Este documento describe un experimento sobre el endurecimiento por envejecimiento de una aleación de aluminio-4% cobre. Se fabricaron probetas de la aleación y se sometieron a tratamientos térmicos como la recristalización y el envejecimiento. Luego, se realizó un análisis metalográfico de las probetas tratadas y no tratadas usando un microscopio para observar las diferencias en microestructura. El objetivo era estudiar los efectos del tratamiento térmico en las propiedades de la aleación.

1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN
FACULTAD DE INGENIERIA DE PROCESOS ESCUELA PROFESIONAL DE
INGENIERIA METALURGICA
CURSO: LABORATORIO METALURGICA FISICA II
ALUMNO: SAMUEL ALEJANDRO TEJADA ZEGARRA
C.U.I: 20080134
FECHA: 16/10/2013
AREQUIPA – PERU
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2. 1. INTRODUCCIÓN
El aluminio tiene multitud de aplicaciones: su bajo peso específico lohace útil para la fabricación de
aleaciones ligeras, extensamente templadas en construcciones aeronáuticas y en general, cada vez
más en los vehículos de transporte (automotores, talgo, automóviles, etc.,...). Su elevada
conductividad eléctrica lo hace útil para la fabricación de conductores eléctricos de aluminio
técnicamente puro o en forma de cables armados con acero galvanizado.
Su elevada conductividad calorífica e inalterabilidad lo hacen útil para la fabricación de utensilios
de cocina y, en general, para aparatos de intercambio de calor. Su maleabilidad lo hace útil para la
fabricación de papel de aluminio, en lo que se emplea actualmente un 10% de su producción total.
Su resistencia a la corrosión lo hace útil para fabricación de depósitos para ácido acético, cerveza,
etc.,... También se emplea en forma de chapas para cubiertas de edificios. Y reducido a polvo para
la fabricación de purpurinas y pinturas resistentes a la corrosión atmosférica. Sus propiedades
reductoras lo hacen útil para la desoxidación del hierro y de otros metales, y para las soldaduras
aluminio-térmicas
La aleación aluminio-4%cobre más conocida como duraluminio es la más frecuente para
experimentos de endurecimiento por envejecimiento .El endurecimiento por envejecimiento o por
precipitación produce una dispersión uniforme de un precipitado coherente fino y duro en una
matriz más blanda y dúctil .La aleación AL-4%Cu es un ejemplo clásico de una aleación
endurecible por envejecimiento . Este tratamiento térmico consta de tres pasos , los cuales se
detallaran en el siguiente informe ,además se realizara el respectivo análisis metalográfico de la
probeta tratada y la no tratada haciendo as respectivas comparaciones ,lo que se quiere es hacer
un trabajo de investigación basado en las experimentaciones que hagamos en la siguiente práctica.
2. ALEACIONES DE ALUMINIO
Los principales metales empleados para su aleación con aluminio son los siguientes:
Cobre (Cu), silicio (Si), cinc (Zn), magnesio (Mg), y manganeso (Mn).
Y los que pudiéramos considerar como secundarios, son los siguientes:
Níquel (Ni), titanio (Ti), hierro (Fe), cromo (Cr) y cobalto (Co).
Sólo en casos especiales se adicionan:
Plomo (Pb), cadmio (Cd), antimonio (Sb) y bismuto (Bi)
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3. 3. OBJETIVOS
-Generales:
Determinar el factor especifico que influye en la dureza
Verificar el tiempo en que se sacaron las probetas para templarlas
Iniciar al estudiante en el reconocimiento de las propiedades que mejoran atreves del
análisis metalográfico de muestras de la aleación tratada como la no tratada.
-Específicos:
• Comprender el concepto de tratamiento.
• Comprender los requerimientos para el desarrollo de la práctica de del tratamiento por
envejecimientos.
• Conocer los pasos para el desarrollo de la práctica de endurecimiento por envejecimiento
• Conocer las ventajas del tratamiento de las aleaciones
• Desarrollar la capacidad para diferenciar entre la metalografía de la probeta endurecida y la no
endurecida.
• Realizar un análisis completo sobre microestructuras de ambas probetas
4. SEGURIDAD
• Seguir las instrucciones y pautas del ingeniero.
• Usar guantes, gafas de seguridad y cofia (estudiantes con cabello largo) cuando se trabaje, con el
horno a alta temperatura.
• Conocer el funcionamiento de los equipos antes de interactuar con los mismos. En el caso del
microscopio tener cuidado cuando se manipula sobre todo tener cuidado con los objetivos y
lentes, evitar tocarlos.
• No debe haber contacto directo con algún tipo de químico.
5. MARCO TEÓRICO
Henry Clifton Sorby, padre de la metalografía, fue el primero en examinar bajo el microscopio una
muestra metálica correctamente preparada en el año de 1863. La observación de metales por medio
de microscopios es aproximadamente dos siglos más tardía que la de muestras biológicas, esto se
debe a la dispendiosa preparación que requieren las mismas.
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4. -GENERALIDADES SOBRE LA METALOGRAFÍA
La metalografía es una disciplina de laciencia que se encarga de examinar ydeterminar los
componentes en unamuestra de metal, haciendo uso deVarios niveles de magnificación quepueden
ir desde 20x hasta 1’000.000x(1). También se conoce como el procesoentre la preparación de una
muestra demetal y la evaluación de sumicroestructura (2).La figura 1 muestra el intervalo
entamaño, para el cual es posible observarciertas microestructuras típicas enmateriales. El estudio
de metalografíacomprende en gran parte la observaciónde granos, la dirección, el tamaño y
lacomposición de los mismos; estasmicroestructuras pueden ser observadasen un rango entre 10um
y 100um. Elestudio de metalografía puede integrarse en dos subdivisiones: Análisismacroscópico y
Análisis microscópico.
-ANÁLISIS MACROSCÓPICO
-El análisis macroscópico es aquel que se puede realizar a simple vista, es decir sin necesidad de
microscopio. El análisis macroscópico se puede usar en:
• Capas en herramientas endurecidas por medio de tratamiento térmico.
• Zonas resultado del proceso de soldadura.
• Granos en algunos materiales con tamaño de grano visible (1).
• Grietas y ralladuras.
6. DESAROLLO EXPERIMENTAL
FABRICACION DE LAS PROBETAS DE ALUMINIO -4%COBRE
-Materiales:
 Aluminio 9,60 kg
 Cobre 0.40 kg
 Un molde de arena para las probetas
 Crisol para fundir
 Horno previamente calentado
-Procedimiento:
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5.  Se calienta el crisol a más de 1083 °C una vez llegado a esta temperatura poner el cobre
 Una vez que el cobre este en estado líquido ,colocar el aluminio esperar que toda la mezcla
este liquida si es posible mover con una vara de acero
 Una vez que este todo fundido se procede a la colada respectiva en los moldes ya
preparados
 Esperar que se solidifiquen las probetas estas tendrán un diámetro de 1 pulgada
 Se procederá a cortar la probeta en trozos de5cm cadagrupo deberá tener dos probetas,
una se le endurecerá y la otra no.
 Las dos probetas se guardara para que después se proceda a tratarla a una de ellas se le
endurecerá por envejecimiento y a la otra se le dejara sin ningún tratamiento, para luego
comparar sus estructuras y estudiarlas.
A. RECRISTALIZACION DEL ALUMINIO
-Materiales
 Un arco de cortar
 Una regla
 Un horno
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6. Mediante el siguiente grafico se calcula el tiempo de recristalización para solo una fracción de
probeta
Procedimiento Experimental
 Recristalizacion primaria
Mediante el grafico se calcula un tiempo de 1 :30 hora
Una de las tres probetas poner al horno a una temperatura de 350° C
Siempre con las precauciones necesarias usando guantes una pinza para
poner y sacar la probeta de aluminio
Al momento de sacarla del horno guardarla para su respectivo montaje
 Recristalizacion secundaria
También mediante el grafico un tiempo de 7 min
Una de las 2 restantes probetas poner al horno con bastante precaución
El horno deberá estar a una temperatura de 400° C
Al momento de sacarla del horno guardarla para su respectivo montaje
B. ANALISIS METALOGRAFICO DEL ALUMINIO
Materiales:
-Un polímero fuerte y resistente
-Un molde cilíndrico
-Lijar n°100, 220, 400, 600, 1200 ,2500
-alcohol
-Algodón
-Plastilina
-Tijera
-Reactivo para el ataque Na(OH)
-Una secadora
-Microscopio metalográfico
-Un envase para comprimir
-Pulidora
Procedimiento Experimental
Montaje:
De los distintos tipos de montaje escogeremos el que se hace en frio a temperatura ambiente
con resinas
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7. Con los reactivos para la resina dental se procede a mezclarlos de forma
rápida y cuidadosamente se va vertiendo al molde cilíndrico que
previamente se le puso una probeta en la parte central esto se repite para
las demás probetas
Se espera un tiempo prudente hasta que seque por completo
posteriormente se procede a sacarlos uno por uno con cuidado para que
no se rompa el molde.
Se guarda las 4 probetas para su respectivo desbaste y pulido
Desbaste:
El desbaste se puede hacer de forma manual o en el pulidor , nosotros desbastaremos
manualmente para lo cual tenemos las telas abrasivas n°100,220 400, 600 , 1200 , 2500
Desbaste grueso:
Esmerile la superficie de la muestra hasta obtener una superficie plana cuidando de mantener
un flujo constante de agua.
Una vez que la superficie este totalmente plana lave la muestra con abundante agua.
Desbaste fino:
Comenzando con el lijar de menor número en este caso el de 100 mueva la muestra sobre el
papel abrasivo en una misma dirección de manera recíproca. La dirección del movimiento debe ser
perpendicular al desbaste grueso
Pase al otro lijar pero siempre lavando para que no quede residuos del lijar anterior esta vez
se moverá el la siguiente dirección
Proceda a lijar con los distintos lijar cambiando de dirección cada vez que cambie de lijar
Una vez que llega al lijar 2500 frotar suavemente y observar y ver si van desapareciendo
gradualmente conforme cambie de papel abrasivo.
Una vez culminado guardar bien para pasar a la siguiente etapa
Pulido:
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8. El pulido se puede hacer de forma manual o en el pulidor , nosotros puliremos manualmente
para lo cual tenemos paños muy finos para eliminar las rayas que con el desbaste no se pudieron
eliminar
El abrasivo que suele recomendarse para el pulido final de los metales blandos es, pulidora,
añadir agua destilada en cantidad suficiente para formar una pasta clara, y luego trabajar
esta pasta con la yema de los dedos, extendiéndola y embebiéndola en las fibras del paño.
Después de esta carga, y durante el pulido posterior, se mantiene húmedo el paño por
adición de agua destilada.
Antes del ataque químico vamos a procederá que nuestras probetas sean perpendiculares a la
luz del microscopio para ello utilizamos la plastilina
En Bibliografía se encontró que para realizar el pulido se requiere de óxido de magnesio lo cual no
lo utilizamos porque fue difícil encontrarlo, y por ello utilizamos la alúmina porque podríamos tener
algunos problemas con la presencia de ralladuras en la muestra. En la experimentación nosotros
utilizamos la alúmina de 0.5 micras.
-Ataque Químico:
La consideración preliminar más importante es la elección acertada del reactivo adecuado, de entre
los más recomendados para una aleación o metal dados. Hacer una selección requiere de juzgar y
conocer el comportamiento de los distintos reactivos, cuando se emplean en las condiciones
recomendadas. Cada reactivo ha de emplearse para el uso específico a que está destinado y
exactamente de acuerdo a las instrucciones adecuadas para su empleo.
Los reactivos de ataque aplican, en general, por inmersión de la probeta en el reactivo
oponiendo en contacto con la superficie de la misma un algodón impregnado.
Es preciso que la superficie de la probeta este limpia, para asegurarse de que el reactivo la
mojara regular y uniformemente. Cuando se realiza el taque por inmersión, se suspende la
probeta, con su superficie pulida hacia abajo, dentro del reactivo, sujetándola con los dedos
o con unas pinzas. Cuando el tiempo transcurrido en el ataque se considera suficiente, se
retira la probeta del reactivo, y rápidamente se le introduce en un chorro de agua.
De esta manera se detiene inmediatamente la acción del reactivo y se elimina toda traza del
mismo en la superficie de la probeta.
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9. Seguidamente se lava con alcohol etílico, para quitar las gotitas de agua y, después, se seca
en un chorro de aire caliente, quedando lista para su examen microscópico.
Puede ser necesario volver a atacar si las imágenes no son nítidas. El medio de ataque que
utilizamos para nuestra Aleación de Aluminio 6061 fue de Hidróxido de sodio (Na(OH)) ,
el cual lo obtuvimos delas Tablas siguiente encontradas en bibliografía.
Esta operación en laboratorio se repite cuantas veces sea necesario ya que se necesita
una imagen clara y visible de la microestructura nosotros en este caso trabajamos con
5 ,10 ,15 seg para el tiempo de ataque.
Al trabajar nosotros con estos tiempos se demostró que el tiempo de ataque adecuado
es el de 15 seg lo que se comprueba al mirar en el microscopio
METAL
SOLUCIÓN
QUIMICA
60 ml H2SO4
Aluminio
COMENTARIOS
30 ml H3PO4
Usar a 100ºC de 2 a 5 minutos
10ml HNO3
70 ml H3PO4
15 ml ac. Acético 15 ml de
agua
Usar de 100ºC a 120ºC por 2 a 6 min
-Observación en el microscopio metalográfico
La metalografía es, esencialmente, el estudio de las características
estructurales o de constitución de un metal o una aleación pararelacionar ésta con las propiedades fí
sicas y mecánicas. Sin dudaalguna, la parte más importante de la metalografía es
el examenmicroscópico de una probeta adecuadamente preparada, empleandoaumentos que, con el
microscopio óptico, oscilan entre 100 y 2000aumentos, aproximadamente. Tales estudios
microscópicos,
proporcionan una abundanteinformación sobre la constitución del metal o aleación investigados.Me
diante ellos se pueden definir características estructurales, como el tamaño de grano, con toda
claridad; se puede conocer el tamaño.
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10. Microscopios de laboratorio en los cuales se observa las imágenes anteriores
PROBETA
MICROESTRUCTURA.
DURALUMINIO SIN
TRATAMIENTO.
DURALUMINIO CON
TRATAMIENTO.
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11. Imágenes de otro experimento podemos comparar
Aluminio 6061 T6
Figura1. Aleación de Aluminio 6061, 50X
Figura2. Aleación de Aluminio 6061, 100X
Figura3. Aleación de Aluminio 6061, 200X
7. EQUIPOS
A continuación se muestra el equipo usado para el desarrollo de la práctica.
6.1 MICROSCOPIO METALOGRÁFICO
El microscopio metalográfico es la herramienta que permite ver de forma clara y magnificada las
probetas destinadas para la práctica. Las partes del microscopio son:
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12. Figura 8: Microscopio metalográfico invertido GX41 OLYMPUS (7).
1. Interruptor de encendido.
2. Perilla control de iluminancia: Controla la cantidad de lux que iluminan la muestra.
3. Tubo de observación binocular.
4. Platina: Sobre ella se arreglan las probetas.
5. Portador del espécimen: Base sobre la que se encuentra la platina.
6. Puente giratorio: Contiene el objetivo (lentes de aumento). En total son 4 lentes con aumento de
5x, 10x, 50x y 100x.
7. Control de movimiento en Y: Posiciona el portador del espécimen en el eje Y
8. Control de movimiento en X: Posiciona el portador del espécimen en el eje X
9. Perilla de ajuste fino: Ajuste de imagen fino.
10. Perilla de ajuste grueso: Ajuste de imagen grueso (8).
7.1. PULIDORA
La pulidora es utilizada para dar el acabado final a la superficie objeto de estudio, haciendo uso de
lijas y paños especializados. Las partes de la pulidora son:
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13. Figura 9: Pulidora de doble disco (BSPIL-MET-IND-01021)
.
1. Discos de: Sobre ellos se arreglan los paños para realizar el pulimento.
2. Arandelas de: Su función es proteger los alrededores de los discos.
3. Tubo de desagüe.
4. Interruptor: Controla el paso de agua por la manguera de refrigeración.
5. Manguera de refrigeración.
6. Perilla: Controla la velocidad angular en los discos.
7. Interruptor de encendido.
Figura 10: Probetas de aluminio de diámetro 1.6 cm.
8. CONCLUSIONES
 El endurecimiento por envejecimiento se hizo con el objetivo de hacer que el duraluminio
mejore sus propiedades mecánicas así como la dureza.
 Con el tratamiento térmico se logró una mayor dureza del duraluminio.
 Para el templado se debe de realizar de forma inmediata, de lo contrario no obtendremos el
resultado deseado.
 En la deformación se pudo comprobar la existencia de la acritud para el aluminio ya
que conforme se deformaba se amentaba el esfuerzo.
 La deformación que se le ha aplicado ala probeta hace que su estructura cambie tal
como se vio en las imágenes del microscopio.
 Este ensayo se realiza con la ayuda de un microscopio en donde se observa la estructura de
las cuatro muestras, que nos permitirán concluir que tipo de aleación se tiene, contenido de
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14. carbono (una aproximación) y tamaño de grano e incluso mejorar propiedades físicas y
mecánicas.
 Una vez se logra esto la muestra se podrá relacionar con las propiedades físicas y
mecánicas que se desean.
9. BIBLIOGRAFIA
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