Endurecimiento de Metales: Mecanismos y Aplicaciones, Diapositivas de Estructuras metálicas

¡Descarga Endurecimiento de Metales: Mecanismos y Aplicaciones y más Diapositivas en PDF de Estructuras metálicas solo en Docsity!

Ing. Nilthon Zavaleta G.

Tema 12: Mecanismos de Endurecimiento Curso: Estructura de Metales

Mecanismo de Endurecimiento ► Las propiedades mecánicas ocupan un lugar preponderante en el diseño de componentes. A su vez, dentro de las propiedades mecánicas la resistencia mecánica es una de las más importantes debido a que se utiliza para el cálculo de resistencia. ► Los mecanismos de endurecimiento constituyen las diferentes formas en que un material logra su resistencia mecánica. En general en un material metálico operan varios de estos mecanismos y la resistencia mecánica es el resultado de la adición e interacción entre los mismos. ► La resistencia mecánica de un material metálico es la resistencia que ofrece a la deformación plástica. Como la deformación plástica se produce a través del movimiento de las dislocaciones, la base de cualquier mecanismo de endurecimiento es imponer barreras al movimiento de las dislocaciones. ► Además de contribuir a la resistencia mecánica, los mecanismos de endurecimiento producen algunos efectos colaterales , algunos deseables y otros no. En particular, con una única excepción, todos los mecanismos de endurecimiento disminuyen la ductilidad y la tenacidad aunque en diferente medida.

Endurecimiento por

deformación plástica en frío

→ Durante la deformación plástica se multiplican las dislocaciones. → Si durante esta deformación no ocurren procesos de restauración (eliminación de dislocaciones) este aumento en la densidad de dislocaciones conduce a un aumento de la resistencia al movimiento de las mismas debido a la mayor interacción entre ellas. Si, por el contrario, se producen fenómenos de restauración que compensen el incremento en la densidad de dislocaciones el endurecimiento no ocurre. → Si la deformación ocurre a temperaturas tales que no operen los mecanismos de restauración se denomina deformación en frío y conduce a un endurecimiento por incremento en la densidad de dislocaciones, conocido como endurecimiento por deformación. → Las consecuencia más importante son el aumento en la resistencia y una disminución en la

ductilidad del metal, y se dice que el material ha adquirido un estado de acritud.

Rangos de temperaturas de deformación: Deformación en frío: T < 0,3Tf (K) No operan procesos de restauración. Deformación en tibio: 0,3Tf < T < 0,6Tf (K) Operan procesos de restauración sólo parcialmente. Deformación en caliente: T > 0,6Tf (K) Operan procesos de restauración.

Ejemplo: El aluminio se trabaja en caliente cuando se superan los 290 oC, en el caso del plomo los

procesos de restauración se dan a temperatura ambiente. Los aceros en cambio se trabajan

en caliente cuando se superan los 820 oC y en frío a temperaturas menores de 270 oC.

Para monocristales, la curva  vs  muestra tres estadios, dependiendo de la estructura cristalina. HCP → Estadio I FCC → Estadios I, II y III BCC→ Estadio III Estadio I: Solo ocurre deslizamiento simple, no existe intersección de dislocaciones, por lo que la velocidad de endurecimiento es baja. Estadio II: Se inicia cuando ocurre la intersección de dislocaciones (planos interceptantes). Esto genera que muchas dislocaciones se anclen. La dislocación anclada no permite el deslizamiento de otras dislocaciones en su plano de deslizamiento. Mecanismos de anclaje que operan: Lomer-Cottrell, redes de dislocaciones y generación de dislocaciones sésiles. monocristal

policristal → En un policristal, un grano no pueden deformarse de manera independiente por la presencia de sus granos vecinos. Para que exista continuidad entre granos, la deformación de un grano ocurre con el acomodamiento de los granos vecinos. → Esto origina que la deformación plástica en un policristal siempre se inicie por deslizamiento múltiple, por lo que no se observa la etapa I de deslizamiento simple. → Durante la deformación en frío, el incremento de las dislocaciones y la interacción entre ellas en los planos de deslizamiento que se cortan, origina el endurecimiento del metal.

→ Para altas deformaciones se incrementa el deslizamiento cruzado y las dislocaciones se van agrupando en regiones de alta densidad, formando una subestructura de subgranos dentro de los granos. Cada subgrano tiene una desorientación de alrededor de 1 ° respecto del subgrano vecino. → A veces es conveniente expresar el grado de deformación plástica como el porcentaje de trabajo en frío (%CW, Cold Working): %𝐶𝑊 = 𝐴𝑜 − 𝐴𝑓 𝐴𝑜 ∗ 100 Ao= Área de sección inicial Af = Área de sección después de la deformación. Sub estructura de dislocaciones en metales (a) aluminio (b) cobre

Para el acero 1040 , el latón y el cobre. (a) Aumento de la tensión de fluencia; (b) aumento de la resistencia a la tracción. (c) Disminución en la ductilidad, medido por el porcentaje de trabajo en frío (%CW).

Aumento de la tensión de fluencia con la deformación en frío para el Fe puro (aumento de la densidad de dislocaciones)

Para una baja EFA, es mayor el tamaño de la falla de apilamiento y por lo tanto las dislocaciones parciales se encuentran más separadas, haciendo más difícil su asociación para formar una dislocación de hélice que produzca el deslizamiento cruzado. Esto incrementa el coeficiente de endurecimiento por deformación. Baja EFA Mayor disociación de las dislocaciones en dislocaciones parciales Mayor dificultad para realizar deslizamiento cruzado Mayor interacción de dislocaciones y mayor coeficiente de endurecimiento

Influencia de la EFA

Ventajas:

1. Es el más económico, por lo cual su utilización es muy amplia, de hecho puede aplicarse a cualquier material suficientemente dúctil. 2. Puede operar al mismo tiempo que se conforma la pieza. Esto ocurre en un gran número de productos metalúrgicos que se terminan de conformar en frío. Al mismo tiempo que se logran las dimensiones y calidad superficial final, se logra aumentar la resistencia mecánica. Ejemplos: barras retorcidas para hormigón, chapas, flejes, alambres y tubos.

Endurecimiento por Reducción

de Tamaño de Grano

Endurecimiento por reducción del tamaño de grano Los límites de grano son fuertes barreras para el movimiento de las dislocaciones en las etapas iniciales del proceso de deformación (ys). Esto se refleja en la conocida ley de Hall-Petch:  ys es la tensión de fluencia  o es la tensión de fricción que se opone al movimiento de las dislocaciones d es el tamaño de grano k es una constante Apilamiento de dislocaciones en un límite de grano.