Endurecimiento por deformación y recocido

MECANISMOS DE DEFORMACIÓN.
ING. METALURGICA

1. Universidad de Guanajuato Metalurgia mecánica Dr. Israel López Báez “Endurecimiento por deformación y recocido” Leonel Aguilar Chávez Shirley Milady Salazar Canseco 16 de Octubre del 2017 1

2. índice 2 Manantiales de dislocaciones ………………………………………………………………………………..4 Fuente Frank- Read ……………………………………………………………………………………………11 Endurecimiento por deformación ………………………………………………………………………….. 13 La relación entre el porcentaje de trabajo en frío y las propiedades mecánicas …………………… 14 El fenómeno de endurecimiento por deformación……………………………………………………...... 16 Energía almacenada por trabajo en frio…………………………………………………………………... 17 Procesos de conformado…………………………………………………………………………………........ 19 Embutición Laminación. Forja. Estirado. Extrusión. Estirado de alambre (Trefilado) Endurecimiento por recocido………………………………………………………………………………… 23 Proceso Tipos y su finalidad Aplicaciones

3. ¿Por qué estudiar los procesos de deformación y recocido? - Porque la gran mayoría de los artefactos metálicos de uso diario están elaborados mediante deformación (conformado) y recocido. - Porque ocupando los procesos de deformación y recocido puede modificarse la estructura cristalina y por tanto las propiedades mecánicas de los materiales. 3

4. Manantiales de dislocaciones. No existe una relación general entre la densidad de dislocaciones y la temperatura, como ocurre con las vacantes. Puesto que las dislocaciones no son afectadas por las fluctuaciones térmicas a temperaturas inferiores a las que se produce la re cristalización, los metales pueden tener densidades de dislocaciones bastante diferentes dependientes de las condiciones de elaboración. 4

5. Propiedades de las dislocaciones Apilamiento de dislocaciones Anulación de dislocaciones Anclaje de dislocaciones Trepado de dislocaciones Crean zonas con tensión. 5

6. Tensiones de compresión y tracción. 6

7. Propiedades de las dislocaciones A) Apilamiento. 7

8. Propiedades de las dislocaciones B) Aniquilamiento 8

9. Propiedades de las dislocaciones C) Anclaje 9

10. Propiedades de las dislocaciones C) Trepado 10

11. FUENTE Frank- read 11

12. Endurecimiento por deformación plástica en frío. El endurecimiento por deformación plástica en frío es el fenómeno por medio del cual un metal dúctil se vuelve más duro y resistente a medida es deformado plásticamente. Generalmente a este fenómeno también se le llama trabajo en frío, debido a que la deformación se da a una temperatura “fría” relativa a la temperatura de fusión absoluta del metal. En los diagramas se muestra la variación de la resistencia a la fluencia y la resistencia a la tensión para el acero 1040, el bronce y el cobre. Esta variación se ha medido en función del porcentaje de trabajo en frío, el cual se define de la siguiente manera: donde: A es el área transversal del material antes de la deformación. A d es el área transversal del material después de ser deformado. Note que la resistencia del material aumenta al aumentar el porcentaje de trabajo en frío sin embargo la ductilidad del material disminuye. 12

13. La relación entre el porcentaje de trabajo en frío y las propiedades mecánicas Determinación de propiedades después de la deformación: Entonces se decide si el componente tiene las propiedades adecuadas en los sitios críticos. Determinación del trabajo en frío necesario: Cuando se desea seleccionar el material para un componente que tiene ciertas propiedades mecánicas mínimas, se especifica la cantidad de trabajo en frío que debe aplicarse. Diseño del proceso de deformación: Se calcúlale porcentaje de trabajo en frío necesario y , usando las dimensiones finales deseadas, se calculan las dimensiones originales del metal mediante la ecuación de trabajo en frío. 13

14. El fenómeno de endurecimiento por deformación se explica así:   El metal posee dislocaciones en su estructura cristalina. Cuando se aplica una fuerza sobre el material, las dislocaciones se desplazan causando la deformación plástica. Al moverse las dislocaciones, aumentan en número. Al haber más dislocaciones en la estructura del metal, se estorban entre sí, volviendo más difícil su movimiento. Al ser más difícil que las dislocaciones se muevan, se requiere de una fuerza mayor para mantenerlas en movimiento. Se dice entonces que el material se ha endurecido. El endurecimiento por deformación se refleja en la curva del metal de la siguiente forma: Esa habilidad de endurecerse se mide con el coeficiente de endurecimiento por deformación (n). Entre mayor es n para un metal, más se endurece al ser deformado plásticamente. 14

15. Energía almacenada del trabajo en frío: La energía almacenada en el material es pequeña menor al 10%. Se generan defecto (puntuales, lineales y planares) en el material. Se estima que entre el 80-90% de la energía almacenada se debe a la generación de dislocaciones. Se generan deformaciones elásticas. Se estima que entre el 5-10% de la energía almacenada se debe a deformación elástica. 15

16. Cuando una aleación se deforma plásticamente, se producen defectos en la red cristalina, y estos defectos, junto con la deformación elástica sirven como mecanismos para el almacenamiento de energía en la aleación. a) Mecanismos de almacenamiento de energía Deformación elástica: la energía de deformación elástica representa solamente de un 5 a 10% de la energía total que se ha almacenado. Defectos reticulares: durante el trabajo en frío se producen dislocaciones, vacancias, átomos intersticiales, fallas de apilamiento y límites de maclas. Energía almacenada del trabajo en frío: 16

17. Temperatura de trabajo en frío Una regla empírica aproximada es suponer que la deformación plástica corresponde al trabajo en frío si este se efectúa a temperaturas menores de la mitad del punto de fusión medido sobre una escala absoluta. Si se aumenta la temperatura del material hasta el grado que se permita la difusión atómica, las dislocaciones desaparecerán del material, haciendo que éste recupere las propiedades mecánicas. Trabajo en frío Existe endurecimiento por deformación. Se crean dislocaciones y éstas quedan en el material. El material endurece Trabajo en caliente No existe endurecimiento por deformación. Se crean dislocaciones pero éstas desaparecen por difusión. El material no endurece. 17

18. PROCESOS DE CONFORMADO Los procesos de conformado de metales comprenden un amplio grupo de procesos de manufactura, en los cuales se usa la deformación plástica para cambiar las formas de las piezas metálicas. Los procesos industriales comunes para llevar a cabo los procesos de conformado se agrupan en seis categorías: Embutición Laminación. Forja. Estirado. Extrusión. Estirado de alambre (Trefilado) 18

19. Laminación: Se conoce como laminación o laminado (a veces también se denomina rolado) al proceso industrial por medio del cual se reduce el espesor de una lámina de metal. Forja: es un proceso conformado por deformación plástica que puede realizarse en caliente o en frío y en el que la deformación del material se produce por la aplicación de fuerzas de compresión. 19

20. Estirado: Se denomina Estirado al proceso de Conformado por Deformación Plástica en el que se estira una barra o varilla de metal con el objetivo de reducir su sección. Extrusión: es un proceso utilizado para crear objetos con sección transversal definida y fija. El material se empuja o se extrae a través de un troquel de una sección transversal deseada. 20

21. Estirado de alambre o trefilado: Se entiende por trefilar a la operación de conformación en frío consistente en la reducción de sección de un alambre o varilla haciéndolo pasar a través de un orificio cónico practicado en una herramienta llamada hilera o dado. Embutición: es un proceso tecnológico de conformado plástico que consiste en la obtención de piezas huecas con forma de recipiente a partir de chapas metálicas. 21

22. Endurecimiento por recocido Las propiedades mecánicas de las aleaciones, reside en la composición química de la aleación que los forma y el tipo de tratamiento térmico a los que se les somete. Los tratamientos térmicos modifican la estructura cristalina que forman los aceros 22

23. Polimorfismo El polimorfismo es la capacidad de algunos materiales de presentar distintas estructuras cristalinas, con una única composición química 23

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25. Estructuras cristalinas de los aceros 25

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27. Calentamiento del metal de manera uniforme a la temperatura correcta y luego enfriarlo con agua, aceite, aire o en una cámara refrigerada. Produce una estructura granular fina que aumenta la resistencia a la tensión y disminuye la ductilidad. El acero al carbono se puede endurecer al calentarse hasta su temperatura crítica, la cual se adquiere aproximadamente entre los 790 y 830 °C. 27 Endurecimiento de los aceros

28. Microestructura de perlita Microestructura de un acero eutectoide enfriado lentamente. Perlita eutecotide 28

29. Acero hiper eutectoide Microestructura de un acero hipereutectoide con 1,2% de C enfriado lentamente. 29

30. Recocido Se puede entender el recocido como el calentamiento del acero por encima de las temperaturas de transformación a la fase austenítica 30

31. Fases micro estructurales del recocido 31

32. Etapas del recocido. Se realiza completamente en estado sólido 32

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35. Aplicación de tratamiento de recocido para soldadura. 35

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37. Bibliografía Dieter G.E., (1988). Mechanical Metallurgy : SI Metric Edition . Singapore : McGraw-Hill. ISBN 0-07-1004006-8 Avner S.H. (1988). Introducción a la metalurgia física: Segunda edición. Edo. de México,: McGraw-Hill. ISBN 968-6046-01-1 Askeland D.R., Fuley P.P. and Wright W.J., (2011). The science and engineering of materials : Sixth edition . Stanford, USA: Cengage Learning . ISBN-13: 978-0-495-29602-7 37