¿Qué es el endurecimiento por edad?
Sep 29, 2020
¿Qué es el endurecimiento por envejecimiento en los metales?
El endurecimiento por envejecimiento, también conocido como endurecimiento por precipitación, es un tipo de tratamiento térmico que se utiliza para impartir resistencia a los metales y sus aleaciones. Se llama endurecimiento por precipitación porque utiliza impurezas sólidas o precipitados para el proceso de fortalecimiento. El metal se envejece calentándolo o manteniéndolo almacenado a temperaturas más bajas para que se formen precipitados. El proceso de envejecimiento fue descubierto por Alfred Wilm.
El endurecimiento por envejecimiento (endurecimiento por precipitación) se basa en un procesamiento térmico controlado para aumentar la resistencia mecánica en aleaciones de metales maleables, como los aceros inoxidables endurecidos por precipitación-(p. ej.,17-4PH, 15-5PH) y superaleaciones a base de níquel (p. ej.,Inconel 718, Monel K500). Regido por las normas ASTM, ASME y AMS, el proceso implica tratamiento de solución, enfriamiento rápido y envejecimiento controlado. Esta secuencia precipita finas fases secundarias que bloquean los movimientos de dislocación dentro de la red cristalina, lo que proporciona una durabilidad excepcional, capacidades de carga de alta-temperatura-y resistencia a la deformación sin sacrificar la integridad estructural.
Los metales maleables y las aleaciones de níquel, magnesio y titanio son adecuados para el proceso de endurecimiento por envejecimiento. A través del proceso de endurecimiento por envejecimiento se aumentan el límite elástico y el límite elástico. Los precipitados que se forman inhiben el movimiento de dislocaciones o defectos en la red cristalina de los metales. Los metales y aleaciones deben mantenerse a altas temperaturas durante muchas horas para que se produzca la precipitación; de ahí que este proceso se llame endurecimiento por edad.
¿Cómo funciona el endurecimiento por edad?
Los pasos del proceso de endurecimiento por edad-son los siguientes: Primero, el metal se somete a un tratamiento de solución a alta-temperatura para disolver todos los átomos del soluto, formando una solución sólida-de una sola fase. Posteriormente, dentro del metal se forma una gran cantidad de núcleos microscópicos conocidos como “zonas”; este proceso de formación se acelera aún más con un aumento de temperatura.
1. Tratamiento de solución
La aleación se calienta a una temperatura en la que los elementos de aleación se disuelven en una solución sólida. Luego se enfría rápidamente, a menudo con aire o agua, para retener estos elementos en una estructura sobresaturada.
2. Envejecimiento
El material se mantiene a temperatura controlada, ya sea a temperatura ambiente (envejecimiento natural) o en horno (envejecimiento artificial). Comienzan a formarse finos precipitados.
3. Fortalecimiento
Los precipitados finos obstruyen el movimiento de la dislocación, aumentando el límite elástico, la resistencia a la tracción y la dureza.
Ventajas del endurecimiento por envejecimiento
- Proporciona alta resistencia a la tracción y límite elástico a los metales.
- Mejora la resistencia al desgaste
- Mejora la maquinabilidad
- No causa deformación de la pieza.
- Aplicaciones industriales
Aplicaciones industriales del endurecimiento por envejecimiento:
- Fortalecimiento de metales como aluminio, níquel, acero inoxidable y titanio.
- Endurecimiento de válvulas de compuerta, componentes de motores, ejes, engranajes y émbolos
- Reforzamiento de esferas, casquillos, álabes de turbinas, sujetadores, matrices de conformado y componentes de contenedores de desechos nucleares.
- Tratamiento de piezas de aeronaves, equipos de procesamiento y vástagos de válvulas.
Ejemplo de endurecimiento por envejecimiento: acero inoxidable 17-4PH
El acero inoxidable 17-4PH (UNS S17400/ASTM A564) es un ejemplo industrial común.
Contiene aproximadamente entre un 3% y un 5% de cobre, que forma precipitados ricos en cobre-durante el envejecimiento. Estos precipitados fortalecen el acero inoxidable martensítico.
| Tratamiento térmico | Temperatura típica de envejecimiento | Aplicación típica |
| H900 | 482 grados (900 grados F) | Alta resistencia y dureza |
| H1025 | 552 grados (1025 grados F) | Fuerza y dureza equilibradas |
| H1075 | 579 grados (1075 grados F) | Mayor tenacidad y ductilidad. |
| H1150 | 621 grados (1150 grados F) | Dureza y ductilidad mejoradas. |
Éstas son designaciones de envejecimiento estándar, no procedimientos completos de tratamiento térmico. El tratamiento de la solución, el tiempo de retención, el enfriamiento y el espesor del material deben seguir las especificaciones aplicables.
Endurecimiento por envejecimiento versus enfriamiento y revenido
| Característica | Endurecimiento por edad | Temple y revenido |
| Mecanismo principal | Formación de precipitado fino | Formación y templado de martensita. |
| Aleaciones típicas | 17-4PH, 15-5PH, aleaciones de aluminio | Acero al carbono, acero de baja-aleación |
| Fortalecimiento de partículas | Sí | Pueden formarse carburos templados y otras fases. |
| Paso de envejecimiento | Requerido | Paso de templado |
| Ejemplo | 17-4PH H900 | AISI 4140 Q&T |
Importante: El endurecimiento por envejecimiento y el revenido no son el mismo proceso. Algunas aleaciones, como la 17-4PH, requieren un tratamiento de solución seguido de envejecimiento por precipitación para lograr sus propiedades especificadas.
¿Por qué es importante el endurecimiento por envejecimiento en ingeniería?
El endurecimiento por envejecimiento es útil cuando un componente necesita alta resistencia sin depender de un contenido de carbono muy alto.
Las aplicaciones típicas incluyen:
- Válvulas, ejes y componentes que contienen presión-de petróleo y gas.
- Elementos de fijación y componentes estructurales aeroespaciales.
- Ejes marinos y componentes de bombas.
- Equipos de procesamiento químico.
- Barras redondas y piezas forjadas de acero inoxidable-de alta resistencia.
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Preguntas frecuentes:
P: ¿Qué es el endurecimiento por edad?
R: El endurecimiento por envejecimiento, también llamado endurecimiento por precipitación, es un proceso de tratamiento térmico que se utiliza para aumentar la resistencia y dureza de ciertos metales mediante la formación de partículas finas, llamadas precipitados, dentro de la microestructura del metal.
P: ¿El endurecimiento por envejecimiento es lo mismo que el endurecimiento por precipitación?
R: Sí. El endurecimiento por edad es otro nombre para el endurecimiento por precipitación. Ambos describen un fortalecimiento mediante la formación de finos precipitados.
P: ¿Se puede endurecer el acero inoxidable?
R: Sí, pero solo ciertos grados. 17-4PH, 15-5PH, 13-8Mo y algunos otros aceros inoxidables endurecidos por precipitación están diseñados para este proceso. Los aceros inoxidables 304 y 316 convencionales normalmente no se endurecen para lograr un fortalecimiento comparable.
P: ¿Se pueden endurecer las barras redondas 17-4PH después del mecanizado?
R: Sí. 17-4Las barras de PH se pueden suministrar en una condición-envejecida o mecanizadas y posteriormente envejecidas, siempre que el tratamiento térmico sea compatible con el proceso de mecanizado y los requisitos dimensionales.
P: ¿Cuál es la diferencia entre endurecimiento por envejecimiento y recocido?
R: El recocido ablanda un metal para mejorar la ductilidad y aliviar las tensiones internas, mientras que el endurecimiento por envejecimiento aumenta intencionalmente la dureza y el límite elástico mediante la precipitación térmica controlada después del tratamiento con solución.
P: ¿Qué materiales se benefician más del endurecimiento por precipitación?
R: El endurecimiento por precipitación es más eficaz en aceros inoxidables endurecidos por precipitación-(p. ej., 17-4PH, 15-5PH) y superaleaciones de níquel (p. ej., Inconel 718, Monel K500) utilizados en aplicaciones industriales de alto estrés.
