LABORATORIO # 02: RECRISTALIZACIN

OBJETIVOS Entender demostrativamente el tema de recristalizacin de aceros, mediante la utilizacin de seis muestras de distintas composiciones. Estas son llevadas al horno a una temperatura de 600 C por una hora (Tratamiento Trmico). Determinar el tamao de grano de cada muestra, usando para ello las microestructuras tomadas a un aumento x200. (Hacer uso del mtodo planimtrico) Hallar como vara la recristalizacin de los aceros en base su composicin.

FUNDAMENTO TERICORECRISTALIZACINFactores importantes que afectan al proceso de recristalizacin en metales y aleaciones son: La cantidad de deformacin previa del metal, La temperatura, El tiempo, El tamao inicial del grano y La composicin del metal o aleacin. La recristalizacin de un metal puede tener lugar en un intervalo de temperaturas, y este intervalo es dependiente en cierta forma del resto de variables. Por ello uno no puede referirse a la temperatura de recristalizacin de un metal en la misma forma que a la temperatura de fusin de un metal puro. Pueden realizarse las siguientes generalizaciones sobre el proceso de recristalizacin: 1. Se necesita una mnima cantidad de deformacin (llamada acritud crtica) para que sea posible la recristalizacin. 2. Cuanto menor sea el grado de deformacin (por encima del mnimo), mayor es la temperatura necesaria para producir la recristalizacin.3. Aumentando la temperatura de recristalizacin disminuye el tiempo para completarlo. 4. El tamao final de grano depende principalmente del grado de deformacin. A mayor grado de deformacin menor ser la temperatura de recocido para la recristalizacin y menor ser el tamao de grano recristalizado. 5. A mayor tamao de grano inicial, mayor ser la cantidad de deformacin necesaria para producir una cantidad de recristalizacin equivalente. 6. La temperatura de recristalizacin disminuye al aumentar la pureza del metal. La adicin de aleaciones en forma de solucin slida siempre aumenta la temperatura de recristalizacin.

Crecimiento de grano. Durante la recristalizacin los nuevos granos nucleados crecen a expensas del material deformado que les rodea. La fuerza reductora del crecimiento es la disminucin de energa superficial almacenada en las juntas de grano, dado que cuanto mayor es el tamao de grano menor es la cantidad de junta de grano.Un tratamiento prolongado a elevadas temperaturas conduce a tamaos muy grandes de grano lo que suele ser indeseable pues hace disminuir las caractersticas mecnicas del metal (ecuacin de Hall-Petch).Recristalizacin PrimariaEn esta etapa del recocido se produce el reemplazo de los granos deformados por granos nuevos, libres de deformacin. Estos cambios son perceptibles en el microscopio ptico. El proceso se lleva a cabo por migracin de los bordes de grano de gran ngulo de modo que en su avance van aniquilando dislocaciones dejando tras ellos granos liberados de deformacin. Para metales con poca deformacin la migracin corresponde a los bordes de granos originales. Un borde de grano de gran ngulo que separa dos granos deformados se hincha y empieza a crecer hacia el grano con mayor contenido de dislocaciones, dejando tras ella una regin libre de dislocaciones, formando as el ncleo de recristalizacin (Figura 1). El lmite de grano hinchado es de gran movilidad lo que da lugar al crecimiento o formacin de un grano libre de deformacin.

Figura 1. Modelo esquemtico de Iniciacin de recristalizacin por el abombamiento de la regin B, que tiene baja densidad de dislocaciones, en la regin A, que tiene una mayor densidad de dislocaciones, induciendo de este modo el lmite de grano de gran ngulo para migrar en A. Tamao de granoLa recristalizacin ocurre ms rpidamente en metales de grano fino que en los de grano grueso, debido a que hay ms energa almacenada en un metal de grano fino y los bordes de grano son los sitios preferenciales para la nucleacin de nuevos granos. As mismo cuanto menor es el tamao de grano original, menor es el tamao de grano recristalizado d.

ImpurezasSi bien las impurezas pueden actuar como agentes nucleantes y por consiguiente aumentar la velocidad de nucleacin. Sin embargo, son ms efectivas en retardar el crecimiento de los granos recristalizados, por lo que suele observarse que un metal puro recristaliza ms fcilmente que un metal impuro.Recristalizacin Secundaria (Crecimiento de grano)Una estructura recristalizada comprende un arreglo inestable de granos de diferentes formas y tamao. Si el recocido continuase, ello conduce a un arreglo ms estable de poliedros regulares y de igual tamao. Esto se produce por el crecimiento de los granos ms grandes a expensas de los ms chicos. Recocidos a altas temperaturas pueden causar que solamente algunos granos crezcan (Figura 2), fenmeno conocido como crecimiento anormal o recristalizacin secundaria.

Figura 2.Para granos con ms de seis lados el desplazamiento de los bordes de granos conduce a un crecimiento de los granos

Figura 3. Ilustracin bidimensional de equilibrio en los bordes de grano. (a) de grano de seis lados. (b) de grano de tres lados. (c) de grano de ocho lados.Deformacin CrticaEn la figura 4 se indica la variacin del nmero de granos por pulg2 (La inversa del tamao de granos en pulg) con la recristalizacin a distintos % de deformacin para muestras de aceros 0.06%C. Los tramos iniciales de las curvas muestran que la recristalizacin dentro de dichos rangos de deformacin no produce mayor variacin en el nmero de granos/pulg2. Esto es, la recristalizacin ocurre a partir de una deformacin. Esta deformacin se conoce como deformacin crtica y vara en el ejemplo mostrado entre 2%-13%. A deformaciones menores que la deformacin crtica no hay recristalizacin, slo recuperacin.Utilizando el concepto de deformacin crtica es posible promover o inducir granos recristalizados de gran tamao. Esta tcnica conocida como recristalizacin y crecimiento inducido por deformacin (strain annealing) se emplea para obtener granos de gran tamao muy utilizados para la produccin de monocristales y chapas elctricamente no orientadas.

Figura 4. Efecto del porcentaje de la tensin, y de la temperatura, del tamao de granos recristalizados en acero que contenga 0,06% de C.

NORMA ASTM E112Mtodo estndar para la determinacin del tamao de granoLa norma describe distintos mtodos para la medicin del tamao de grano, los cuales se clasifican de acuerdo con el grfico siguiente: Procedimiento de ComparacinProcedimiento PlanimtricoProcedimiento de InterseccinLinealCircular1 crculo3 crculosMtodos para la medicin del tamao de grano.

Procedimiento de Comparacin: involucra la comparacin de la estructura de grano con una serie de imgenes graduadas. Procedimiento Planimtrico: involucra el conteo del nmero de granos dentro de un rea determinada. Procedimiento de Interseccin: involucra el conteo de los granos interceptados por una lnea de ensayo o el nmero de intersecciones de la lnea con los bordes de grano.

EQUIPOS Y MATERIALESTratamiento Trmico 6 Probetas de acero. Horno. Pinzas. Equipo de seguridad.Obtencin de las microestructuras 6 Briquetas (muestra 7, 8, 9, 9A, 10, 10A). Juego de lijas. Paos. Almina. Reactivo de ataque (Nital al 3%) Alcohol. Microscopio.

PROCEDIMIENTOTratamiento Trmico Se coloca las 6 probetas dentro del horno, y dejamos calentar hasta llegar a 600 C. Esto se logra en aproximadamente 19 minutos (Inicio: 9:15am Final: 9:34am).

Mantenemos a 600C por un tiempo de 1 hora.

Finalmente, dejamos enfriar dentro del horno.

Obtencin de las microestructuras Se confecciona las briquetas, conteniendo en ellas las probetas con y sin tratamiento trmico. Se procede a desbastar las superficies de las briquetas, hasta obtener una superficie tipo espejo.

A continuacin, pasamos por los paos baados en almina (abrasivo) para darle el acabado final.

Posteriormente, atacamos con Nital al 3%, dependiendo del manipuleo oscila entre 10 a 15 segundos. Luego echamos alcohol para detener el ataque, y secamos.

Finalmente, observamos en el microscopio las microestructuras. Se escoge un aumento, el cual brinde la posibilidad de observar adecuadamente la recristalizacin de los granos. En este caso fue de x200.

COMPOSICINDe acuerdo a la probeta que se nos asigno, vara la composicin de dicho acero, as como las propiedades del mismo.La probeta 10A, no es otra que el Acero SAE 1010. A continuacin, se muestran sus valores estndar.ComposicinPropiedades Fsicas

AceroEstado% C% Mn% P% SiLimite de Rotura(Kg/mm2)Limite de Fluencia(Kg/mm2)Alargamiento%Estriccin%

SAE 1010LC0.08-0.130.30-0.60