recristalizacion y crecimiento de grano
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Recristalizacion y crecimiento de granoTRANSCRIPT
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Ciencia e Ingeniera de Materiales
Tema 14. Mecanismos de endurecimiento y fenmenos de recristalizacin
14.2..
14.4.
14.5.
14.1. Introduccin
Endurecimiento por afino de grano
Endurecimiento por temple
14.6. Endurecimiento por deformacin
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cris
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ci
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14.3.
14.7. Recuperacin, Recristalizacin y Crecimiento del grano
Endurecimiento por aleacin
Endurecimiento por precipitacin
8.8. Introduccin a los diagramas ternarios
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14.1. Introduccin
Los mecanismos de endurecimiento se basan en restringir e impedir el movimiento de las dislocaciones.
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Movimiento de una dislocacin de cua o arista
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14.2. Endurecimiento por afino de grano
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n Las fronteras de grano son barreras que dificultan el movimiento de las dislocaciones del
metal
Movimiento de una dislocacin cuando
encuentra un lmite de grano acta
como barrera a la continuacin del
deslizamiento. Los planos de
deslizamiento son discontinuos y
cambian de direccin en el lmite de
grano.
Material con granos grandes y
pequeos. En el material con granos
grandes las dislocaciones encuentran
pocas barreras para moverse.
Granos pequeos Rm y dureza
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14.2. Endurecimiento por afino de grano
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E = 0 + k d-1/2
Lm
ite
w e
lstico
(M
Pa
)
Tamao de grano, d (mm)
-1 -2 -3
50
100
150
200
10 10 5x10
Variacin del lmite elstico con el tamao de grano
E: lmite elstico d: dimetro medio de grano 0 y k: constantes que dependen del
tipo de material
Influencia del tamao de grano sobre
el lmite elstico de un latn (70Cu-
30Zn). Notes que el dimetro de
grano aumenta de derecha a
izquierda.
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14.3. Endurecimiento por aleacin
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n La adicin de impurezas al material producen distorsin en la estructura
cristalina donde se alojan debido a que tienen un tamao distinto al de los tomos originales
Tamao tomo soluto Cantidad de soluto
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14.3. Endurecimiento por aleacin
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14.3. Endurecimiento por aleacin
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Zona de compresin
Zona de tensin
En la zona de tensin suelen acumularse tomos grandes. La
distorsin en la estructura cristalina disminuye
En la zona de compresin se acumulan tomos pequeos
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14.3. Endurecimiento por aleacin
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Metal rA() %
Cu 1,278
Zn 1,332 +4,2
Al 1,432 +12,1
Sn 1,509 +18,1
Ni 1,243 -2,7
Si 1,176 -8,0
Be 1,143 -10,6
Radios atmicos y diferencias porcentuales en el tamao de los tomos.
Tamao tomo soluto
Efecto de varios elementos de aleacin sobre el lmite
elstico del cobre. Los tomos de Cu y Zn son
aproximadamente del mismo tamao pero los de Be y Sn
tienen tamaos muy diferentes a los del cobre. Aumentando
la diferencia de tamao atmico y la cantidad del elemento
aleante, se incrementa el endurecimiento por solucin
slida.
tomos de mayor tamao que el Cu (Zn, Al y Sn) y de menor tamao (Ni, Si, Be) al aumentar la diferencia de tamao se incrementa el efecto de endurecimiento
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14.3. Endurecimiento por aleacin
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n Cantidad de tomo soluto
Efecto de adicin del Zn al Cu sobre las propiedades de la aleacin endurecida por
solucin slida. El aumento en el porcentaje de alargamiento al incrementarse el
contenido en Zn no es tpico del endurecimiento por solucin slida.
Cantidad de soluto
efecto de endurecimiento
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14.4. Endurecimiento por precipitacin
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n Objetivo
Crear en una aleacin tratada trmicamente una densa y fina dispersin de partculas precipitadas de una segunda fase dentro de la original fase matriz deformable
Solucin slida con solubilidad decreciente a medida que disminuya la T
Hipottico diagrama de fases de una aleacin endurecible
por precipitacin
Precipitados gruesos localizados en los bordes de grano endurecimiento
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14.3. Endurecimiento por precipitacin
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Tratamiento por solubilizacin y temple
Solubilizacin: Calentar la aleacin a una T superior a la de solvus para producir una solucin slida homognea
Temple: Enfriar con rapidez a temperatura ambiente para conservar la microestructura de alta temperatura obteniendo una solucin slida sobresaturada sss altamente distorsionada y no es una estructura de equilibrio.
Envejecimiento o maduracin: Se calienta la aleacin a temperatura inferior a la solvus. El exceso de soluto tender a salir de la solucin como finas partculas endurecedoras submicroscpicas (segundas fases). Las partculas precipitadas actan como obstculos al movimiento de las dislocaciones producidas al deformarse el metal, anclando su movimientos y dando lugar a un fuerte aumento de la resistencia mecnica del mismo.
Si se incrementa el tiempo de envejecimiento o si la temperatura es elevada el exceso de soluto tender a agruparse formando una segunda fase de tamao grande y distribucin heterognea y poco dispersa y se dice que la aleacin ha sido sobreenvejecida no estando su estructura cristalina tan distorsionada.
Etapas del proceso
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14.4. Endurecimiento por precipitacin
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Esquema del tratamiento trmico de endurecimiento por precipitacin o maduracin
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14.4. Endurecimiento por precipitacin
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Esquema del tratamiento trmico de endurecimiento por precipitacin o maduracin produciendo
sobremaduracin debido al alargamiento del tiempo de maduracin
Sobreenvejecimiento
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14.4. Endurecimiento por precipitacin
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Evolucin de una serie de propiedades mecnicas en funcin del tiempo de tratamiento de
envejecimiento o sobreenvejecimiento
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14.5. Endurecimiento por temple
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n Acero
(Austenita ) Enfriamiento
rpido
T< 220 C (Ms) Martensita
Fase metaestable formada por una s.s. sobresaturada de C en ferrita
Se produce sin difusin No se produce cambio alguno en la
composicin Da origen a grandes distorsiones en la
red Cambio de la estructura FCC de la
austenita a la BCT (tetragonal centrada en el cuerpo) de la martensita
Diagrama Fe-C
FCC
BCC
BCT
La celda unitaria de la martensita BTC est relacionada con la celda unitaria centrada en las caras de la austenita FCC
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14.6. Endurecimiento por deformacin
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n Un metal dctil se hace ms duro y resistente a medida que es deformado
plsticamente. Se denomina tambin acritud o bien endurecimiento por trabajo en frio.
%CW=0
0 100
CW: % de trabajo en frio A0 y Ad: rea de la seccin antes y despus
de la deformacin
Variacin de la resistencia a la traccin y la ductilidad durante el trabajo en frio en el cobre puro y en una aleacin
Cu-30% Zn
Cu Cu-30%Zn
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14.6. Endurecimiento por deformacin
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Variacin de la resistencia a la traccin y la ductilidad durante el trabajo en frio para el
acero AISI 1040, el latn y el cobre
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14.6. Endurecimiento por deformacin
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Diagrama esquemtico de la curva de traccin de
un acero mostrando el fenmeno de recuperacin
de la deformacin elstica y del endurecimiento
por deformacin. El lmite elstico inicial se
indica como y0; yi el es lmite elstico despus de retirar la carga en el punto D, y continuar
despus el ensayo.
D
Recuperacin de la deformacin elstica
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14.7. Recuperacin, Recristalizacin y Crecimiento del grano
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Efecto del trabajo en frio sobre las propiedades
y mecnicas y la microestructura
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14.7. Recuperacin, Recristalizacin y Crecimiento del grano
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Influencia de la temperatura sobre la
resistencia a la traccin y sobre la
ductilidad de un latn. Se representa el
tamao de grano en funcin de la
temperatura. Estructura de grano durante
la restauracin, recristalizacin y
crecimiento de grano
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14.7. Recuperacin, Recristalizacin y Crecimiento del grano
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n Recuperacin
Tensiones internas se reducen energa trmica difusin
dislocaciones se reordenan en configuraciones de
menor energa y nmero
Recristalizacin
Formacin de un nuevo conjunto de granos equiaxiales libres de deformacin que tienen baja densidad de dislocaciones
Las propiedades mecnicas son restauradas
Temperatura de recristalizacin
Temperatura a la cual la recristalizacin ocurre exactamente en una hora
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14.7. Recuperacin, Recristalizacin y Crecimiento del grano
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Recristalizacin
Variacin de la temperatura de recristalizacin
con el porcentaje de trabajo en fro en el caso del
Fe. Para deformacines inferiores a la crtica
(alrededor del 5% de trabajo en fro), la
recristalizacin no tendr lugar
Temperaturas de recristalizacin y de fusin para varios metales y aleaciones
% trabajo en frio vrecristalizacin
T de recristalizacin
Metal T recristalizacin
(C)
T fusin
(C)
Plomo -4 327
Estao -4 232
Cinc 10 420
Aluminio (99,999% en peso) 80 660
Cobre (99,999 % en peso) 120 1085
Latn (60%Cu-40% Zn) 475 900
Nquel (99,999 % en peso) 370 1455
Hierro 450 1538
Tungsteno 1200 3410
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14.7. Recuperacin, Recristalizacin y Crecimiento del grano
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n Crecimiento de grano
A medida que el grano crece en
tamao, es menor el rea total del
lmite de grano produciendose una
reduccin en la energa total que es
la fuerza motriz para el crecimiento
de grano.
Crecimiento de granos libres de deformacin si la muestra metlica se deja a temperatura elevada
Crecimiento del grano en funcin de la temperatura y del tiempo de
permanencia a dicha temperatura para el latn