Cap 4 - Recocido y Trabajo en Caliente

5/13/2018 Cap 4 - Recocido y Trabajo en Caliente - slidepdf.com

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Recocidoy

trabajado

en calienteRECOCIDO TOTAL

4..1 Introducci6n Enelcapitulo anterior seestudiaron Ios.mecanismos de defer-macion plastica por deslizamiento y par maclaje y el efecto del trabajado en

frio sabre las propiedadcs del metal . Como resultado del trabajado en frio, aumen-

taron Ia dureza, la rcsixtencia a la tension y la resistencia elect rica, en tanto qued is rn in uy o Ia ductilidad. Hubo tam bien un gran aurnento en el nurrrer o d e d is lo -

caciorres, y ciertos planes en la estructura cristal ina se distorsionaron severa-

mente. Se destaco que mientras 1a mayor parte de la errergfa utilizada para tra-

bajar en frio el metal, se disipaba en calor, una cantidad finita se alrnacenaba enla 'estructura cristalina como energia interna asociada con los defectos de la redcreados por fa deforrnacion. La energia almacenada am-rrIDJajado en fr]o es

aquella fraccion, en general 'de 1 il aproximadamente 10 por ciento, de la ener-

gia introducida en el material mientras se produce un estado de trabajado enfrio, Ia cual se retiene en el material. La figura 4.1 muestr a Ia relacion entre la

energla alrnacenada y Ia cantidad de deforrnacion en cobre de alta pureza.

El recocido total es el proceso mediante el eual la estructura distorsionada dela red trabajada en frio retorna a una cuyo estado se halIe Iibre de tensiones

pOT rnedio de Ia aplicacion de calor. Este proceso se efectua total mente en elestado solido y generalmente Ie sigue un enfriamiento lento en el horno desde

la temperatura deseada. EI prcceso de recocido puede dividirse en tres etapas:

reclJperilc.ion,recristahzacion Y crecimiento de grana.

4.2 Recuperaci6n En principio, este es un proceso a baja temperatura, y loscambios producidos en las propiedades no dan lugar a un cambio apreciable en la

microestructura, Parece que el principal efeeto de la recuperacion es el aliviode esfuerzos internes debidos al trabajado en frio. Esto se muestra en la fig.4.2. A una ·temperatura dada, Ia rapidcz de decremento del endurecimiento por

deformaci6n residual es mas intensa al principio y decae para periodos mas lar-gOB. TambienIa cantidad de reduccion del esfuerzo residual que ocurre en untiempo practice aumen ta con el incremento de temperatura,

1'38

CAP. 4. RECOCIDO Y TRABAJADO EN CALIENTE 139

\..energia

20 30 40

P-orcentaJe de efongaci6n

Fig. 4-.1 Ene rgia a trnacenada de traba jado en fr io

y fracolon del trabajado total que permanece como

energ ia a lrnacenada para cobre .de alta pureza, gr8-

ficados como luncionesde la elonaaclon tensil. (To-

m as a d e los datos del libra de P, Gordan, "Trans-

AIME", vol, 203, pag, 1 043, 1955.)

Cuando se suprime la carga que ha producido la deformacion plastica en unmateria l policris ta lino, no desaparece toda Ia def 'ormacion elastica , Esto se debea la dif'erente orientaci6n de los cri stales, que no perrnitira que algunos de enos

resrocedan cuando se suprime 1a carga. Conforme la temperatura aumenta, hay

\;l lg linrapido retroceso de estes alamos desplazados elasticarnente, 10 cual alivia

le mayor parte de la tension interna, En algunos cases puede haber una ligeraoantidad de f1ujo plastico, que podrla causar un ligero incremento en dureza y

resistencia, La conductividad electrica tam bien se incrementa en forma aprecia-

ble durante 18.etapa de recuperacion,Como las propiedades mecanicas del metal no experimentan esencialmente

cambio alguno, la principal aplicacion del calentarniento en la etapa de reeupe-rac~6n es la de aliviar tensiones internas de lasaleaciones trabajadas en frfo par;a

impedir el agrietamientopcr la tension de, corrosion 0 para hacer minima la distor-sion producicla por esf'uerzos residuales, Cornercialmente; este tratamiento a

baja temperatura en la etapa de recuperacion se conoce como recocido para aliviar

tensiones.

Tiempo de recuperaci6n

Fig. 4.2 Endurec.rniento par deformaci6n residual,

C:PrHra Ilempo de recupsracicn a tres ternperaturas

Constantes de recocldo.



140 INTRODUCCION A LA METAlUR.GIA FiSICA

4.3 Recrista:Jizacion Conforme se alcanza la t emperatura super ior del intc. rvalo

de recuperacion, aparecen nuevas cristales en la microestru~~ra, los cuales nenen

Ia misma composicion y estructura re ticular que los gran~s originales no ~efo~adosy no estan alargados, sino que son aproximadarnente urnfm:-mes. en sus dImenslOn;s.

(eies iguaJes). Los nueves cristaJes suelcn apare~eT en las porciones del grano mas

drasticamente. deformadas, por 10 genera l en los llmite s de grana y los planos de des-

li zamiento. EI agrupamiento de atonies del que se forman los. nu~~os granos sellama nucleo. La recristalizacion tiene lugar mediante una combinacion de nuclea-

c ion de granos llbres de deforrnacion y el crecimiento de estos rnicleos para abarcar

todo el material trabajado en frio, ,

La figura 4.3 mues tra una curva t ip ica de .recris talizacion, 0 s~a, una .grafica del

porcentaje del mate rial rec ristalizad~ _~ontla. el tl~I'hpo de reco~Ido a : tem?er:atu~a

constante para deterrninada cornposrcion e intensidad de t~~baJaclo e? .fno. Es,.a

curva es nplca de cualquier proceso que ocurra por nucleacion y cremm.lento. Im-

cialmente, hay un periodo de incubaci6n durante el cual se desarr~lla suflCJen~e.ener-

gia para iniciar eI proceso. En este caso, tal periodo es ?on el, li.n de.l?ermltII 9 uelos nucleos libres de dsformacion alcancen un tamaiio mrcroscopico VISIble . Es im-

portante nota r que e1 c recimiento del embri6n recristaliza~o es ir reve:I~i~]e . I?~rante

el estudio de la cristalizacion en eJ capitulo 2, se observe que Ia solldificacion del

Ilquido se inicia cuando un grupo d~ atom as alca~za un tama;iio crftico para formarun agrupamiento cstable. Los ernbriones, es ~eGlr , .agrupamlentos rnenores qu e el

tamafio crf ti co se redisolver tan 0 desaparecerian; sin embargo, como no hay una

forma simple para reconstruir la estructura distorsionada, poblada de disl~cac io~es,

el embrion de recristalizacion no pnede redisolverse. Par tanto, estos embriones sun-

plemente gsperan ganar energia adicional para ~ode r, == m~s .a~omos a Sil. est~c-

tura reticular. Eventualrnente se excede e l tamano cnnco y se micra una Iecnstal~za-

cion apreciable, EI pericdo de incubacion corre sponde al c recirniento irreve rsible

de los embriones,

La forma en que tiene lugar exactarnente la receistalizacion no ha sido ~ntendida

auncon claridad; sin embargo, se puede tener alguna idea del proccso , 51 se cxa-

rnina en terrninos de la ene;gia de la red. AI estudiar 1 3 deformacion pHis ti~a, se

recalco que los pianos de deslizarniento y limites de grano eran puntos loc.altz~dos

de alta energia interna como resultado del apilarniento en esos puntos de las dislo-

c:

§ 100~----------:::o~'"t : : !co"iii.;:

o

~

'"0(!)

.(tj"

~Q

~ Periodo de

0. 0 incubac i6nTlarnpo de recoctdo+-e-

FIg. 4,3 Curva ttpica de recrlstallzacion atemperaurra ccnstante.

CAP, 4, RECOCIDO V TRABAJADO EN CALIENTE 141

caciones. Debido a la riaturaleza del endurecimlento por deforrnacicn, para las dis-

loeaciones 0 para 10$ atomos no es posible retroceder con el fin de formar una Ted

Jjbre de tension a partir de .la r:ed distorsionada. En 1a figura 4.4 se ofrece una

analogia s impJif icada. Cons iderese que algunos atornos , en los I irni tes de grana 0 pla-

M)':; de desliaamientos, han sido impulsados hacia arriba en una celina de energta

hasta un valor de E, mayor ala energfa interna de los atomos de Ia red no defer-

rnada, La energianecesaria para veneer la rigidez de Ia red distorsionada es igual

a £2' LoS atomos no pueden alcanzar laencrgia del cristal libre de tension por 1a

mi.sma trayectoria CO n que subieron a Ia colina; en vez de ello deben Ilegar a

la cirna, de 1a cualpueden bajar rodando facilmente. Esta diferencla en en ergia ,

Eo - E , se proporciona con calm. Cuando se alcanza Ia temperatura a 1a que estas

areas locallzadas adquieren un oontenido de energia igual a K", ceden parte de su

energia como calor de. recrisudizacion y forman nticleos de nuevos granos, libres de

tension. Parte de este calor de recristalizacion 10 absorben los atomos vecines,

de modo que adquieren suficiente energia para veneer 1a rigidez de Ia re d distor-

.sinnad:a y ser atraidos en Ia estructura tetic~lar de los granos libres de tension,iniciaodQelcrecimierno de grana. H mrrnero y conreaido de energia de estos puntos

de alta energia depende en rnucho, de. Ia intensidad de la deformacion previa , cuyo

mrmero sera mayor mientras mas aumente la deforrnacion,

4.4 Temperatura de recrlstallzacten El t1hmino temperatura de iecristalizacionse refiere no a una temperatura definida debajo de 1a cual el proceso de recris tali -

zacian no ocurrira, sino a la temperatura aproxirnada a Ia qLLC UIl material altamen-

te trabajado en frio se recristaliza por complete en una hora, En la tabla 4.1 se en-

lista la temperatura de recristalizacion de va rie s met ales y aleaciones,

Netese que los metales muy puros parecen tener bajas temperaturas de recristali-

zac ien en comparacidn con los metale s y aleaciones impuras, EI zinc , el estafio y el

plomo tienen temperature s de recristalizacion inferiore s a la ambients. Esto significa

EnerglB necesaria para Veneer la

- - - - I ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ : ~ ~ ~ ~ ' ~ ~ ~ - - - -ErEI 'energfs proporclonada

[" 0>0. . /, c,

- - - - T - - - ~ - - - · - -E, = = e.nergfa internadebida a la

detorrnacron

~

. Energia de un cri sta I t lbrs de deformaciones

Fig. 4.4 Represent:; lt ;; i6n 'esquemal ica de la recrtstaf lzaclon.



142 INT.AODUCCIO.N A LA METAI . .UAGIA F.ISICA

que estes rnctales no pueden trabajarse en frio a temperatura ambiente, ya que se

reeristalizan espontaneamente, reconstruyendo una estructura reticular ljbre de

tension.

. A ITI<:lYor caQ.!idad de deformaci6i1 ptevia., menar la temperatura necesar ia para

iniciar e! .pracesQ de Ia rectistaliz<!ci6n~(-tig,-4'-:-5), 1[f~htbra mayor distorsion y

mas ntr§iil-' '.e" a '. enible .

. aument:tr-,e1-:-tQrtnp,o .?e re.:.~~e la ~r.a-d~Gr~s!<!.!.izaci~n.El proceso de recr:lsrauzm:mft"'es g'enslble a catnbl'Cl's"-e:n temperatura, mas que a vana-

-ciones de riernpo a temperatura constante. La figura 4.6 muestra Ia influencia del

tiernpo y la temperatura sobre la resistencia a la tension de cobre altamente traba.

jado en frIO. La n:,cristaJit;ad6n se indica pOf la aguda caida en la resisteneia a la

tension. S:i se calienta Is pieza durante 12 .hr, a 30Q'9F; 6 hr .. a 320oF; 2 hr. a

34gvP; 1 hr. a 37(Y°P: 0 !/2 hr.a 39QPP, se p U t ; - d e . ; obtener una resistencia a la

tension de 4000'0 Ibs/p.Ig".

Para iguaJ intensidad de trabajado eo fda, se introduce nub endurecimiento par

deformacion en.' los mctales que tienen Jniclalmente granQs finos que los rnetales

que tienen inicialmente granos gruesos. Por ende, cuanto m;js fino se;1l.. . .el. .1!!.mafiode

gran'.oinicial me~ tcrrlRer~ra de recri~~.i6~. Media.H:e el mismo r",:zo-

na rmcnto, cuanto rnenores sean l as ternperaturas de t rabajado en Irfo, mayor sera la

cantldad de defduna€i6n introducida, distninuyende efectivarnente la temperatura

de tecrista lizac icn para cierto t ierrrpo de recocldot

TA·6lA. 4,1 Temperatures aproxirnadas de recrrs-

lalizB.cf.6n p[j(a vartos meiates y aleactcnes"

MATERIAL·rEMPERI\TUR.A DE

RfCRlST ALJ.ZAC.U)N. 0F

COqre (99.999%)

Cobre, 5% de zinc

Cobre, S% dealumfntc

Cobre, 2% de berilio

Aluminio' {99,,'999°,n

Aluminio (99.0% +)

Aleac iones a l alur ninio

Nique! (99.99%)

.Metal Monel

.H lena (eleCtt~)lt1ico)

Acero al iba jo ca rbone

Magnesio t99.99% l

Aleaciones al magnesio

25 &

600

55 0

7ftn

175

550

60 0

70 0

I 100

75 0

1000

i5045 0

50

25

25

Zinc

Estafio

Ptorno

,< Con autorizncion sde A. G. GUy, "Eletnen!~ Q'f '

Pbys;c~1 Metallurgy", 2a ; ed.. Addi~oh·We,ky Pu-

' bl i, hine: Company . . Inc., Reading, Mass . '1959 .

CAP. 4. Fi.ECOCIDO Y TRABAJADOEN CALIENTE 143

m o t

8 ZO 40 liQ s o 10.0

Porce.rrtaj~ de deJorm'q,ci6ri previa

Fig. 4.5 Elee\o de ladeformaci6n prevla sabre

1'6 10lmpe/atura para- el in lc io de la reoristallzaclon

del csbre

700

!!1 ;-

'"6 _ Q j J

'0

e~o

56 0:£

p'ara, que la eecrrstalleacion sea posible, S 'e necesita cierta.cantidad minima de tra-

b a ja 'c l' IDen f rf o ( gen t; J' ulm en .l e· e ! 2 al.8%). En la f igura 4,7, s~ observa que es nece-sarta una: defennacion de aproxtmadarnente 7% antes de. que suceda cualquicr cam-

bio ea el taniafi.Q cle:grano.. Estu se eonece como dejvrmaeion. , crIJiea. E n a qu ello s

grades de deformacicn menores que. esta, el numero de nucleos de recri stali zacion

no pasa cje ser muy pequefio.70;-----,--------,--......,

A Med~a homBUn,. hd(aCOGS hojas

o Sei.s horasE Ooce; fi b ras

-¥f"l--";-- f ~ : ~ r " o-----t't-t-t-l-I- !

30~----L-----L-----L---~

~OO 300 4,00 SOD 6$'Temperatura, .oF

Fig. 4.6 Electa del tiernpo y taotemperatura sobreel reoQcid,0 (Tamada ds la obra "MiOlals Handbook"

~d. dll 1948": American Society for Melal.s. Me(alsar'~, Ohio)



144 INTROCUCCION A LA METALURGIA FfSlCA

__ Cantidad crltica det raoa] ado en f rio

Fig: 4.7 !ffecto del trabajado en frio sabre el ta-mario de grant;' desarrollaco en un acero at baiocarbone C1e.spuesdel recocldo a 1 740'F. (Tamada

de I~obra "Metal s Handbook" . ed. de 1948~Ameri can

Society for Meta's, Metals Park, Ohio.)

4.5 Crecimiento de grana L ._ '. . os granos grandes uenen menor energia libre ue

los pequenos, Esto se asocia can lamenor

cantidadde

area def t

d qP t t dl .' . . . ron era e grana'.or ,an o, en c~n ,cl.Ones,ldeales, el rnenor estado de energia para un metal 'serf"agueI que t eI ?- dn a s i estuviera formado po r un solo cristal , Esta es la fu ' ~pnlsa eJ crecimient d Oponie erza que lID-1 dC" 0.e grano, . omen dose a esta fuerza se encuentra la rigidez de

dezde on.to~me la temperatura aumenta, .la r igidez de la red disminuye y 1a rapi-_ d creelmle?t? de grano es mayor. A cualquier temperatura dada hay un {ama-

na e ~ano ma~mo, ?~nto donde estes dos efectos estan en equilibria (fig, 4.8).

u En con~ee~enCla, teorrea~ente 'es posrble que crezcan muy grandes, manteniendona mues a _urante largo tiempo en la region de crecirniento de grano, Los anos

de gr:n tamano mostrados en lafigura 4.9 se obtuvieron mediante este metofo La

amleues.a seN~antuvo a una temperatura justa por abajo dei punto de fusi6n de' estaacton. otese que ha ocurrid Izuna fusi ... ". .d bid 1 CI . , 1 a a guna U8lOU en la esquma inferior izquierdae loa a tructuacron de temperatura en el homo '

!!Tamano de grano

Como el reeoeido eomp~ende la nuc1eaci6nyel creci-to dnte:de grano, los factores que favorecen la nucIeaci6n rapida y el Iento oreeimien-

aran como resultado material de grano fino, y aquellos que favorecen Ia nuclea-

oc!E(j)

Q)

'0

oII:

'\"0

E<Ur'--__ - = - _

Temperatura ___

Fig. 4.8 Else.to de la temperatura sabre el tarnano

de grarw recristalizado,

CAP. 4. RECOCICO Y TRABAJADO EN CAliENTE 145

c i o n tent:a y el crec irni ento r ;ij il ido daran como resultado material de grano grueso,

Lo S (ae tores que detenninan el tamanofinal de los granos recristalizados son:

Gt!ldo de d·eformacion previa Este es @ ! factor ma s imp,ortante. Si se aumenta

Ia canti:dad de deformaci6n previa, se favote.oera la nueleacion y disminuira el tarna-no final del grana (ver fig. 4.7), Es interesante notar que, .3 la def.ormacioJl cri tica,

los granos creceran a un tamano muy grande durante el recocido. La Iormacion de"ranos grandes durante 12 1 recrj 'Stalizacl6n en materiales con minima deformecion

;e debe a los may paws micleos de recristalizaci6n que se forman durante e1tiempo

disponibJe para el proceso de recrisralizaci6n, S1 la defofmaci6n se controla cuida-

dosamenle a 1a intensidad critica, dara como resulradoo at continuar el praceso de

recocido, granos mu y grandes 0 monocristales. Esta es Ia base del metoda de defer-

mm:.i6n-recaddo para ptoducir m.onocristales. A ll1a1.Ol'esgradas de detormacidn,estara presente un mayor '. er e tiDlos altamen te refo rzados 0 de atta-energla.

d l ). ndo Iugar auoa recristallzaci6n desde un mayor nun~iilicleos 'I, por ( 't l t imo"

a un mayor numero de g r a no3,'ooreniendo contl ll llamente un ta!!!~rfio d~..!~rano rnenor.

TiernPQ a )a t .emperattm1-dFreeocido Aumental" eTtiempa a cua1qllH.:rreffi)':ie~

tatura superior a la de reeristalizaci6n tavorece el crecimlento de grano e incrementa

el tarnano final del grana. En e1 grupo de f 'otomicrograffas de la figu ra 4 .10 se rnues-

tra Ia secuencla del proceso de recristal izaci6h de un lat6p ttabajado en frio. La pri-mera, a) indica la aleaci6n despue.s de la operacion de larninado Q rolado en que laredw;ei.6n fue de,:33%, Hay rnuchas Eneas de deslizamiento Y varias barrdas de rna-

claje oscuras. Las muestras restantes fueron recalentatlas a 1 ( J75PF en un bafio de

pl\iJ)'l'l0" lncrementandc los penodos. La segunda, h) indica nuevos granos que se

empiezau a formar a 1 0 largo de las lineas de deslieanrrento Y en los l imites de gra-

~ig. 4,9 Giaf1GS de gran tarnano en una .aleaci6ntuanto-vaoacno crscldos 81 mantenerss oIurante mu-cho. tlempo en. la regiqfl de ,crecimien1o de grano.

Amf'l il licacion 2x.

no, ambos {Juntos de alta energia interna. Despnes de 8 minutes a 1 0759F (toto-

!'l~i~rog,raffac), la rccristalizacion es~a casi oompleta, no habiendo evidencia de la

vieja estructura distorsionada Mas alla de este punto, aurnentar el tiempo, a

~a rnisma temperatura de I 075'" F (fotomicrografias d a g), simplemente, s irve para~~crementar e1 tarnafio de grano, N6tese Ia presencia de bandas de rnaclaje protlu-C : l d a s . par recocido, caraererfsticas de los latones torjados y recocidos. Estas apare-cen durante el recocido pOT efecto de un carnbio en el mecanismo normal de creel-

rnienro debido a Ja detormaei6n previa.



146 INTROOUCCI6N A L.A METAL.URGIA FISICA

Temperatura de recocido Cuanto menor sea la temperatura par encima de latemperatura de recristal izacion, mas fino sera el tamafio final de grana (ver fig. 4.8).Tiempo de calentamiento Cuanto menor sea el tiempo de calentamiento a la

temperatura de recocido, mas fino sera el tamafio final de.grano. El calentamienrolento Iormara muy pocos micleos, favoreciendo eLcrecimiento de grano y dando

lugara grano grueso,Imparezas insolubles Cuanto mayor sea la cantidad Y mas tina la distribucion

de impurezas insolubles, mas fino sera el tamafio final de grana. No s610aumentan

la nucleaci6n, sino que tambien actuan como barreras a1 creeimiento de los granos.

En 13.tabla 4.1 se rnostro que al afiadir elementos de aleacion (como el zinc en el

cobre ) 0 impurezas insolubles se elevaba la temperatura de recrlstalizacion. Las im-

purezas insolubles, Garno Cu20 en cobre, no afectan notablemente la temperatura

de recristalizaeion, pero disminuyen eJ tamano de grano recris ta lizado. Este ultimo

efecto se uti liza comercialmente para obtener estructura degrano fino en rnetales

recocidos,La cantidad de endurecimiento mediante deformacion, producida por una canti-

dad de alargarniento dada. anrnenta conforms el tamafio de grana disminuye, Si tanto

a1material c e grano grueso como al de grana fino se les da la misma cantidad de

errdurecimiento par deformacion, sus comportamientos en el tratarniento de recocido

seran muy similares,

La rapidez de enfriamienro desde Ia temperatura de recocido tiene un efecto des-

preciable sabre el tamafio final de grano. Est€: factor sera de interes solo si el mate-

rial se ha calentado hasta un punta muy adentro en el in te rv alo d e crecimiento degrana y enfriado lentamente, AI ser enfriado can lentitud, el material puede tener .

la suficiente energla para continuar el crecimiento de grana y causar algiin engruesa-

miento d e l os g ra no s.

4.7 Efecto sabre las propiedades COniO el recocido total devuelve al materiala una estructura -reticular libre de tensiones internes, es esencialmente un proceso

de reblandecimiento. Los cambios ell propiedades producidos por la deformacion

plastica se elirninan y el materia) vuelve casl a adquirir sus propiedades originales .Por ende, durante el recocido, Ia dureza y la resistencia disminuyen, mientras que la

ductilidad anmenta, EI cambia en Rrop\edad.es se muest ra esquemafieamente en

Ia figura 4.11 y para lat6n un 70-36 en la tabla 4.2.

TRABAJADO EN CALIENTE

Este proceso se describe generalmente como trabajar un material par encima de

lO U temperatura de recristalizacion; sin embargo, la definicion anterior no tiene encuenra la rapidezdel trabajado sobre Lapieza.

4.8 Linea divisoria entre trabajado en caliente y en frio Cuando un material

se deforrna plasticamente tiende a hacerse mas duro, pero Ia intensidad del endure-

cimiento par trabajado disrninuye conforme la temperatura .aurnenta . Cuando, un

material se deforma plastieamente a una temperatura elevada, dos efectos opuestos

tie ne n In ga r ai mismo tiempo : uno de en~imien.tQ._d.eb.idg~a detormacionpI'astica, y otro de rebla dedmiento debido a 13 recristaJizaciQI1. Paraun grade de

- il '1F en st 'd ad de trabajo a o;Ge e haber aJguna temperatura a la ma l estes dos efec-



148 INTRODUOCION A LA METALURClIA FISICA

TABLA 4.2 Recooido de un laton 70·30 despues de una reducci6n enfrio del 50%

con tlernpo constants en 30 min'

TEMPERAT(jRA DE

RECOCIDO of

RESISTENCIA TENSIL,

LB/PULG"

EWNGACTON,

% EN 2 PULG.

DURELA

ROCKWELLXt

Ninguno (trabaiado enfrio) 97 80000 8

30t;) 98 81000 8

392 100 82 000 8

48 2 10 1 82000 8

572 98 76000 1 ; '

662 80 60 000 28

842 58 45000 51

1112 34 440qO 66

1292 14 42000 70

* Tomada de la obra de R. M. Brick y A, Phillips, "Structure, and Properties of

Alloys", 2a.ed" McGraw·Hi.ll Book Company, Nueva Yolk, 1949.

t Rockwell X =¥ i6 pulg del penetrador de bola, 75 kg de carga,

tos se b.alahcearan. Si se trabaja el materia l por encima de esta temperatura se conocecomo t ra b a io e n . c a l i en t e; par abajo de esta temperatura se conoce como trabaio en[rio. La figura 4.12 muestra el endurecimienro del cobre a una rapidez de detor-

rnacion leota, en UJ:'Japrueba de tension a varias temperatura". A U!'lOS 750"F, la

rapidee de reblandecimiento sera igua! a lade endurecimrento y ej materia l puede

deformarse contlnuamente sin necesidad de aumentar la carga, Si la rapidez de In

deformacion aumenta eonsiderablemente, como en el forjadocon martil lo , la tempe-

ratura tendra que aumentarse a unos 1 475CLF, antes de que las dos rapideces pue-

dan igualarse. La figura 4.13 rnuestra esquemsticamente el efecto de la temperatura

de trabajado sabre Ia dureza con la variaciea de 1a rapidez con que se realiza el

trabajado.

Lo s ternrinos ((({lience y f r - l ( ) en l a r na ne ra en q ue se ap lic an al trabajado, no tie-

nen el mismo significado que el ordinario; por ejernplo, elplorno y el estano, cuya

temperatura de recristalizacion es inferior a la arnbiente, pucden trabajarse en ca-liente a 1a temperatura. arnbiente, pero, el acero, con una temperatura alta de recris-

t al iz ac id n, p ue de trabajarse en frio a J OOOo,F.

4.9 Trabajado en caliente contra trabajado en frio La mayoria de la s for-

mas metalicas se producen a partir de lingates coladas. Para fabricar hojas, piacas,

v ar il la s, b ar ra s, a lam br es , etc., de los Iingotes, el rnetodo m as econornico es el de

trabajado en caliente; sin embargo, en el case del acero, trabajar en caliente e! ma-

terial haee que reaccione e:t oxigeno conform e se enfrta hasta la temperatura 3111-

biente y se Ie forma una capa de oxido oscuro caraoterfstica, Hamada eg:at11t1. OC<l-

sionalmente, esta escama puede producir dificultades durante las o~ci.anes demaquinado 0 de forrnacion.

No es posible, fabricar materia l trabajado en caliente a un tamano exaeto, dcbidoa Ioscanibios dimenslonalcs que tienen Ingar durante el enfriamiento . Por otro Iado,

el material trabajado en frio puede mantenerse n estrechas toleruncias; esra librede escamas superficiales, pero requiere de mas poiencia para deformarse; pOl' tanto.es mas costoso producirlo. Comercialmente, las reducciones iniclales en dirnensiones

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CAP. 4, RECOCIDO Y TRABAJADO EN CALIENTE 149

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150 I,NTIlODUCCI¢N, A LA METAI:UBGtA FISlCA

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Porcen_ta;J~- m ~educPlon 'El.1'Irea-s-

F~g.4.12 Ef f) ,c to de la ,c1J,n- tidacl,de:tGi ibajado eftfr io, ~oDre la re$j~tencJade[ co:o~E!.deterJJ\lnado porprtJetias de tensron a : varlas·lempera:lOras.

s e I le va n a qa bn estah dp e l ma te ri al a a lt a t emp er at ur a, y las i leduCC,i0nesfinales se

iefectuan en f do . p ar a utilizer yentaj9sa'mente ambos pr_dG.~sQs_

La j~mpera~Fa a laccuel se' terminq en '~ltri'baja:tlQ. ;~fl~li~lJ,t'e_qeterm,infl::r!iel ta-m,a90 d e grano di'spot;libk para el t rab : :~ jo ulterior 'en ftlo. Inicialmente .seutilizan

leJJ}peratur;as m~s altas para promover Ia uniformidad en el matfilrial,y lo s grandesgranos tesultantes p,ermiten unaredueciorr en dimensiones mas ecoriornicas durante

la,pnime~p parte d e ~ tl\~bajo subs~,~}aente.Confonne, t; ) material-so enfriayel trabaja-

do ' C Q ; I ' I t i p : u a ~ , el ta:mafi:odecgranoillisminuiF<l, ilegflndo a ser mu y finojus'to,'amba de

Ia t emperatu ra derecr is t -a l iZaci6n . E s r o : s e rrmestra,esquem~tioamenteenla f i gu ra 4 .14 .

Grc a, n .r :a p id e z d e tmQa j adQ

t

T~mpe'[8fura de 'irabaja.d,q.-

F;ig. 4.'~3 IltJslrac161'l,esqtlernMlca,.,del eteeto queiljerce Id teniperalLira de, lrabajado sabre la du-reza otin viHiacion de ra rapioez. de trabajado:

CAP. 4. F:I~CQ:CIDO y TRA;BAJADOE~ 9~LlENTE 1'5,1

I,hioio o J ) la,Msi6n

ECifriamieRto

Granofihb

Temperaturaa;m,brente

C o J

"'ig. 4,.15 ~tElcto :que etEi 'r ce-111arnafio d£J,g~ano 80-i ; I : ! e : la apaJien,c:fade la'superffe-ie de una l arnlua de

[610 ' \ 1 7£i-!:lO estiraeo e .n Irtc. IH - L. B,urghofr, ChaseBrass and Copj1)er Company,) .



152 INTRODUCCI6N A LA METALURGIA FiSICA

TABLA 4.3 Tarnarios de grana recomendados en laton para operaclo-

nes de formado en frio'

TAMAt'lO DEL GRANa, MM TIro DEOPERACl6N DEL PORMADO

EN FRIO

0.Q15

0.025

0.035.

Oper ac iones l igera s de l fo rrnado

Estiramiento superficial

Para optima superficie promedio

combinada con estir arnieruo

Estir arnierito profunda

Estirarnierno pesado sobre lamina gruesa

0.050

0,100

i" Del "Metals Handbook", ed. 1948. tabla II. p. S79, American Society

for Metals, Metals Park. Ohio.

EI control adecuado de la temperatura de recocido deterrninara el tamafio final

'de grana requerido par~ el trabajado en fda utterior. A unque el material de grano

grueso tiene mejor ductilidatf, Ia no ursforrnidad de la deforrnaciou de un gratia a

otro origina un problema en la apariencia de la superficie. La figura 4.15 muestra

la superficie conocida ccmunrnente como "cascara de naranja" de un material

de grana grueso sometido v a intensa deformacion. Par tanto, la seleccion del ta-mafio de grana es factor determinado por la operaci6n de formaci6n en frio espe-

cifica que se ut ilizara (tabla 4.3).

EJE~CICIOS

4.1 Expt iquese la irnporrancla d~1 calernarniento en el intervale de recuperacion para algu-

nus de las apl icac iones Indust ri ales.

4.2 Menci6nensedos metodos 'de disminncion de la temperatura de recrisraltzacion p,lnl

UT l metal dado.

4.3 Supongase que una pieza de cobr e de forma conic a lie hu sometido a esfuerzo en ten-

sion mas alia de .su punto de cedencia. y fuego sornetido a un recocido. Expliquese como

cambiara el tarnano do grana a 10 largo de la pane c6nica.

4,4 Supongase que sobre una placa de aluminio se hace un hoyo de. bala. i,Como var iara

el tarnafio de grano del hoyo hacia los lados si la placa es r ecocida?

4.5 Descrlbanse dos rne todos para producir un monccrista l,

4,6 i,Per que l a rcmpera to ra de r ec ri st al izacion \;,U-Ia segiin los diferentes metules?

4.7 (cPor que la adicion de elementos de .aleac ion cambia [ a tempera tu ra de recri st al izacicn?

4.8 Mencionesc una aplicaeion industrial en la que se requier a r ecocido periodioo entre

las operaclcncs de trnbaiado en frio.

4.9 Muchos .de los procesos de tratarniento terrnico, incluyendo el recocido, cornpr enden

nucleacion y crecirnienro. La re.lacion entre la r apldez del proceso y la temperatura suele

expresarse como

donde A Y B son constantes y T es la temperatura absoluta en grados Kelvin. Para [Ina

recristal izacinn del 50% e.n cobre, A = 10" rnirr ' y B = 15000. El tiernpo para obtener 1.'1

50% de recristalizacion puede rornarse como 1.'1reclproco de la rapiclez. Calculese 1.'1 ticrnpo

para Iogr ar el 50%(I~ recristalizacion a 100, L50, 200, 250 Y 275°F.

CAP. 4. RECOCIDO V TRABAJAOO EN CALIENTE 153

4.10 Grafiquense los resultados obtenidos en la pregunta 4.9 en papel de eseala serniloga-

Flttnica can el tiempo en La escala. log y la temperatura como la ordenada, Esta grafica debe

rewlra:r en una Iinea recta.

4,H Extrap61ese la linea obtenida en fa pregunta 4 ..10 Y deterrninese In temperatura a la

cUlll el cobre estara recristal izado en 50% despues de transcurrldos 15 afios,

REIl'ERENCIAS BIBLlOGRAFICAS

American Society for Metals: Metals Handbook, 19415 ed., Metals Park, Ohio.

Brick. R. M., and A. Phillips: Structure and Properties of Alloys, 2a. ed., Mc-Graw-Hitl BOQk

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Reed-Hil l, R . E. : PhY'O'i/,ul MeloJlurgy Principles, Vall Nostrand Reinhold Company, NuevaVorl.::, 1964.

Rogers. B. A.: The Nt/Ilife of Meted,' . American Society for Metals. Metals Park, Ohio. 195 L

Smith, C. 0.: The' Science .o f En'Riire1!rlI!R Materials, Prent ice -Hal l, Inc . . Englewood' C li ffs .N.J .. 1969.

Cap 4 - Recocido y Trabajo en Caliente

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