Aleaciones No Ferrosas
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Aleaciones no ferrosas
• Aleaciones base Al• Aleaciones base Cu• Aleaciones base Mg• Aleaciones base Ti• Aleaciones base Ni
Aleaciones forjadas (wrought alloys) : aquellas que permiten ser trabajadas mecánicamente
Aleaciones para fundición (cast alloys) : aquellas que no permiten ser trabajadas mecánicamente (frágiles) piezas coladas
Aleaciones base Al
Principales ventajas:• Baja densidad (2,7 g/cm3)• Alta conductividad eléctrica y térmica• Resistencia a la corrosión (en ambientes comunes; p. ej. al aire)• Se puede trabajar en frío (cuando es relativamente puro)
Desventajas:• Baja temperatura de fusión limita la máxima temperatura de
trabajo.
Mecanismos de endurecimiento: (con ambos disminuye la resistencia a la corrosión)
• trabajado en frío • aleado
endurecimiento por solución sólida (Zn, Mg)endurecimiento por precipitación (aleaciones
termoenvejecibles, “heat treatable”) (Cu, Mg, Zn, Si)
Aleaciones de fundición:
Ej: 356 Al -7%Si - 0.3%Mg 380 Al- 9%Si - 3.5%Cu (hipoeutécticas)
Aleaciones forjadas:
1xxx:: Al > 99%
2xxx: Al - Cu; endurecimiento por precipitación
3xxx: Al - Mn; no tratable térmicamente
4xxx: Al - Si ; no tratable térmicamente
5xxx: Al - Mg; endurecimiento por solución sólida
6xxx: Al - Mg - Si; endurecimiento por precipitación
7xxx: Al – Zn - Mg; endurecimiento por precipitación
8xxx: Al-Li (desarrollos recientes) ; Al-Fe (CFe > 1% ; foils)
Nomenclatura de tratamientos termomecánicos: (algunos ejemplos)T2: enfriado al aire, trabajado en frío, envejecido naturalmente (a TAMB) T3: solubilizado, trabajado en frío y envejecido natural (a TAMB)T4: solubilizado y envejecido naturalmente (a TAMB)T6: solubilizado y envejecido artificialmente
Ej: Al 2024 T6
Tratamiento térmico típico
Al
TSOL
TEA
T
TAMB
TSOL
TEA
tiempo
TAMB
T
X
TSOL : temperatura de solubilizado
TAMB : temperatura de envejecimiento natural
TEA : temperatura de envejecimiento artificial
Endurecimiento por precipitación
Nucleación Crecimiento
Coarsening: las partículas grandes crecen a expensas de las pequeñas. Reducción de la energía de interfase.
Evolución de la microestructura durante el envejecimiento artificial
Al-2.4at.%Cu, 191 °C
80
85
90
95
100
105
110
115
120
0.2 1 10
100
100
0
200
0
Brin
ell H
ard
ness
Aging Time, hours
Evolución de la dureza como función del tiempo de envejecimiento artificial
Tsol ~ 500ºC
Secuencia de precipitación
Al-Cu
(SSS) → GP → ” → ` → (eq.)
coherencia
Estabilidad
GP: Zonas de Guinier-Preston
J. M. Silcock, et al. JIM 82 (1953-54), 239; Fuente: Porter - Shewmon
Evolución de la dureza vs. tiempo de envejecimiento artificial en Al-Cu. Formación de fases intermedias.
Evolución de la dureza vs. tiempo de envejecimiento artificial en Al-Cu. Formación de fases intermedias.
J. M. Silcock, et al. JIM 82 (1953-54), 239; Fuente: Porter - Shewmon
Aplicaciones:
• conductores eléctricos (transmisión de energía)
• transporte (automóviles, trenes, aviones, satélites)
• construcción (perfiles de carpintería, etc. )
• utensilios de cocina (cacerolas)
• empaque (papel de aluminio, etc.)
• latas de bebidas
Equipos para almacemaniento de alimentos, intercambiadores de calor.
Utensilios de cocina, recipientes de presión, tuberíasTanqes de combustibles, conductos para combustibles en aviones, remaches, alambre.
Estructuras de aviones, remaches, ruedas de camión.
Camiones, canoas, vagones de tren, muebles, tuberías.
Componentes estructurales de aviones y otras aplicaciones con altas cargas
6063 1.0Mg, 0.6Si, T4 160 90 21 Perfiles para carpintería Cu, Cr
Callister
Callister
continuación…
Volantes, ruedas de omnibus y aviones, camisas de pistón
Cajas de cambios, Block de motor, refrigerado por agua
Estructuras de aviones, tanques criogénicos
Estructuras de aviones, con alta resistencia al daño.
8006 > 1% Fe Foils de hasta 6 micrones de espesor
Equiaxed alpha grains in the interior of a super-pure aluminum specimen anodized with Barker’s reagent, 30 V dc, 2 min. Viewed with crossed polarized light plus
sensitive tint. Original at 50X. The dark spots are intermetallic phases.
Super-Pure Aluminum
G. Vander Voort
As-cast 319 aluminum (Al – 6.0% Si – 3.5% Cu) tint etched with Keller’s reagent revealing the intermetallic precipitates (Al-Fe-Si; “Chinese script”).
G. Vander Voort
50 µm
100 nm
Aleación comercial base Al-Cu (2219): 3h 190ºC. Precipitados de fase intermedia “.
Imagen de microscopía electrónica de transmisión.
Precipitados de Al-Li-Sc-Zr (core-shell)
Tolley-Radmilovic
Aleaciones base Cu
• Permiten trabajado en frío (fcc).• Resistentes a la corrosión.• La mayoría son endurecidas por trabajado mecánico o por solución
sólida.
Latón: Cu-Zn (las más usadas)
• solución sólida sustitucional, hasta 35% fase (fcc);• blanda • dúctil • se puede endurecer por trabajado en frío.
Cu-Zn (latones) con mayor contenido de Zn: microestructura (fcc) +
´(bcc, B2): se puede endurecer por trabajado en caliente.
Cu-Sn bronces (permiten trabajado en frío)
Cu “puro” Tratamiento térmico: recocido(electrolítico)
Cu-Be endurecimiento por precipitación; muy buenas propiedadesalta resistencia mecánica, alta conductividad eléctrica, alta resistencia a la corrosión,resistencia al desgaste (con lubricante adecuado)se puede colar, o trabajar en frío o calientePERO… alto costo (alear con Be es caro, el Be es muy
venenoso)
(Fundición)
(Aleaciones Forjadas)
Callister
Alambre conductor, remaches,Ollas, clavos.
Tren de aterrizaje de avionesResortes, fuelles, válvulas, diafragmas
Cuerpo de radiador de automotor, componentes de municiones, cuerpos de linternas,
Fuelles, discos de embrague, resortes, barras para soldadura
Componentes de intercambiadores de calor, tuberías para agua de mar.
Mueblería, componentes de radiadores, portalámparas.
Rulemanes, aros de pistón, engranajes.
Rulemanes, aros de pistón, engranajes, asientos de válvula.
Wrought, cold worked and annealed (600 °C, 1112 °F) Cu – 10% Zn. The structure, which is not fully revealed, consists of FCC alpha grains and
annealing twins. Original at 100X (potassium dichromate etch).
G. Vander Voort
Wrought cartridge brass, Cu-30% Zn, cold reduced 50%, revealing heavily cold worked FCC grains (note slip lines) and annealing twins. Tint etched with Klemm’s
I reagent (Original at 100X, crossed polarized light plus sensitive tint).
G. Vander Voort
Wrought Cartridge Brass, Cu – 30% Zn, Cold Reduced 50%, Annealed at 704 °C (1300 °F) – 30 min. Fully recrystallized, and grown, equiaxed FCC grains with annealing twins. Tint
etched with Klemm’s III reagent. Original at 50X, polarized light and sensitive tint.
G. Vander Voort
Dendritic structure of chill-cast phosphor bronze (Cu – 10% Sn – 0.5% P) etched with Klemm’s III reagent. Original at 100X.
G. Vander Voort
Wrought Phosphor Bronze, Cu – 5% Sn – 0.15% P, Cold Drawn. Heavily cold-worked, elongated FCC grains (note slip lines). Tint etched with Klemm’s II.
Original at 200X, polarized light and sensitive tint. G. Vander Voort
Wrought, annealed and cold drawn alpha/beta brass, Cu – 40% Zn (longitudinal axis is vertical). Note the elongation in the grains. It was tint etched with Klemm’s I which colors the
beta phase. There is a light coloring of the alpha grains and the annealing twins and slip lines are visible. Knoop testing revealed 178 HK in the alpha and 185 HK in the beta phase.
Original at 500X.G. Vander Voort
Aleaciones base Mg: muy baja densidad (1,7 g/cm3), alta maquinabilidad
Nomenclatura de aleaciones base Mg
AM: Mg-Al-Mn
AZ: Mg-Al-Zn
AS: Mg-Al-Si
ZK: Mg-Zn-Zr
HK: Mg-Th-Zr
hcp (fcc)
Al Mg
Aleaciones base Mg
Estructuras y tuberías, protección catódica
Componentes forjados de alta resistencia en aviones
Componentes de automóviles, aparatos electrónicos
Llantas de autos
Aplicaciones de alta resistencia al creep .
Callister
Ventajas• alto punto de fusión (1668ºC)• más liviano que el acero (densidad 4,5 g /cm3)• alta resistencia mecánica y resistencia mecánica específica (TS/) aplicaciones de alta temperatura; industria aeroespacial aplicaciones en medicina (implantes)
Desventajas• alto costo
• Aleantes: estabilizadores de fase (Al); estabilizadores de fase (V)
Aleaciones base Ti
Ti
hcp ()
bcc ()
T
Al: estabiliza la fase (hcp)(también O, C y N)
bcc
hcp
V: estabiliza la fase (bcc) (también Cr, Mo, Mn, Fe, Ta)
Reed Hill - Abbaschian
Aleaciones de Ti
Aleaciones : Ti-Al Se endurecen por trabajado en calienteSoldables, dúctiles
Aleaciones / : Ti-Al-VTT: templado desde el campo + y recocido a
temperatura moderada.Tienen mayor resistencia (debido a la presencia de fase )
Aleaciones : Ti-V Se pueden endurecer por precipitación (precipitados de fase
). Combinan alta resistencia y tenacidad
La mejor combinación de resistencia y tenacidad: Fuselaje de avión de alta resistencia
Aplicaciones en cohetes y fuselajes de alta resistencia
Prótesis , implantes, equipamiento industria química
Componentes forjados de motores de reacción
Componentes de motores de reacción, equipamiento resistente a la corrosión para industrias marina y química
Equipamiento para procesos químicos, con buena resistencia mecánica hasta 480ºC
Wikipedia
Implantes de Ti
Microstructure of CP Ti, ASTM F 67, Grade 4 (longitudinal plane, specimen was annealed at 704 °C) prepared using the three-step method and etched with Kroll’s
reagent to reveal the grain structure.
Ti - Alpha Alloys
G. Vander Voort
50 µm
Ti - Alpha Prime Martensite
Bright Field Nomarski DIC
Alpha prime (α´) martensite in Ti – 3% Cr heated to 1038 °C, held 15 minutes, and water quenched. The specimen was etched with Kroll’s
reagent and viewed with bright field and Nomarski DIC.
G. Vander Voort
20 µm 20 µm
Microstructure of wrought Ti – 6% Al – 4% V, heated to 1010 °C and slow cooled, prepared using the three-step method and etched with Kroll’s reagent to reveal a
very coarse alpha-beta matrix structure.
Alpha/Beta Alloys
100 m 50 m
Aleaciones base Ni
Ventajas: alta resistencia a la corrosión, alta resistencia mecánica
Monel: Ni-33%Cu ; el Cu aumenta la formabilidad.Aplicaciones en industria química, farmacéutica,
etc.
Constantán: Ni-55%Cu ; alta resistencia eléctrica, Aplicaciones en termopares
Nichrome: Ni-16Cr-24Fe Aplicaciones como conductores para calefactores
Inconel: Ni-16%Cr-8%FeInconel X: Ni-Cr-Fe-Ti-Al (endurecimiento por precipitación)
Aplicaciones de alta temperatura
Diagrama de fases Ni-Cu: solubilidad total
Microstructure of as-cast Monel, Ni – 30% Cu, etched with Beraha’s reagent (50 mL water – 50 mL HCl – 2 g NH4FHF – 1 g K2S2O5.
G. Vander Voort
200 µm
Monel - Ni
Diagrama de fases Ni-Al: varios compuestos intermetálicos
´
‘
H. Bhadeshia – Cambridge Lecture 12
superdislocationH. Bhadeshia – Cambridge Lecture 12
´
H. Bhadeshia – Cambridge Lecture 12
Microstructure of Ti – 3% Al – 8% V – 6% Cr – 4% Mo – 4% Zr prepared using the three-step method and etched with Kroll’s reagent to reveal the beta grain
structure. A few grain boundary films of alpha can be seen.
Ti - Beta Alloys
G. Vander Voort
50 µm