Tratamiento metales

PROCESOS DE RECOCIDO

1        Trabajo en frío

1.1        Definición

Cuando se deforma plásticamente un metal a temperaturas bajas en relación a su temperatura de fusión, se dice que el material es trabajado en frío. No es posible expresar con exactitud la temperatura que define el trabajo en frío, puesto que varía con la composición del metal y la cantidad de deformación. Una regla empírica aproximada es suponer que la deformación plástica corresponde al trabajo en frío si éste se efectúa a temperaturas menores de la mitad del punto de fusión medido en una escala absoluta (K, R).

Parte de la energía gastada en el proceso de deformación aparece, en su mayoría, en forma de calor, pero una fracción marginal se almacena en el metal en forma de “energía de deformación” asociada a diversos defectos en la red cristalina.

[pic 2]Fig n°1[pic 3][pic 4]

La figura n°1 muestra la diferencia morfológica entre un material antes (a) y después (b) de la deformación.

Consecuencias de la deformación:

• Aumenta la densidad de dislocaciones desde 106 hasta 1012 y debido a este aumento el material se endurece.
• Generación  dentro del material de esfuerzos residuales, los cuales pueden ser de tracción o compresión.
• Los granos equiaxiales se deforman.

Observaciones:

• Se puede simultáneamente endurecer el metal mientras le damos forma final deseada (alambres, tubos, perfiles)
• Proceso de bajo costo para una gran producción de piezas
• Disminuyen propiedades como la ductilidad, la conductividad eléctrica y la resistencia a la corrosión (en menor grado que otros métodos de endurecimiento).

1.2        Aspectos mecánicos del trabajo en frío

Cuando se desea producir una pieza mediante un proceso de deformación, el esfuerzo aplicado debe superar el de fluencia (límite elástico), la deformación generada será permanente. El material de la nueva pieza deformada tendrá un nuevo límite elástico, mayor al de la condición inicial.

[pic 5]

Figura n°2

Desarrollo del endurecimiento por deformación a partir del diagrama esfuerzo _ deformación.

1.3        Porcentaje de trabajo en frío:

Una forma de medir la cantidad de deformación en frío de un material es calcular el cambio porcentual del área transversal, donde Ao es el área original, Af el área después del trabajo en frío.

[pic 6]

En el gráfico siguiente se presenta la modificación de las propiedades mecánicas del cobre como efecto del trabajo en frío, del cual se desprende lo siguiente:

1. Predicción de las  propiedades mecánicas
2. Determinación del trabajo en frío
3. Diseño de un proceso de deformación

[pic 7]Figura n°3

2        Etapas de recocido

La disminución de la dureza obtenida en el  metal luego del trabajo en frío se logra mediante el calentamiento del metal en diferentes rangos de temperatura, generando varias opciones o etapas dentro de lo que se conoce como procesos de recocido.

El término recocido se refiere al calentamiento de metales previamente deformados, por un lapso de tiempo dado, para producir cambios en las propiedades mecánicas. Los procesos o etapas más importantes son:

• Recuperación
• Recristalización
• Crecimiento de grano

2.1        Recuperación

Es la etapa del recocido en la que se produce:

• Aniquilación de defectos puntuales (vacancias) en exceso
• Redistribución de las dislocaciones (Poligonización) (figura n°4)

En esta etapa la dureza no es sensible a estos cambios, pero si la resistividad eléctrica, por lo tanto no hay  una alteración considerable de las propiedades mecánicas del metal, lo que se puede relacionar con un alivio de tensiones.

El rango de temperatura en que se produce recuperación es T°R ≤ 0.25T°f

[pic 8]Figura n°4[pic 9][pic 10][pic 11][pic 12]

Poligonización:

Realineamiento de las dislocaciones de borde durante la poligonización.

1. Las dislocaciones en exceso que permanecen sobre los planos de deslizamiento después de la deflexión del cristal.
2. Muestra la recolocación de las dislocaciones después de la poligonización.

2.2        Recristalización

La recristalización ocurre por procesos de nucleación y crecimiento de nuevos granos a partir aquellos deformados o en un estado de alta energía.

En esta etapa se modifica sustancialmente la naturaleza de la microestreuctura del metal, disminuyendo la densidad de dislocaciones y liberándose una gran cantidad de energía, lográndose una notable disminución de la dureza del metal.

Como transformación en estado sólido, la recristalización es impulsada por la energía de deformación almacenada en el metal. Luego una de las variables que influye en este proceso es la cantidad de trabajo enfrío. Si no hay suficiente energía de deformación almacenada es imposible recristalizar.

Debido a la naturaleza de la transformación (nucleación y crecimiento) se comporta como un fenómeno térmicamente activado, por lo tanto, depende de la temperatura y el tiempo. Esto quiere decir que  a pesar de que el metal tenga una elevada energía de deformación acumulada no procederá a recristalizar espontáneamente, pero si lo hará si se le ayuda mediante el calentamiento.

La curva superior del gráfico de la figura n°5 representa los valores de temperatura de recristalización en función de la deformación plástica para una hora de recocido (Cu-30%Zn). La curva inferior representa el tamaño de grano recristalizado. La curva de temperatura muestra un valor mínimo, denominado “Temperatura de recristalización”.

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