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Endurecimento por precipitação

Técnica é utilizada para melhorar a resistência de materiais maleáveis, especialmente das ligas metálicas, como alumínio, magnésio, níquel, titânio e alguns aços inox.

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Endurecimento por precipitaçãoEndurecimento por precipitação, também chamado de endurecimento por idade, é uma técnica de tratamento de calor utilizado para aumentar a resistência ao escoamento de materiais maleáveis, incluindo a maioria das ligas estruturais de alumínio, magnésio, níquel, titânio e alguns aços inoxidáveis.

Esse método depende de alterações na solubilidade sólida com a temperatura para produzir partículas finas de uma fase de impureza, que impedem o movimento dos deslocamentos ou defeitos na rede um cristal. Ao contrário de têmperas comuns, ligas devem ser mantidas a uma temperatura elevada por horas para permitir a precipitação. O tempo prolongado é chamado de envelhecimento.

Deve-se notar que dois tratamentos térmicos diferentes envolvendo precipitação podem alterar a força de um material: solução de tratamento de calor e precipitação de tratamento por calor. O fortalecimento de uma solução sólida envolve a formação de uma solução de fase única sólida através de têmpera. A precipitação trabalha com a adição de partículas de impurezas para aumentar a força de um material.

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A técnica fornece um dos mecanismos mais amplamente utilizados para o reforço de ligas de metal. Esta técnica foi baseada, inicialmente, no Bureau of Standards dos EUA, em uma liga conhecida como duralumínio. Duralumínio é uma liga de alumínio que contém cobre e magnésio em pequenas quantidades de ferro e silício. Os autores do estudo desenvolveram uma explicação esclarecedora para o comportamento de endurecimento de duralumínio, que rapidamente se tornou o modelo para o desenvolvimento das modernas ligas de alta resistência.

O processo de precipitação de endurecimento envolve três passos básicos:

  1. Tratamento da solução é o primeiro passo no processo em que a liga é aquecida acima da temperatura de solvência e embebida nesse líquido até que uma solução homogênea sólida seja produzida. Os precipitados são dissolvidos neste passo e qualquer segregação presente na liga original é reduzida.
     
  2. A têmpera é o segundo passo em que o sólidoé rapidamente arrefecido, formando uma solução supersaturada de sólido que contém cobre em excesso e não é uma estrutura de equilíbrio. Os átomos não têm tempo para difundir potenciais pontos de nucleação e, portanto, os precipitados não se formam.
     
  3. O envelhecimento é o terceiro passo, onde o sólido é aquecido abaixo da temperatura de solvência para produzir um precipitado finamente disperso. Átomos se difundem apenas a distâncias curtas a esta temperatura de envelhecimento. Como o elemento sobressaturado não é estável, os átomos de cobre extra difundem para locais de nucleação numerosos e precipitam o crescimento. A formação de um precipitado finamente disperso na liga é o objetivo do processo de precipitação por endurecimento. Precipitados finos na liga impedem o movimento de deslocamento, forçando os deslocamentos a qualquer corte através das partículas precipitadas ou ao seu redor. Ao restringir o movimento de deslocamento durante a deformação, a liga é reforçada. As ligas mais fortes de alumínio (2xxx, 6xxx e 7xxx) são produzidas pelo endurecimento por envelhecimento. Uma dispersão fina de precipitados pode ser formada por tratamento térmico adequado.


As espécies principais de reforço precipitação são partículas de segunda fase. Estas partículas impedem o movimento de deslocamento em toda a rede. É possível determinar se as partículas de segunda fase irão ou não precipitar em solução a partir da linha de solidificação em um diagrama de fase para as partículas. Fisicamente, este efeito de reforço pode ser atribuído tanto para efeitos de tamanho e módulo, como para a energia interfacial ou de superfície.

Ligas de titânio ficam endurecidas a partir do processo de precipitação de metais

Ligas de titânio ficam endurecidas a partir do processo de precipitação de metais

A presença de partículas de segunda fase muitas vezes provoca distorções de treliça. Estas distorções treliçadas ocorrem quando as partículas precipitadas diferem na estrutura cristalográfica em tamanho e dos átomos de acolhimento.

As pequenas partículas de um precipitado em rede hospedeira conduzem a uma tensão de tração, enquanto que partículas maiores precipitadas conduzem a uma tensão de compressão. Defeitos de luxação também criam um campo de tensões. Acima do deslocamento há uma tensão de compressão e abaixo há uma tensão de tração.

Consequentemente, existe uma interação de energia negativa entre um deslocamento e um precipitado que respectivamente causa compressão e tensão de tração ou vice-versa. Em outras palavras, o deslocamento será atraído para o precipitado. Além disso, há uma energia de interação positiva entre um deslocamento e um precipitado que têm o mesmo tipo de campo de tensões. Isto significa que o deslocamento será repelido pelo precipitado.

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