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¿Qué es el fortalecimiento de soluciones sólidas – Aleación – Definición

Fortalecimiento de la solución sólida – Aleación. El efecto sinérgico de los elementos de aleación y el tratamiento térmico produce una enorme variedad de microestructuras y propiedades.

Fortalecimiento de metales

La resistencia de los metales y las aleaciones se puede modificar mediante varias combinaciones de trabajo en frío, aleación y tratamiento térmico. Como se discutió en la sección anterior, la capacidad de un material cristalino para deformarse plásticamente depende en gran medida de la capacidad de la dislocación para moverse dentro de un material. Por lo tanto, impedir el movimiento de las dislocaciones resultará en el fortalecimiento del material. Por ejemplo, una microestructura con granos más finos generalmente da como resultado una resistencia más alta y una tenacidad superior en comparación con la misma aleación con granos físicamente más grandes. En el caso del tamaño de grano, también puede haber una compensación entre las características de resistencia y fluencia. Otros mecanismos de refuerzo se consiguen a expensas de una menor ductilidad y tenacidad. Existen muchos mecanismos de fortalecimiento, que incluyen:

Fortalecimiento de la Solición Sólida – Aleación

Módulo de elasticidad de Young - Tabla de materialesLos átomos de diferentes elementos disueltos en la fase de la matriz pueden conducir a su fortalecimiento mediante el fortalecimiento de la solución sólida. Los metales de alta pureza son casi siempre más blandos y débiles que las aleaciones compuestas por el mismo metal base. El aumento de la concentración de la impureza da como resultado un aumento concomitante de las resistencias a la tracción y a la fluencia. El soluto puede incorporarse en la red cristalina del disolvente de forma sustitutiva, sustituyendo una partícula de disolvente en la red, o intersticialmente, encajando en el espacio entre las partículas de disolvente. Esto impone deformaciones reticulares a los átomos circundantes, lo que da como resultado un campo de deformaciones reticulares. Incluso pequeñas cantidades de soluto pueden afectar las propiedades eléctricas y físicas del solvente. Acero, probablemente el metal estructural más común, es un buen ejemplo de aleación. Es una aleación de hierro y carbono, con otros elementos que le confieren ciertas propiedades deseables. Agregar una pequeña cantidad de carbono no metálico al hierro cambia su gran ductilidad por una mayor resistencia . Agregar una pequeña cantidad de carbono no metálico al hierro cambia su gran ductilidad por una mayor resistencia . Para las aleaciones no ferrosas, el manganeso y el magnesio son ejemplos de elementos que se agregan al aluminio con el propósito de fortalecer la solución sólida.

Agentes de aleación

El hierro puro es demasiado blando para ser utilizado con fines de estructura, pero la adición de pequeñas cantidades de otros elementos (carbono, manganeso o silicio, por ejemplo) aumenta en gran medida su resistencia mecánica. Las aleaciones  suelen ser más fuertes que los metales puros, aunque generalmente ofrecen una conductividad eléctrica y térmica reducida. La resistencia  es el criterio más importante por el cual se juzgan muchos materiales estructurales. Por lo tanto, las aleaciones se utilizan para la construcción de ingeniería. El efecto sinérgico de los elementos de aleación y el tratamiento térmico produce una enorme variedad de microestructuras y propiedades.

  • Carbono . El carbono es un elemento no metálico, que es un elemento de aleación importante en todos los materiales a base de metales ferrosos. El carbono siempre está presente en las aleaciones metálicas, es decir, en todos los grados de acero inoxidable y aleaciones resistentes al calor. El carbono es un austenitizador muy fuerte y aumenta la resistencia del acero. De hecho, es el principal elemento endurecedor y es esencial para la formación de la cementita, Fe3C, perlita, esferoidita y martensita de hierro y carbono. Agregar una pequeña cantidad de carbono no metálico al hierro cambia su gran ductilidad por una mayor resistencia. Si se combina con cromo como componente separado (carburo de cromo), puede tener un efecto perjudicial sobre la resistencia a la corrosión al eliminar parte del cromo de la solución sólida en la aleación y, como consecuencia, reducir la cantidad de cromo disponible para asegurar resistencia a la corrosión.
  • Cromo. El cromo aumenta la dureza, la fuerza y ​​la resistencia a la corrosión. El efecto reforzador de la formación de carburos metálicos estables en los límites de los granos y el fuerte aumento de la resistencia a la corrosión hicieron del cromo un importante material de aleación para el acero. La resistencia de estas aleaciones metálicas a los efectos químicos de los agentes corrosivos se basa en la pasivación. Para que se produzca la pasivación y se mantenga estable, la aleación Fe-Cr debe tener un contenido mínimo de cromo de aproximadamente el 11% en peso, por encima del cual puede producirse pasividad y por debajo del cual es imposible. El cromo se puede utilizar como elemento de endurecimiento y se utiliza con frecuencia con un elemento de endurecimiento como el níquel para producir propiedades mecánicas superiores. A temperaturas más altas, el cromo contribuye a una mayor resistencia. Los aceros para herramientas de alta velocidad contienen entre un 3 y un 5% de cromo.
  • Níquel. El níquel es uno de los elementos de aleación más comunes. Aproximadamente el 65% de la producción de níquel se utiliza en aceros inoxidables. Debido a que el níquel no forma ningún compuesto de carburo en el acero, permanece en solución en la ferrita, fortaleciendo y endureciendo la fase de ferrita. Los aceros al níquel se tratan térmicamente fácilmente porque el níquel reduce la velocidad de enfriamiento crítica. Las aleaciones a base de níquel (por ejemplo, aleaciones de Fe-Cr-Ni (Mo)) exhiben una excelente ductilidad y tenacidad, incluso a altos niveles de resistencia y estas propiedades se conservan hasta bajas temperaturas. El níquel también reduce la expansión térmica para una mejor estabilidad dimensional. El níquel es el elemento base de las superaleaciones, que son un grupo de aleaciones de níquel, hierro-níquel y cobalto que se utilizan en los motores a reacción. Estos metales tienen una excelente resistencia a la deformación por fluencia térmica y conservan su rigidez, resistencia,
  • El molibdeno . Encontrado en pequeñas cantidades en aceros inoxidables, el molibdeno aumenta la templabilidad y la resistencia, particularmente a altas temperaturas. El alto punto de fusión del molibdeno lo hace importante para dar resistencia al acero y otras aleaciones metálicas a altas temperaturas. El molibdeno es único en la medida en que aumenta la resistencia a la tracción y a la fluencia a alta temperatura del acero. Retrasa la transformación de austenita en perlita mucho más que la transformación de austenita en bainita; por tanto, la bainita se puede producir mediante el enfriamiento continuo de aceros que contienen molibdeno.
  • El vanadio . El vanadio generalmente se agrega al acero para inhibir el crecimiento de granos durante el tratamiento térmico. Al controlar el crecimiento del grano, mejora tanto la resistencia como la tenacidad de los aceros templados y revenido. El tamaño del grano determina las propiedades del metal. Por ejemplo, un tamaño de grano más pequeño aumenta la resistencia a la tracción y tiende a aumentar la ductilidad. Se prefiere un tamaño de grano más grande para mejorar las propiedades de fluencia a alta temperatura. Se agrega vanadio para promover la resistencia a la abrasión y producir carburos duros y estables que, al ser solo parcialmente solubles, liberan poco carbono en la matriz.
  • Tungsteno . Produce carburos estables y refina el tamaño de grano para aumentar la dureza, particularmente a altas temperaturas. El tungsteno se utiliza ampliamente en aceros para herramientas de alta velocidad y se ha propuesto como sustituto del molibdeno en aceros ferríticos de activación reducida para aplicaciones nucleares. La adición de aproximadamente un 10% de tungsteno y molibdeno en total maximiza de manera eficiente la dureza y tenacidad de los aceros de alta velocidad y mantiene esas propiedades a las altas temperaturas generadas al cortar metales. El tungsteno y el molibdeno son intercambiables a nivel atómico y ambos promueven la resistencia al templado, lo que brinda un mejor rendimiento de corte de la herramienta a temperaturas más altas.
References:
Ciencia de los materiales:

Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. Manual de Fundamentos del DOE, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
Departamento de Energía de EE . UU., Ciencia de Materiales. Manual de fundamentos del DOE, Volumen 2 y 2. Enero de 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciencia e Ingeniería de Materiales: Introducción 9ª Edición, Wiley; 9a edición (4 de diciembre de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
Eberhart, Mark (2003). Por qué se rompen las cosas: comprender el mundo a través de la forma en que se desmorona. Armonía. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introducción a la Termodinámica de Materiales (4ª ed.). Taylor y Francis Publishing. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. y Mancini, HL (2004). Introducción a la ciencia de los materiales. Prensa de la Universidad de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiales: ingeniería, ciencia, procesamiento y diseño (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

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Metalurgia

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