Metalurgia de Aleaciones: Microconstituyentes, Endurecimiento y Tratamientos Térmicos Clave

Conceptos Fundamentales en Metalurgia de Aleaciones

Microconstituyentes y Fases en Aleaciones

Microconstituyente: Fase o mezcla de fases en una aleación que tiene una apariencia distintiva.

Precipitado o fase dispersa: Fase sólida que se genera en la fase original de la matriz cuando se rebasa el límite de solubilidad.

Rango de misibilidad: Región en un diagrama de fases en la cual dos fases, que tienen en esencia la misma estructura, no se mezclan o no tienen solubilidad mutua. Esto aplica a intermetálicos: a temperaturas altas mantienen buena resistencia y ductilidad.

Endurecimiento por Envejecimiento o Precipitación

El endurecimiento por envejecimiento puede producir un precipitado coherente.

Precipitado coherente: Los planos de los átomos en la estructura cristalina del precipitado están relacionados con los planos en la estructura cristalina de la matriz.

El endurecimiento por envejecimiento o precipitación se produce por una secuencia de transformaciones de fase que conduce a una dispersión uniforme de precipitados coherentes de tamaño fino en una matriz más blanda y dúctil. Por ejemplo, en el aluminio con envejecimiento, el límite de esfuerzo a la fluencia puede incrementarse de 20.000 a 60.000 psi.

Etapas del Endurecimiento por Envejecimiento:

1. Tratamiento por solubilización: Primer paso para un tratamiento térmico de endurecimiento por envejecimiento. La aleación se calienta por arriba de la temperatura de solvus para disolver cualquier segunda fase y producir una estructura homogénea de una sola fase.

2. Templado: La estructura que solo contiene la fase alfa se enfría rápidamente. Los átomos no tienen tiempo para irse a sitios de nucleación potenciales y no se forma la fase theta.

3. Envejecimiento: Los átomos solo alcanzan a difundirse cortas distancias, permitiendo la formación de precipitados finos.

Requisitos para el Endurecimiento por Precipitación:

• El sistema de aleación debe mostrar una solubilidad sólida decreciente al reducirse la temperatura.
• La matriz deberá ser relativamente blanda y dúctil, y el precipitado duro y frágil.
• La aleación debe poder templarse.
• Debe formarse un precipitado coherente.

Diagrama de Transformación Tiempo-Temperatura (TTT)

El Diagrama TTT permite predecir la estructura, las propiedades y el tratamiento térmico para los aceros.

• Ps: Inicio de la perlita (austenita, donde empieza la transformación a ferrita y cementita).
• Pf: Fin de la perlita.

Cuando la temperatura disminuye a 727 °C, aumenta la velocidad de nucleación y se reduce la velocidad de crecimiento eutectoide. La perlita (P) se forma a temperaturas superiores a 550 °C, mientras que la bainita (B) se forma a temperaturas inferiores.

Tratamientos Térmicos en Aceros

Las propiedades de los aceros, determinadas por endurecimiento por dispersión, dependen de la cantidad, tamaño, forma y distribución de la cementita. Estos factores se controlan mediante la aleación y el tratamiento térmico.

Tipos de Recocido y Normalizado:

• Un recocido intermedio recristaliza los aceros trabajados en frío.

• El recocido, que comprende un enfriamiento lento en horno después del austenizado, obtiene una estructura perlítica gruesa.

• El normalizado, que comprende el enfriamiento al aire después del austenizado, genera una estructura perlítica fina con una mayor resistencia en comparación con el recocido.