Universidad de CaraboboFacultad de Ingeniería

Escuela de Ingeniería MecánicaCátedra de Procesos de Manufactura

Laboratorio de Procesos de Manufactura__________________________________________________________________________________________________

RECRISTALIZACIÓN

11 de Junio de 2012

Por:Andrea Moudallal C.I.: 18980853, Sec: 42Ronald Medina C.I.: 16291029, Sec: 42Profesor: Argel Porrello

_________________________________________________________________________________________________1. OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA

Objetivo General:Estudiar el proceso de Recristalización para un acero luego de realizado un proceso de trefilado.

Objetivos Específicos: Conocer los diferentes cambios que ocurren durante el proceso de Recristalización. Analizar las diferentes etapas del proceso de Recristalización. Observar el crecimientos de los granos de los aceros en cada una de las etapas. Conocer los conceptos de acritud, trefilado, temperatura de Recristalización.

__________________________________________________________________________________________________2. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICAEl proceso de Recristalización es un proceso mediante el cual se busca recuperar propiedades de un acero o algún otro material una vez que ha sido trabajado en frio ya sean por medio de los mecanismos de deformación plástica por deslizamiento y por maclaje logra alterar las propiedades mecánicas de este metal. Etapas del proceso de Recristalización: Recuperación: Es el intervalo de temperatura dentro del cual no se observan cambios estructurales en el metal, pero

si se logra aliviar tensiones internas debidas al trabajo en frío esto debido a que cuando calentamos el metal las dislocaciones se mueven y reagrupan mientras que los esfuerzos residuales se reducen. Durante esta etapa aumenta relativamente la conductividad eléctrica del metal tratado.

Recristalización: Esta parte del proceso tiene como fin el refinar el tamaño del grano, eliminando las tensiones internas y disminuyendo la heterogeneidad estructural, Si se calienta el metal por encima de la temperatura superior que define el rango de recuperación, empezarán a aparecer granos equiaxiales entre los granos deformados, a partir de allí, habrá una temperatura a la cual se obtendrá una estructura formada en su totalidad por granos equiaxiales, la menor temperatura a la cual se obtiene ese resultado, se le denomina temperatura de Recristalización.

Crecimiento de Grano: El crecimiento del grano ocurre debido al proceso de coagulación y reorientación de los granos adjuntos y esto es función del tiempo y la temperatura. Conforme la temperatura aumenta, la rigidez de la red disminuye produciendo un incremento en la rapidez de crecimiento del grano.

Acritud: Propiedad de un metal que se traduce en un aumento de dureza y resistencia a tracción por efecto de las deformaciones. Trefilado: El trefilado propiamente dicho consiste en el estirado del alambre en frío, por pasos sucesivos a través de hileras, dados o trefilas de carburo de tungsteno cuyo diámetro es paulatinamente menor. Esta disminución de sección da al material una cierta acritud en beneficio de sus características mecánicas.Temperatura de recristalización: La temperatura aproximada a la que un material altamente trabajado en frío se recristaliza por completo en una hora. Esta temperatura va también a depender de otros factores tales como:

1. La severidad de la deformación plástica.2. El tamaño del grano original deformado plásticamente.3. La temperatura a la cual ocurre la deformación plástica.4. El tiempo en el cual el metal deformado plásticamente es calentado para obtener la temperatura de Recristalización.

5. La presencia de elementos disueltos en el metal.Según fundamentaciones teóricas de prácticas pasadas, se repasan las siguientes formulas

A=π D2

4 A: Área de la sección transversal del alambre.

D: Diámetro del alambre.

Su=CmaxA

Su: Esfuerzo máximo.

Cmax: Carga máxima.

A: Área de la sección transversal del alambre

Sy=CfA

Sy: Esfuerzo de fluencia.

C f : Carga a la fluencia.

A: Área de la sección transversal del alambre.

%RA= Ao−AfAo

∗100

%RA: Porcentaje de reducción de área.

Ao: Área inicial de la sección transversal del alambre.

Af: Área final de la sección transversal del alambre.

% Al=∆ LLo

∗100

%Al: Porcentaje de alargamiento. Lo: Longitud inicial del alambre. ∆ L: Variación de la longitud del alambre.

3. METODOLOGÍA.Se dispuso de 5 muestras a una temperatura de recocido distinto: La muestra numero 1 tiene una temperatura de recocido original La muestra numero 2 tiene una temperatura de recocido de 440 ºC La muestra numero 3 tiene una temperatura de recocido de 540 ºC La muestra numero 4 tiene una temperatura de recocido de 640 ºC La muestra numero 5 tiene una temperatura de recocido de 740 ºC

Para el estudio y análisis de cada una de las muestras se utilizó un Microscopio Metalográfico.1º A cada una de las muestras de estudio se le realizó un trefilado, y se trabajó con unos diámetros determinados para

cada muestra. Del trefilado fueron: 6,35mm; 4,76mm; 3,97mm; 3,17mm y 2,38mm.

2º La primera muestra se observo en su estado original sin habérsele aplicado ninguna temperatura de recocido, con su estructura granular típica.

3º Se observo el resto de las probetas, a las temperaturas respectivas y distinguiendo las estructuras granulares de cada una a diferentes diámetros, para poder así observar en que etapa de recristalización se encontraba cada una de ellas.

4. RESULTADOS, ANÁLISIS Y DISCUSIÓN.Cálculos y representaciones correspondientes. (Los demostrativos son cálculos “tipo” para referenciar la completacion de las siguientes tablas)

Área:

A=πR2

A=π (6 .35 /2 )2

A=31 .66 mm2

Esfuerzo máximo

Su=CmA

Su=127031 .66

Su=40.11 Esfuerzo de fluencia

Sy=CfA

Sy=95031.66

Sy=30

Porcentaje de Reducción de Área

% RA=Ainicial−A final

Ainicial∗100

% RA=31 .66−31 .6631 .66

∗100

% RA=0 Porcentaje de Alargamiento

% Al=AlLo

∗100

% Al=2750

∗100

% Al=54 %

En la tabla 1 se representan las los valores correspondientes Características y propiedades de alambres SAE 1010 (0,10 %C) deformados plásticamente en frío.

Diámetro (mm) Área(mm2)

Su (kg/mm2)

Sy (kg/mm2)

Al%

RA%

6,35 31,66 40,11 30 54 04,76 17,795 56,195 48,328 16 43,793,97 12,378 63,015 58,571 14 60,903,17 7,89 72,24 67,173 10 75,072,38 4,44 77,25 72,072 8 85,97

Tabla1(Lo=50 cm).

Muestra 1. Condiciones Originales.Diámetro (mm) Observaciones

Imagen 1

6,35Se observan granos de gran en los bordes de la

imagen.

Imagen 2

4,76Se observan una estructura alargado en la mayoría de

los granos.

Imagen 3

3,97Empieza a ser notoria la

difusión de granos.

Imagen4

3,17

Se observa una mayor difusión y deformación de los granos, estos presentas muchos más alargados, y

son cada vez mas uniformes.

Imagen 5

2,38

Los granos tienes una gran deformación existe una

gran complejidad en distinguirlos

Muestra 2. Temperatura de Recocido 440ºC.Diámetro(mm) Observaciones

Imagen 6

6,35Se observa de forma

inicial el arreglo de los granos debido al recocido.

Imagen 7

4,76

Se observa una agrupación similar a la condición inicial, pero se puede

afirmar que se encuentran en el inicio de la etapa de

recuperación.

Imagen 8

3,97

No se observa algún cambio relevante,El porcentaje de acritud es más alto que en las condiciones originales.

Imagen 9

3,17

Se observa un tamaño mayor en los granos y presentan una mayor

deformación.

Imagen 10

2,38Se observa el inicio de la

difusión granular.

Muestra 3. Temperatura de Recocido 540ºC.Diámetro (mm) Observaciones

Imagen11

6,35

Se observa de forma consistente y notoria, el reacomodamiento de los

granos en el material.

Imagen 12

4,76

Los granos observados tienen una mayor

dimensión y una estructura mas uniforme.

Imagen 13

3,97

Se observa un comienzo de la etapa de

regeneración, se empieza a distinguir los granos. La

mayoría siguen deformados. Etapa al

inicio de la Recristalización.

Imagen 14

3,17

Se distinguen más los granos y se acentúa más la

regeneración de los granos.

Imagen 15

2,38Entramos en una etapa

más avanzada del inicio de la recristalización.

Figura 5. Muestra 4. Temperatura de Recocido 640ºC.Diámetro (mm) Observaciones

6,35 Se observa un incremento pequeño si se compara con

la condición original.

Imagen 16

Imagen 17

4,76Se evidencia el tamaño del

cambio de los granos.

Imagen 18

3,97

Se distinguen más los granos. Hay algunos deformados pero la

mayoría son equiaxiales.

Imagen 19

3,17

Identificamos como la Etapa Intermedia de Recristalización, los

granos se observan más pequeños.

Imagen 20

2,38El grano, con lo poco que

se ve, está totalmente equiaxial.

Muestra 5. Temperatura de Recocido 740ºC.Diámetro

(mm)Observaciones

Imagen 21

6,35Se observan granos muchos más

grandes.

Imagen 22

4,76Granos totalmente equiaxiales. Homogeneidad en los granos.

Imagen 23

3,97Se alcanza la temperatura de

recristalización, los granos son más grandes.

Imagen 24

3,17Empieza la etapa de crecimiento de

los granos. Ya recristalizó, se ven los límites de grano grueso.

Imagen 25

2,38Todos crecieron lo que iban a crecer. Finaliza la etapa de crecimiento de

granos.

En el grafico 1 se representa aspectos tales como: Esfuerzo máximo (Su), esfuerzo de fluencia (Sy), porcentaje de alargamiento (%Al) vs. Porcentaje de Reducción de Área (%RA).

Gráfico 1.

En la tabla 2 se representan los valores calculados para las Propiedades mecánicas de alambres SAE 1010 (0,10 %C) sometidos a distintas temperaturas de recocido de recristalización luego de un laminado en caliente (d=6,35 mm) basados en las formulas y cálculos generalizados mencionados anteriormente.

Diámetro (mm) Condición Cm(Kg) Cf(kg)ΔL

(mm)Su

(kg/mm2)Sy

(kg/mm2)Al%

6,35 Laminado en caliente 1270 950 27 40,11 30 54

6,35Lam. en caliente +

Recocido 440ºC1250 940 24 39,48 29,69 48

6,35 Lam. en caliente + Recocido 540ºC

1240 930 26 39,16 29,37 52

6,35Lam. en caliente +

Recocido 640ºC1233 960 26,4 38,94 30,32 52,8

6,35 Lam. en caliente + Recocido 740ºC

1166 880 26 36,82 27,79 52

Tabla 2

En el Gráfico 2 se representa el Esfuerzo máximo (Su), esfuerzo de fluencia (Sy), porcentaje de alargamiento (%Al) vs. Temperatura de recocido de recristalización (Trec) para el alambre de diámetro 6,35mm.

0 42.92 60.28 74.69 85.760

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Su (Kg/mm2)

Sy(Kg/mm2)

Al

440 540 640 7400

10

20

30

40

50

60

Su(Kg/mm2)

Sy(Kg/mm2)

Al

Grafico 2

En la Tabla 3 se representan los valores de las Propiedades mecánicas de alambres SAE 1010 (0,10 %C) sometidos a distintas temperaturas de recocido de recristalización luego de un trefilado (d=4,76 mm).basados en expresiones matemáticas de calculo tipo y en la bibliografía citada.

Diámetro (mm) Condición Cm(Kg) Cf(kg)ΔL

(mm)Su

(kg/mm2)Sy

(kg/mm2)Al%

4,76 Trefilado 1000 860 8 56,19 48,32 16

4,76 T + Recocido 440ºC 960 850 9 53,94 47,76 18

4,76 T + Recocido 540ºC 1017 900 11 57,15 50,57 22

4,76 T + Recocido 640ºC 700 500 24 39,33 28,09 48

4,76 T + Recocido 740ºC 616 410 26 34,61 23,04 52

Tabla3

En el Gráfico 3se representa Esfuerzo máximo (Su), esfuerzo de fluencia (Sy), porcentaje de alargamiento (%Al) vs. Temperatura de recocido de recristalización (Trec) para el alambre de diámetro 4,76mm.

440 540 640 7400

10

20

30

40

50

60

70

Su(Kg/mm2)

Sy(Kg/mm2)

Al

Grafico 3

En la Tabla 4 se representan los valores para Propiedades mecánicas de alambres SAE 1010 (0,10 %C) sometidos a distintas temperaturas de recocido de recristalización luego de un trefilado (d=3,97 mm).

Diámetro (mm) Condición Cm(Kg) Cf(kg)ΔL

(mm)Su

(kg/mm2)Sy

(kg/mm2)Al%

3,97 Trefilado 780 725 7 63,01 58,57 14

3,97 T + Recocido 440ºC 760 716 9 61,39 57,84 18

3,97 T + Recocido 540ºC 740 700 10 59,78 56,55 20

3,97 T + Recocido 640ºC 460 360 28 37,16 29,08 56

3,97 T + Recocido 740ºC 450 335 28 36,35 27,06 56

Tabla 4

En el Gráfico 4. Se representan Esfuerzo máximo (Su), esfuerzo de fluencia (Sy), porcentaje de alargamiento (%Al) vs. Temperatura de recocido de recristalización (Trec) para el alambre de diámetro 3,97mm.

Grafico 4

En la Tabla 5.se representan los valores de cálculos aplicados con respecto a las Propiedades mecánicas de alambres SAE 1010 (0,10 %C) sometidos a distintas temperaturas de recocido de recristalización luego de un trefilado (d=3,17 mm).

440 540 640 7400

10

20

30

40

50

60

70

Su(Kg/mm2)

Sy(Kg/mm2)

Al

440 540 640 7400

10

20

30

40

50

60

70

Su(Kg/mm2)

Sy(Kg/mm2)

Al

Diámetro (mm) Condición Cm(Kg) Cf(kg) ΔL (mm)Su

(kg/mm2)Sy

(kg/mm2)Al%

3,17 Trefilado 570 530 5 72,24 67,17 10

3,17 T + Recocido 440ºC 535 510 8 67,80 64,63 16

3,17 T + Recocido 540ºC 515 495 9 65,27 62,73 18

3,17 T + Recocido 640ºC 330 270 29 41,82 34,22 58

3,17 T + Recocido 740ºC 290 225 30 36,75 28,51 60

Tabla 5

En el Gráfico 5 se representan Esfuerzo máximo (Su), esfuerzo de fluencia (Sy), porcentaje de alargamiento (%Al) vs. Temperatura de recocido de recristalización (Trec) para el alambre de diámetro 3,17mm.

440 540 640 7400

10

20

30

40

50

60

70

80

Su(Kg/mm2)

Sy(Kg/mm2)

Al

Grafico 5

En laTabla 6. Se representan los resultados correspondientes a los cálculos con respecto a las Propiedades mecánicas de alambres SAE 1010 (0,10 %C) sometidos a distintas temperaturas de recocido de recristalización luego de un trefilado (d=2,38 mm).

Diámetro (mm) Condición Cm(Kg) Cf(kg)ΔL

(mm)Su

(kg/mm2)Sy

(kg/mm2)Al%

2,38 Trefilado 343 320 4 77,25 72,07 8

2,38 T + Recocido 440ºC 323 318 2,5 72,74 71,62 5

2,38 T + Recocido 540ºC 305 303 1,8 68,69 68,24 3,6

2,38 T + Recocido 640ºC 173 140 25 38,96 31,53 50

2,38 T + Recocido 740ºC 160 127 30 36,03 28,60 60

Tabla 6

En el Gráfico 6 se representan Esfuerzo máximo (Su), esfuerzo de fluencia (Sy), porcentaje de alargamiento (%Al) vs. Temperatura de recocido de recristalización (Trec) para el alambre de diámetro 2,38mm.

Grafico 6

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES

La recristalización de un metal puede tener lugar en un intervalo de temperaturas, y este intervalo es dependiente en cierta forma del resto de variables.

A medida que aumenta la temperatura y se va trefilando mas se obtiene más rápido a la temperatura de recristalización.

El trabajo en frío se lleva a cabo por debajo de la temperatura de recristalización. El trabajo en caliente se realiza por sobre la temperatura de recristalización. El trabajo en caliente produce mayores deformaciones plásticas que el trabajo en frío. La ductilidad y la resistencia al impacto se incrementa trabajando por encima de la temperatura de

recristalización. A medida que se aumenta la deformación en el material aumenta la carga que se debe aplicar para seguir

deformando. A medida que aumentan la deformación los esfuerzos últimos y de ruptura aumentan como resultado el

material se vuelve más duro.

440 540 640 7400

10

20

30

40

50

60

70

80

Su(Kg/mm2)

Sy(Kg/mm2)

Al

El porcentaje de alargamiento disminuye por lo que el material se vuelve más frágil a medida que aumenta la deformación.

Mientras más deformado esta el material menor es la temperatura de recristalización. El principal factor que se debe controlar en el proceso de laminado en caliente, es la temperatura a la cual se

esta calentando el acero.

RECOMENDACIONES Hay que controlar muy bien la temperatura a la cual sometamos las probetas puesto que una temperatura alta de calentamiento del acero puede originar un crecimiento excesivo de los granos y un defecto llamado “quemado” del acero que origina grietas que no son eliminables, y una temperatura baja de calentamiento origina la disminución de la plasticidad del acero, eleva la resistencia de deformación y puede originar grietas durante la laminación.

6. REFERENCIAS

[1] Querales E. Porcello A. (enero 2012). Guía de Laboratorio: Recristalización. http://aulavirtual.ing.uc.edu.ve/mod/resource/view.php?id=3682

[2] El rincón de vago (2012). Tratamientos Térmicos. http://html.rincondelvago.com/tratamiento-termico-de-recocido.html