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Tratamientos térmicos Parte 2 Endurecimiento por precipitación Recristalización Trabajo en Caliente.

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Presentación del tema: "Tratamientos térmicos Parte 2 Endurecimiento por precipitación Recristalización Trabajo en Caliente."— Transcripción de la presentación:

1 Tratamientos térmicos Parte 2 Endurecimiento por precipitación Recristalización Trabajo en Caliente

2 Endurecimiento por Precipitación La precipitación o endurecimiento por envejecimiento, puede ser definida como la formación de una nueva fase como resultado de sobresaturación de la fase inicial, producida por un cambio de temperatura. Su objetivo es crear en una aleación tratada térmicamente, una dispersión densa y fina de partículas precipitadas en una matriz de metal deformable. Las partículas precipitadas refuerzan la aleación Este tipo de endurecimiento se emplea con mayor frecuencia en el fortalecimiento comercial de aleaciones no ferrosas especialmente de aluminio y de magnesio.

3 Endurecimiento por Precipitación Los requisitos fundamentales para que una aleación pueda ser endurecida por envejecimiento sean los siguientes: 1. Que la aleación presente solubilidad creciente de un soluto o de una segunda fase a medida que la temperatura aumenta. 2. Que el material a alta temperatura, el cual hay más solutos en solución, puede ser templado o congelado cuando la aleación se enfría a la temperatura ambiente o por debajo de ella. Puesto que la aleación templada contiene más soluto a temperatura ambiente que cuando está en equilibrio, se trata de una solución sobresaturada, inestable, que tiende a precipitar el exceso de solución o fase de acuerdo a la relación siguiente:

4 Etapas del Proceso Recocido de solución La muestra, que puede estar en forma de fundición o forja, se calienta a una temperatura (T M ), Se deja el metal a esta temperatura hasta obtener una solución sólida homogénea y uniforme Temple La muestra se enfría rápidamente hasta alcanzar la temperatura ambiente (T F ) de tal modo que se impide la precipitación de la fase  Ésta etapa es la más crítica de la serie de procedimientos del tratamiento térmico. La velocidad de templado debe ser mayor que la velocidad de enfriamiento crítico para conservar la composición a la temperatura de recocido por disolución y para formar una solución sobresaturada del soluto o fase. El medio de enfriamiento habitualmente es agua o una combinación de agua y aire

5 Etapas del Proceso El temple no produce cambios significativos en las propiedades mecánicas. La aleación es relativamente blanda y puede ser trabajada hasta lograr la forma deseada sin que precipite la fase  Le tercer paso o precipitación implica el recalentamiento y conservación de la aleación hasta una temperatura por debajo de la línea de solidus (T N ) por un periodo de tiempo definido hasta que surjan la cantidad y el tamaño de precipitado necesarios para alcanzar la propiedades deseadas Cuando la precipitación se hace a temperatura ambiente, se trata de un envejecimiento natural; cuando se hace a temperaturas más altas, se llama envejecimiento artificial.

6 Los tratamientos térmicos de precipitación de las aleaciones de aluminio son, por lo general, procedimientos de larga duración a baja temperatura. Las curvas de endurecimiento por precipitación. Las curvas de envejecimiento muestran cambios de dureza o de resistencia con el tiempo a temperatura constante. Esquema de la curva de envejecimiento (resistencia o dureza frente al tiempo) a una temperatura determinada para una aleación endurecible por precipitación

7 Designaciones en base a los tratamientos térmicos La W y la T son designaciones que se aplican a las aleaciones de aluminio forjadas y fundidos que se endurecen por tratamiento térmico. La W indica una condición inestable y ordinariamente no se utiliza. La designación T va seguida de número del 1 al 10 que indica el procesamiento aplicado a la aleación Por ejemplo: T1, enfriado desde un proceso de conformado a temperatura elevada y envejecido de forma natural hasta una condición de considerable estabilidad. T3, térmicamente tratado por disolución, trabajado en frío y envejecido de forma natural hasta una condición de considerable estabilidad. T5, enfriado desde un proceso de conformado a temperatura elevada y envejecido de una forma artificial. T6, térmicamente tratado por disolución y envejecido en forma artificial. Esta designación se aplica a productos que no se trabajan en frío después de un tratamiento térmico por disolución, y cuyas propiedades mecánicas, o su estabilidad dimensional, o ambas cosas, han sido mejoradas en grado importante una condición de considerable estabilidad.

8 Características del trabajo en frío: Simultáneamente se puede endurecer el metal y producir la forma deseada Es un método económico para producir grandes cantidades de piezas pequeñas ya que no se requieren de fuerzas elevadas ni de equipos deconformado costosos. Durante el trabajo en frío la ductilidad, la conductividad eléctrica y la resistencia a la corrosión se deterioran. Los esfuerzos residuales y el comportamiento anisotrópico adecuadamente controlados pueden ser benéficos. Algunas técnicas de procesamiento por deformación solo pueden efectuarse si se aplica trabajo en frío (es decir, si la deformación endurece el material)

9 RECUPERACION Y RECRISTALIZACION Después de la deformación la estructura cristalina queda severamente distorsionada y en su interior se almacena gran cantidad de tensiones internas Para eliminar estas tensiones se somete al material a un recocido total Este proceso se realiza totalmente en el estado sólido, y el calentamiento va seguido normalmente de un enfriamiento lento en el horno desde la temperatura de trabajo.l Este proceso puede dividirse en tres etapas: recuperación, recristalización y crecimiento de grano

10 Recuperación Proceso a baja temperatura no se produce un cambio importante en la microestructura Principal efecto es la eliminación de tensiones internas para impedir el agrietamiento por corrosión y minimizar la distorsión Restauración de la resistividad eléctrica Liberación de la energía almacenada Restauración de las propiedades mecánicas

11 Recristalización La recristalización es un proceso que se desarrolla por nucleación y crecimiento. Los sitios preferenciales de nucleación de los nuevos granos son las regiones más deformadas, como bordes de grano, planos de deslizamiento, y en zonas de alta energía como precipitados de segunda fase y, también, entorno a inclusiones no metálicas Si el núcleo se forma rápidamente y crece con lentitud, se formarán muchos cristales antes de que se complete el proceso de recristalización, es decir, el tamaño final del grano será pequeño. Si la velocidad denucleación es pequeña comparada con la velocidad de crecimiento, el tamaño de grano será grande

12 Recristalización La recristalización ocurre debido a la nucleación y crecimiento de nuevos granos Los nuevos granos recristalizados adoptan formas más o menosregulares,debido a las anisotropías de su velocidad de crecimiento. Cuando los granos entran en contacto unos con otros, se acaba la fasellamad recristalización y se entra en la fase llamada crecimiento de grano Como se ha reducido de manera importante el número de dislocaciones,el metal recristalizado tiene baja resistencia, pero una elevada ductilidad.

13 Factores que afecta a la temperatura de recristalización La recristalización se produce solamente después de una cierta cantidad mínima de trabajo en frío, generalmente del 2 al 8% Cuando menor es la deformación, más elevada es la temperatura de recristalización La temperatura de recristalización corresponde a la temperatura aproximada a la que un material altamente trabajado en frío se recristaliza por completo en una hora La temperatura de recristalización disminuye cuando mayor es la pureza del metal A mayor cantidad de deformación previa, menor será la temperatura necesaria para iniciar el proceso de recristalización Si la temperatura de recristalización aumenta, el tiempo de recocido disminuye Mientras menor sea el tamaño de grano inicial, menor será la temperatura de recristalización

14 Crecimiento de grano En un metal completamente recristalizado, la fuerza impulsora para el crecimiento de los granos corresponde a la disminución de la energía asociada con los bordes de grano. El crecimiento de los nuevos granos se produce por movimiento de la interfase grano recristalizado-grano deformado Los bordes de grano tienden a moverse hacia el centro de la curvatura El ángulo entre tres bordes de grano es de alrededor de 120º Mecanismo de crecimiento de los granos (las flechas indican las direcciones de crecimiento)

15 Factores que influyen en el tamaño de grano Grado de deformación previa: Un aumento en la deformación previa favorece la nucleación y, como consecuencia, la obtención de un tamaño final de grano pequeño Permanencia a temperatura: Cualquiera sea la temperatura de recocido, cuanto mayor es el tiempo que permanece a dicha temperatura, mayor es la facilidad que tiene el grano para crecer y por tanto mayor es su tamaño final facilidad que tiene el grano para crecer y, por tanto, mayor es su tamaño final. Temperatura de recocido: Una vez sobrepasada la temperatura de recristalización, cuanto menor sea la temperatura mas fino será el tamaño de grano final Duración del calentamiento: Cuanto menor sea el tiempo que se tarda en alcanzar la temperatura de recocido mas fino será el tamaño de grano final alcanzar la temperatura de recocido mas fino será el tamaño de grano final Impurezas insolubles: Una gran cantidad de impurezas insolubles pequeñas, uniformemente distribuidas, favorecerá la obtención de una estructura de grano fino (las impurezas aumentan la nucleacióny actúan como barreras que obstruyen el crecimiento de los granos).

16 Esquema de un proceso total de recocido con sus respectivas microestructuras.

17 Trabajo en Caliente Cuando un material se deforma plásticamente a temperaturas elevadas se producen simultáneamente dos efectos opuestos Endurecimiento a causa de la deformación y Reblandecimiento a causa de la recristalización La temperatura a la cual estos dos fenómenos se equilibran se le llama temperatura de trabajo Si el proceso de conformado se ejecuta por encima de la temperatura de trabajo se conoce como trabajo en caliente y por debajo trabajo en frío Los términos frío y caliente son relativos por ejemplo el plomo y el estaño se trabajan en caliente a temperatura ambiente ya que recristalizan a –44 y –4 o C respectivamente. Por su parte el acero se trabaja en frío a unos 540 o C Como el metal se encuentra a alta temperatura, los cristales reformados comienzan a crecer nuevamente, pero estos no son tan grandes e irregulares como antes. AI avanzar el trabajo en caliente y enfriarse el metal, cada deformación genera cristales mas pequeños, uniformes y hasta cierto grado aplanados, lo cual da al metal una condición a la que se llama anisotropía u orientación de grano o fibra, es decir, el metal es mas dúctil y deformable en la dirección de un eje que en la del otro

18 Ventajas y desventajas del trabajo en caliente Ventajas No aumenta la dureza o ductilidad del metal ya que los granos distorsionados deformados durante el proceso, pronto cambian a nuevos granos sin deformación. El metal se hace más tenaz pues los cristales formados son más pequeños y por lo tanto más numerosos, además porque se disminuye el espacio entre cristales y se segregan las impurezas. Se requiere menor fuerza y por lo tanto menor tiempo, ya que el material es más maleable. Facilidad para empujar el metal a formas extremas cuando esta caliente, sin roturas ni desgastes pues los cristales son más plegables y se forman continuamente. Se eliminan zonas de baja resistencia. Se eliminan los poros en forma considerable debido a las altas presiones de trabajo. Baja costos de dados. Desventajas Se tiene una rápida oxidación o formación de escamas en la superficie de los aceros con el siguiente mal acabado superficial. No se pueden mantener tolerancias estrechas. Se requieren herramientas resistentes al calor que son relativamente costosas.


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