comenzaba con esa disminucin de dureza. Y con la probeta a una temperatura de 240C lo que

gener que la dureza comenzara a disminuir fue que comenz el sobre-envejecimiento de la probeta: ya haba solubilizado

el cobre por completo, este ya haba precipitado y dispersado y al continuar con el tratamiento el precipitado comenz a

colapsar generado una disminucin de dureza.

Se observa en la grfica 1 un comportamiento relativamente ideal de acuerdo a lo consultado en la literatura, slo que hay

puntos en los cuales el cambio de dureza (ya sea aumento o decremento) se encuentran un tanto disparadas o cercanas. Las

posibles razones pueden ser: el mal funcionamiento de la mufla o la realizacin de la aleacin (que hayan confundido las

masas entre las aleaciones).

Conclusiones:

Se logr conferir un aumento de dureza en la aleacin al someterla al tratamiento de endurecimiento por precipitacin.

Bibliografa:

ASKELAND, Donald R. Ciencia e Ingeniera de los materiales. Cuarta edicin. Editorial Thomson. Mxico, 2004.

Pginas: 423-432, 440-450, 458, 737.

SMITH, William F. []. Fundamentos de la Ciencia e Ingeniera de los Materiales. Quinta edicin. Editorial McGraw-

Hill. Mxico, 2014.

Pginas: 227-232, 236-238, 404, 737.

ADQUISICIN DE LOS DIAGRAMAS DE FASES:

AMERICAN SOCIETY FOR METALS. Metals HandBook: Metallography, structures and phases diagrams. Vol. 8.

United States of America, 1973.

Pginas: 256-257, 259, 260, 263, 273, 330, 334, 336.

AMERICAN SOCIETY FOR METALS. Especiality handbook: Copper and copper alloys United States of America,

1995.

Pginas: 208, 370-371.