Lecci n10 Recristalizaci n

8/20/2019 Lecci n10 Recristalizaci n

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Operaciones de conformado

Forjado Fuerza

Fuerza

Laminado

Trefilado

Fuerza de estirado

Extrusión

Fuerza

Obs., %CW=%AR 100%0

0

A

A A AR

d

• La deformación a temperatura ambiente se conoce como trabajo en frío (cold work).

• Operaciones de conformado que cambian el área del un material:


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Trabajo en frío y trabajo en caliente

• El trabajo en frío significa que la deformación sucede a bajas temperaturas,

por tanto el material no recristaliza y en su lugar se endurece por deformación.

• El trabajo en caliente significa que la deformación sucede a la temperatura en

la que el material puede recristalizar e forma directa después de la deformación

(recristalización dinámica).


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El tratamiento de recocido después del trabajo en frío

• Si se calienta el material a una temperatura

de aproximadamente un 40% de su tempera –

tura de fusión ( ), el límite de fractura ( )

disminuye mientras que la ductilidad (%EL)

crece.

• El efecto del trajo en frío disminuye durante

tratamiento de recocido.

Durante el tratamiento térmico de recocido,

suceden tres procesos físicos, estos son:

- Recuperación

- Recristalización y- Crecimiento del grano

mT TS


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Recuperación

• Durante el calentamiento se obtiene una disminución de la dureza producto de la recuperación.

• El aumento de la movilidad atómica lleva consigo un aumento en la movilidad de las dislocaciones.

• Las dislocaciones se reordenan y con ello los esfuerzos internos residuales en el material disminuyen.

• La presencia de dislocaciones en el material lleva consigo un aumento de la energía del sistema. Elsistema siempre buscará su energía mas baja posible.


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Recuperación

La aniquilación de las dislocaciones disminuye la densidad de las dislocaciones.

• Escenario 1

• Escenario 2

- Las dislocaciones trepan

y se mueven en un nuevo

plano de deslizamiento.

- Dos dislocaciones con el

vector de Burger en direc-

ción opuesta se eliminan.


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Recristalización – formación de granos nuevos en el material

deformado

• El proceso de recristalización considera la formación de

granos nuevos durante el calentamiento de un material

deformado plásticamente a una temperatura mayor que

la temperatura necesaria para el proceso de recuperación.

• Un material deformado plásticamente puede tener una

densidad de dislocaciones del orden de , mientras

que para los granos nuevos la densidad de dislocaciones

es del orden de .21210 m

21610 m

• La disminución de la densidad de dislocaciones es la

fuerza motora para el crecimiento de los granos nuevos.


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Recristalización - Nucleación

En un material que ha sido sometido a deformación plástica, su densidad de dislocacionesha aumentado en relación con la condición sin deformación plástica. Esto significa, que existe

suficiente energía para que nuevos granos con una densidad normal de dislocaciones pueda

nuclear durante el tratamiento de recocido.

• La fotomicrografía muestra la nucleaciónde nuevos granos en un material deformado

plásticamente ( entorno a las inclusiones,

las partículas negras que se pueden ver).

• La nucleación sucede también en los límites

de grano, donde la deformación plástica ha

sido grande.


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Recristalización en un latón trabajado en frío

• Los nuevos granos que se forman tienen:

- Densidad de dislocaciones normal.

- Los granos son pequeños si el trabajo en

frío ha sido grande.

- Los nuevos granos reemplazan los granos

deformados en frío.

30% deformación La nucleación de los nuevos granos

sucede después de 3(s) a 580°C


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Recristalización

La nucleación de los granos nuevos sucede

donde la deformación ha sido mayor o donde

los defectos del material faciliten la nucleación.

Material completamente recristalizado

(originalmente latón deformado 33%)


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Laminado en caliente

Durante el laminado en caliente de una placa

de acero, la placa caliente pasa repetidas veces

entre los rodillos que se encuentran girando.

Por cada pasada la placa reduce su espesor y

aumenta su largo.

Durante cada pasada la placa recristaliza. Esta

recristalización se conoce como recristalización

dinámica.


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Estructura de grano antes, durante y después del laminado

Estructura de grano

antes del laminado.

Estructura de grano

durante el laminado.

Estructura de grano

después de la recris-

talización.


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Grado de deformación

En la fotomicrografía se puede apreciar el

tamaño de grano del material donde se

realizaron medidas de la dureza.

El tamaño de grano recristalizado es mas

pequeño donde la deformación ha sido mas

grande, esto es en la superficie y crece en

la medida que el grado de deformacióndisminuye hacia el interior de la probeta.

Entre mas grande es la deformación mas

granos nuevos nuclean.

Muchos núcleos generan granos pequeños,

pocos núcleos generan granos grandes.


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Grado de deformación crítico

Un grado de deformación grande, produce

una fuerza motora para la trasformación

alta y por tanto muchos granos pequeños.

Un grado de deformación pequeño, produce

un fuerza motora para la transformación baja

y por tanto pocos granos grandes.

Se requiere un grado de deformación crítico

para tener la fuerza motora necesaria para

que se produzca la recristalización.


crítico, entre 5 – 15% .

% de trabajo en frío (%AR)

T a m a ñ o d e g r a

n o


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• En los procesos de conformación se usa el concepto reducción de área,

lo que represente el cambio de área durante el proceso de conformación.

• La reducción del largo esta asociado con el cambio en el espesor, y es

equivalente con el concepto de reducción de área a volumen constante.


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Tamaño de grano de una pieza deformada en frío después de la

recristalización

Se puede apreciar que el grado de deformación ha sido distinto en la pieza

debido a que después de la recristalización el tamaño de grano muestra

distintos tamaños.


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Grado de recristalización – tiempo y temperatura

Si la temperatura es mas alta, alcanzar la recristalización completa es mas rápido.

G r a d o d e r e c r i s t a l i z a c i ó n , %

Para materiales puros se tiene que )(4.0Re K T T mcr

)(374

)(934

Re K T

K T

cr

mEjemplo, AL:


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Temperaturas de recristalización

La temperatura de recristalización, es la temperatura necesaria para que un material

fuertemente deformado en frío, alcance el 95% de recristalización en una hora.


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Crecimiento del grano

• Los límites de grano son áreas donde predomina el desorden y representan un estado de

energía mayor que el grano mismo y a temperaturas elevadas estos desaparecen en forma

expontánea (crecimiento del grano).

• La energía total = producto del área del límite de grano y la energía de superficie específica (γ).

• La fuerza motora para el crecimiento del grano es la disminución de la energía superficial total.

• Menor superficie de límite de grano significa menor energía en el material.

• La difusión en el crecimiento de grano sucede en distancias muy pequeñas.

• Los límites de grano pueden ser detenidos por pequeñas partículas existente en el material.

• Para frenar el crecimiento de grano se introducen partículas en el material.


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Crecimiento de grano

• El tamaño de grano crece después de someter el material a distintos tiempos a altas temperaturas.• Los límites de grano representan energía y por tanto granos grandes disminuyen la energía.

Después de 8(s) a 580°C Después de 15(s) a 580°C Después de 10(min) a 700°C


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Crecimiento de grano normal (coalecencia)

t M D Dm

2

0

2

Kt d d nn

0

= Tamaño de grano

= Tamaño de grano original

M = Movilidad del límite de grano

γ= Energía específica del límite de grano

t= Tiempo

0 D

Dm

Formula empírica

Coeficiente que depende del material

y la temperatura.

Tiempo para el crecimiento.Tamaño de grano para el tiempo t.

Valor típico 2


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Crecimiento de grano anormal

Para una temperatura dada el crecimiento de grano normal se detiene y lo sigue a veces

un crecimiento anormal del grano. Este crecimiento anormal del grano produce propiedades

mecánicas malas.


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Crecimiento de grano – Ostwald ripening

Tratamiento de solución - Crecimiento

Las partícula grandes crecen a despensa de la partícula pequeñas y con ello

disminuye la energía de superficie de la interfase partícula matriz.


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Dos tipos de transformaciones

• La fuerza motora para la transformación se obtiene de la energíaasociada a la deformación plástica, es decir la energía de las dislocaciones.

- Recristalización.

• La fuerza motora para la transformación se obtiene de la disminución

de la disminución de la energía total de superficie.

- Crecimiento de grano (Ostwald ripening).

- Coalecencia.


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Resumen

• En general los materiales están formados por muchos granos, vale decir sonpoli cristalinos. Existen casos donde el material esta formado solo por un grano,

en este caso el material es mono cristalino.

• En cada grano los átomos se encuentran en una estructura cristalina ordenada.

• Los granos se forman durante la solidificación o después de la deformación

plástica y la recristalización.

• Granos pequeños hacen que el material sea mas dúctil y con un límite de

fluencia mas alto ( mas duro y mas tenaz).

• Durante el recocido de recristalización, la densidad de dislocaciones del material

deformado plásticamente desminuye y su tamaño de grano cambia.

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