CIENCIA DE LOS MATERIALES DEFORMACIÓN, ENDURECIMIENTO POR TRABAJO Y RECOCIDO

7. DEFORMACIÓN, ENDURECIMIENTO POR TRABAJO Y RECOCIDO

7.1 Relación del trabajo en frío con la curva esfuerzo- deformación

Cuando una material es sometido a un esfuerzo por debajo de su limite elástico se deforma temporalmente, pero cuando la magnitud del esfuerzo sobrepasa su limite elástico tiene lugar la deformación plástica o permanente. Las condiciones con las que un material sufre deformación plástica es una característica muy importante al seleccionar un material (especialmente metales); ya que todos los procesos de manufactura de productos como troquelado, embutido, rolado o laminado y forja(también se le llama trabajo en frío porque la temperatura de trabajo y deformado es mucho menor que la de recristalizaciòn) se relacionan con su deformación plástica porque el esfuerzo aplicado debe sobrepasar el limite elástico para que el material se deforme permanentemente de una forma útil. También las operaciones de maquinado como torneado, fresado y corte se relacionan con la deformación plástica.

Si de una probeta que ha sido deformada permanentemente con un esfuerzo σ0 mayor que el esfuerzo de fluencia, se obtiene una muestra del metal y se vuelve a someter al ensayo de tensión el resultado será una curva esfuerzo-deformación diferente; el nuevo limite de fluencia será σ0 , habría una mayor resistencia a la tensión y una ductilidad menor. Si la operación se repite aplicando un nuevo esfuerzo σ1 mayor que σ0 que deforme el metal, el nuevo limite de fluencia seria σ1. Podría repetirse la operación hasta que los esfuerzos de fluencia y de tensión máxima sean igual al punto de ruptura El concepto endurecimiento por deformación se refiere que “cada vez que se aplica un esfuerzo mayor al limite de fluencia de un metal, el metal deformado tendrá un mayor limite de fluencia y una mayor resistencia a la tensión y una menor ductilidad.”

7.2 Mecanismos de endurecimiento por deformación

Los mecanismo de deformación plástica esta muy relacionada a los defectos lineales y de superficie de un cristal, y tienen mucha importancia cuando se desea mejorar las operaciones de trabajo en frío. La deformación plástica puede ocurrir por:

a) Por Deslizamiento: Al ser sometido a un esfuerzo de tensión superior al límite elástico, un probeta sufre una deformación llamada de estricción, que es una notable reducción del diámetro o área transversal acompañado del alargamiento permanente. Este deformación seguirá incrementándose con proporción al esfuerzo aplicado hasta que el material se fracture. A la escala de un monocristal, la deformación es un escalonamiento en el orden de las capas de átomos, producidas por el deslizamiento de una sobre otra como naipes en una baraja por el resultado de un esfuerzo cortante. Muchos átomos cambian de posición pero siguen ocupando una vacante.

La figura da una idea de cómo los capas de átomos se deslizan conforme su orientación en el cristal bajo esfuerzo de tensión.

b) Por maclaje Este mecanismo de deformación y endurecimiento es muy común en metales h.c.p como cinc y magnesio. El maclaje es un movimiento de planos de átomos dentro de la red, paralelo a un plano especifico haciendo que la red se divida en dos partes simétricas pero distintamente orientadas. Una característica que los distingue del mecanismo de deslizamiento es que no forma escalonamiento en la estricción pero si deforma el eje de los planos en el cristal.

7.3 Proceso de deformación

Existen varias técnicas o procesos para deformar y endurecer simultáneamente los metales o aleaciones con fines industriales.

a) Laminación (rolado) Consiste en reducir el área de la sección transversal de una barra o lingote de metal empleando rodillos en rotación. Por este proceso puede moldearse el área transversal del lingote o convertirlo en lamina de de sección uniforme.

b) Forja En este proceso el metal es golpeado o prensado para darle la forma deseada. Puede hacerse con martillo Industrial o con prensa. Las matrices o mordazas (muchas veces también llamados dados) de la prensa sirven de molde para obtener la forma. El proceso de forja se utiliza para obtener formas irregulares que requieran de una estructura interna más fina y resistente que la del moldeado.

Proceso de forja

Piezas metálicas producidas por forja

c) Trefilado Es el método usado en la fabricación de alambres metálicos. La varilla o alambre inicial es estirado y adelgazado haciéndolo pasar por una matriz cónica llamada hilera o dado. Un proceso de trefilado puede constar de uno varios paso por la hilera o dado; en cada paso la sección transversal del alambre es reducida entre un 20 y 25%. Dependiendo de la aplicación y calidad del alambre, este puede ser tratado térmicamente para devolverle al metal sus propiedades que pudieran perderse con el proceso de trefilado.

d) Embutido

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