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Influencia del tratamiento térmico de envejecimientoen las propiedades mecánicas de los aluminios6061 T6 y 6063 T5Influence of aging heat treatment on the mechanical properties of aluminum6061 T6 and 6063 T5Carlos Arturo Bohórquez A.1*, Mauricio Sierra Cetina2, Javier Lemus3Ingeniería Mecánica, Universidad libre, Bogotá, Colombia. *carlosa.bohorqueza@unilibrebog.edu.coDepartamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica, Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá.3Departamento de Mecánica Universidad Libre, Bogotá - Colombia.12Fecha de recepción del artículo: 12/12/2010: Fecha de aceptación del artículo: 25/01/2011ResumenPalabras clavePor su bajo peso y sus buenas propiedades mecánicas,tradicionalmente las aleaciones de aluminio sehan empleado en la fabricación de componentesestructurales de aviones y partes de automotores.Las aleaciones de Aluminio con magnesio-silicio (AlMg-Si), de la serie 6XXX, presentan una respuestaaceptable al tratamiento térmico de envejecimiento;la razón de ello es que los contenidos de magnesio ysilicio permiten el endurecimiento por precipitación,fenómeno que cambia significativamente laspropiedades mecánicas de dicha aleación.Envejecimiento, aluminio, 6061, 6063Para este estudio se seleccionaron dos aluminios:el 6061 T6 y el 6063 T5, los cuales se tratarontérmicamente a 120 C, 150 C y 180 C durante8, 12, 24, 48 y 72 horas con un posterior templeen agua. Se realizó un diseño experimental paraestablecer el número de probetas necesarias quepermitieran analizar el fenómeno; posteriormente,se desarrollaron pruebas de tensióny deforma que se pudiese verificar el cambio depropiedades sufrido duranteel tratamientotérmico. Los resultados se presentan en gráficasde comportamiento que muestran la influenciadel tiempo y la temperatura en las propiedadesmecánicas de los aluminios seleccionados.20AVANCES Investigación en Ingeniería 13 (2010)AbstractDue to low weight and good mechanicalproperties, traditionally aluminum alloyshave been used in the manufacture of aircraftstructural components and automotive parts.The Aluminum alloy with magnesium-silicon(Al-Mg-Si), series 6XXX, show an acceptableresponse to heat treatment aging, the reason isthat the contents of magnesium and allow siliconprecipitation hardening, a phenomenon thatsignificantly change the mechanical propertiesof the alloy.For this study we selected two Aluminum: 6061 T6and 6063 T5, which were treated thermally at 120 C, 150 C and 180 C for 8, 12, 24, 48 and 72hours with subsequent quenching. An experimentaldesign was used to establish the number ofspecimens necessary machinery to analyze thephenomena was subsequently Stress tests anddeveloped so that it could verify suffered propertychanges during heat treatment. The results are

presented in graphs showing behavior influence oftime and temperature on the mechanical propertiesselected aluminumsKeywordsAgaing, aluminium, 6061T6, 6063 T5.IntroducciónLos tratamientos térmicos de los aluminiosson de bastante importancia para modificarsustancialmente sus propiedades, un fenómeno queafecta las aleaciones de aluminio aún a temperaturaambiente, es conocido como envejecimientonatural, si se realiza a una temperatura mayor ocurreun tratamiento térmico de precipitación conocidocomo envejecimiento artificial. El envejecimientopuede afectar las aleaciones de la serie 6XXX,2XXX y 7XXX.La demanda de componentes más ligeros en laindustria especialmente la aeronáutica ha impulsadoen los últimos años el uso de aleaciones de aluminio.El aluminio 6061 T6 y 6063 T5 que se seleccionanpara estas aplicaciones, presentan una buenaresistencia a la corrosión, excelente maleabilidad,soldabilidad y buenas propiedades mecánicas quebrindan gran flexibilidad en el diseño y fabricaciónde piezas [1].Los tratamientos de precipitación generalmentese hacen a relativamente bajas temperaturas entre110 C y 200 C y tiempos entre 5 y 48 horas [2]. Laselección de la temperatura y el tiempo adecuadospara obtener las propiedades deseadas dependenlas características buscadas, para conseguir unadistribución y tamaño adecuados de precipitados;sin embargo, el tratamiento que aumenta unapropiedad disminuye las otras, por ejemplo sies necesario aumentar el esfuerzo de tensióndisminuye la resistencia a la corrosión. La Figura 1muestra la secuencia para obtener cada uno de losenvejecimientos posibles.Los requisitos fundamentales para que unaaleación de aluminio presente endurecimiento porenvejecimiento son los siguientes:1. Que la aleación presente solubilidad crecientede un soluto o de una segunda fase a medidaque la temperatura aumenta.2. Que el material a alta temperatura, en la cual haymás solutos en solución, pueda ser templado.Puesto que la aleación templada contiene mássoluto a temperatura ambiente que cuandoestá en equilibrio, se trata de una soluciónsobresaturada, inestable, que tiende a precipitarel exceso de solución o fase.Con base a estos requisitos, el proceso de tratamientotérmico para conseguir el endurecimiento porprecipitación consiste en las etapas siguientes, lascuales se ilustran en la Figura 1. Se calienta la aleación a una temperatura en laque aumenta la cantidad de soluto en la soluciónsólida. El endurecimiento de la aleación se consigueprecipitando el exceso de soluto o faseen forma de un precipitado transitorio,metaestable y coherente. El endurecimientose debe a la formación de la red (deformacióncoherente) inducido por el precipitadocoherente. Para formar una solución sobresaturada esnecesario enfriarlo rápidamente. Esta etapa esla más crítica de la serie de procedimientosde tratamiento térmico. La velocidad detemple debe ser mayor que la velocidadde enfriamiento crítico para conservar lacomposición a la temperatura de recocidopor disolución y para formar una soluciónsobresaturada del soluto o fase.Cuando las aleaciones de aluminio se mantienena temperaturas inferiores de 250ºC, después detempladas desde altas temperaturas (350ºC o más),aumenta su resistencia mecánica (Figura 2).AVANCES Investigación en Ingeniería 13 (2010)21

Influencia de la temperaturaLa temperatura de tratamiento juega un papelimportante en la determinación de las característicasde las partículas de silicio. La velocidad detransformación es directamente proporcionala la temperatura del tratamiento. La energía deactivación para el crecimiento es relativamente baja,lo que indica que el proceso es muy sensible a lasfluctuaciones de la temperatura. La temperatura aseleccionar para el tratamiento térmico dependede la composición química de la aleación. Elincrementar la temperatura supone facilitar ladifusión de los átomos de silicio con lo que se lograuna buena homogeneización en la matriz [8].I) Mantenido a temperatura ambiente después deltemple.II) Mantenido a temperatura de revenido despuésdel temple y maduración a temperatura ambiente.Resistencia y durezaFigura 1. Temperaturas para los ciclos deenvejecimiento artificial y natural [2].SoluciónSobresaturadaAPico de envejecimiento (tamaño y distribuciónde precipitados óptimos)BProcedimiento experimentalMaterialesSe seleccionaron dos aluminios el 6061T6 y el 6063T5, que son materiales de fácil consecución y cuyasaplicaciones se mencionaron anteriormente, lacomposición química se muestra en la Tabla 1.CSobreenvejecimiento (coalescencia de precipitados)Subenvejecimiento (precipitado pequeñoy poco desarrollado)TiempoFigura 2. Evolución esquemática de la durezay resistencia de una aleación de aluminio deendurecimiento estructural [8].Tratamiento térmicoLos tiempos se escogieron de acuerdo a las graficasde envejecimiento del ASM metals handbook.Volumen 4, las cuales trabajan en tiempos de 12 a72 horas, y con temperaturas comprendidas entrelos 150 C y 210 C. Para cada aluminio se diseñoTabla 1. Composición química de los aluminios 6061 T6 y 6063 T5 empleados en el io6061 T60.4 - 0.80.7 máx.0.15 - 0.40.8 - 1.20.04 - 0.350.25 máx.0.0156063 T50.2 -0.80.350.1 máx.0.45 - 0.90.1 máx.0-1 máx.0.1 máx.AVANCES Investigación en Ingeniería 13 (2010)

Resultados y discusiónAluminio 6061 envejecido a 180 C450400350Esfuerzo Mpaun prueba experimental que arrojo como resultadotres probetas por cada tiempo y temperatura paraun total de 45 por aluminio, probetas fabricadasde acuerdo a la norma ASTM E-8-03. Luegode mantenerlo en el horno a las temperaturas ytiempos mencionas se enfriaron en agua.300Entrega25012 horas18 horas20024 horas15048 horas72 horas10050Los resultados de las pruebas de tensión para cadaaluminio se muestran en las Figuras 3 y 4.En la Figura 4 se observa que la curva en estadode entrega posee un mayor módulo de elasticidaden relación a las demás curvas. De igual forma,la deformación de todas las curvas tiende a sermayor que la obtenida en estado de entrega, elmayor aumento del esfuerzo de fluencia se obtienepara 12 horas de tratamiento y un aumento dela deformación total para todos los tiempos detratamiento comparado con el estado de entrega.Las Figuras 5 y 6 muestran la comparación de losresultados de los ensayos de tensión realizados alos aluminios comparando el valor del esfuerzoen estado de entrega, en la Figura 5 se observa unaumento importante en el valor para el aluminio6061 T6 con un tiempo de 18 horas de tratamientoa 180 C, 14.2%, para esta temperatura seobserva un mejor resultado aumentándolo paratodos los tiempos de tratamiento, para 150 Cel comportamiento no se ve muy influenciado;pero para 210 C aumenta en las primeras horasdel tratamiento y luego disminuye para 24 horasun 8.4%.En la Figura 6, se puede apreciar que para el aluminio6063 T5 en las primeras etapas de tratamiento hay0,050,10,150,20,25Deformación en %Figura 3. Diagramas de esfuerzo deformación para elaluminio 6061 T6 envejecido a 180 C durante 12, 18,24, 48, 72 horas enfriados en agua.Aluminio 6063 T5 envejecido a 180 C250200Esfuerzo MpaLa Figura 3 detalla los diagramas esfuerzodeformación para el aluminio 6061 T6; no esnotorio el aumento o la disminución del modulo deelasticidad, la deformación total para los diferentestiempos de tratamiento es muy similar, el esfuerzode fluencia para 18 horas de tratamiento muestraun aumento significativo.0T 180 C72hT 180 C12hT 180 C18hT 180 C24h150100500Deformación Unitaria (mm/mm)Figura 4. Diagramas de esfuerzo deformación para elaluminio 6063 T5 envejecido a 180 C durante 12, 18,24, 48, 72 horas enfriados en agua.un aumento significativo cuando el envejecimientose realiza a 180 C y 210 C, para 150 C la tendenciaes a mantener el valor y para 24 horas disminuye elvalor. A 180 C se observa que hay una tendencia asubir al igual que para el otro aluminio.ConclusionesEl tratamiento térmico de envejecimiento enaleaciones de aluminio afecta significativamente lasAVANCES Investigación en Ingeniería 13 (2010)23

20,0%15,0%10,0%%5,0%0,0%–5,0%–10,0%121824150 C1,1%2,5%–3,1%3,6%–5,9%180 C11,7%14,2%7,1%4,5%7,6%210 C9,3%11,5%–8,4%–2,8%–1,1%4872Figura 5. Comparación de los valores de esfuerzo de fluencia para el aluminio 6061 T6 envejecido a 150 C,180 C y 210 C durante 12, 18, 24, 48, 72 horas enfriado en –6,0%–8,0%121824150 C2,7%–0,4%180 C10,9%210 %3,1%3,6%Figura 6. Comparación de los valores de esfuerzo de fluencia para el aluminio 6063 T5 envejecido a 150 C,180 C y 210 C durante 12, 18, 24, 48, 72 horas enfriado en agua.24AVANCES Investigación en Ingeniería 13 (2010)