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CAPITULO I
DEFORMACION PLASTICA – RECOCIDO -
ENVEJECIMIENTO
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CURVA DETRACCION
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CURVA DE TRACCION DE UN LATON
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• CURVAS DE TRACCION DE UN MATERIAL DUCTIL Y DE
MATERIAL FRAGIL.
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1. DEFORMACION PLASTICA
1.1. GENERALIDADES.La deformación plástica en los materiales esta
relacionada con la propiedad de la plasticidad quetienen los materiales de adquirir deformacionespermanentes cuando han sido sometidos a cargasexternas deformantes.
La plasticidad a su vez se presenta bajo dos tiposbásicos de deformación.
a) Ductilidad. Cuando con la deformación se puedeproducir hilos muy delgados.
b) Maleabilidad. Cuando la con la deformación sepuede producir láminas muy delgadas.
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• La plasticidad de los materiales metálicos, está
relacionada con su estructura cristalina,
micrográfica o de grano, enlazamiento atómicomolecular, imperfecciones cristalinas, orientación
de los sistemas cristalográficos, tamaño de
grano, temperatura a la cual se produce la
deformación, entre los principales factores.
• La deformación plástica de los materiales
metálicos, se realiza bajo dos condiciones:
a) En frío.b) En Caliente.
Cada una de ellas tiene sus propias condiciones y
características.
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1.2. DEFORMACION PLASTICA EN MONOCRISTALES1.2.1. MECANISMOS DE DEFORMACION.A) MECANISMO DE DESLIZAMIENTO.
Se produce, cuando por efecto de la tensión decizalla crítica en el monocristal, parte de la red cristalina sedesplaza de manera paralela respecto a la otra adyacente,sobre planos y direcciones específicos (sistemas dedeslizamiento, generalmente los de mayor densidad).
Cuando ocurre este proceso, una dislocación semueve causando que se deforme el material, la direcciónen la cual se mueve la dislocación, que es la dirección delvector de Burgers para las dislocaciones de borde, en las
dislocaciones de tornillo, la dislocación se mueveperpendicular al vector de Burgers y el cristal se deformaen dirección paralela. La densidad de dislocaciones en unmetal es de aproximadamente de 106 cm/cm3 luego de ladeformación plástica se incrementa en promedio a 1012
cm/cm3)
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Fig. 1.1 Deslizamiento cristalino
y movimiento de una dislocación
de borde en un monocristal.
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• La tensión de cizalla en metales puros monocristal
depende principalmente de:
a) La estructura cristalina.b) Características de su enlace atómico.
c) La temperatura a la que se produce la deformación y
d) La orientación de los planos de deslizamiento activos
respecto a la tensión de cizalla.
• Luego de la deformación se observan en el
material marcas escalonadas, llamadas bandas
de deslizamiento, que es un conjunto de líneasde deslizamiento. (Líneas de LEUDERS), donde
el eje del cristal no se deforma.
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Fig. 1.2 LINEAS Y BANDAS DE LEUDER PRODUCTO DELDESLIZAMIENTO CRISTALINO
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RELACION ENTRE LA TENSION UNIAXIAL Y
TENSION DE CORTE EN UN MONOCRISTAL.
ECUACION DE SCHMIDT.Considerando una tensión uniaxial actuando
sobre un cilindro de metal puro monocristal y la
tensión de cizalla resultante producida sobre un
sistema de deslizamiento en el cilindro puede
derivarse de la siguiente manera.
A
Fr
nto)deslizamiede planodel(áreacizalladeArea
cizalladeFuerza
r τ
coscoscoscos
A
F
cos/A
cosF
0
0
0
0
r cos0r
FF
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Fig. 1.3 (a) Se produce un esfuerzo de corte resultante en un
sistema de deslizamiento. (b) El movimiento de las dislocaciones
en el sistema de deslizamiento deforma al material.
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• PROBLEMA.
• Considere un monocristal de níquel orientado de tal modoque se aplica un esfuerzo de tracción a lo largo de ladirección [0 0 1]. Si se presenta el deslizamiento en elsistema formado por el plano (1 1 1) y la dirección [͞1 0 1],y se inicia con un esfuerzo aplicado de tracción de 13,9MPa. Trace el sistema de deslizamiento y calcule elesfuerzo de cizallamiento crítico resuelto.
• Solución• Aplicando la ecuación de Schmidt, para las condiciones del
problema.
•r = cos cos• Esfuerzo de tracción en la dirección [0 0 1]
• Sistema deslizamiento PL (1 1 1) y Dir. [ 1 0 1]
• = 13,9 MPa
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• Graficando el sistema de deslizamiento
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• La dirección del sistema de deslizamiento con la dirección
de aplicación del esfuerzo de tracción forman un ángulo
= 45 º• Determinamos el ángulo , que forma la perpendicular al
plano de deslizamiento y la dirección de aplicación del
esfuerzo uniaxial.
• PL (1 1 1) perpendicular [1 1 1] aplicando
• Aplicando la ecuación de Schmidt
•r = cos cos= 13,9 x cos 45º x cos 54,7º = 5,68 MPa.
º7,543
1
13
100
cos
100111
100111
DD
DDcos
22222221
21
φφ
φ
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• PROBLEMA.
Calcule la tensión de cizalla resultante sobre el
sistema de deslizamiento (1 1 1) [0 ̅1 1] en unmono cristal de plata FCC si se aplican 13,7 Mpa
en la dirección de la normal [0 0 1] de una celdilla
unidad.
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B) MECANISMO DE MACLAJE.En el mecanismo de deformación plástica
por maclaje, una parte de la red se deformaformando una imagen especular de la red nodeformada vecina a ella, el plano de simetríaentre las partes deformadas y no deformadas dela red metálica (plano de maclado) tiene una
dirección específica, donde los átomos se muevendistancias proporcionales a su distancia del planode maclado, el eje del cristal se deforma,cambiando la orientación de la red, de modo que
pueden obtenerse nuevos sistemas dedeslizamiento favorables a la tensión de cizalla ypermitir deslizamientos adicionales. Estemecanismo sólo involucra una pequeña fracción
del volumen total del cristal
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Fig. 1.4. ESQUEMA DE L MECANISMO DE DEFORMACION PLASTICA
POR MACLADO DE LA RED CRISTALINA.
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Fig. 1.5. Esquema de un sistema
de maclaje en una red FCC
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1.3 DEFORMACION PLASTICA EN POLICRISTALES
• Los materiales policristalinos, estas constituidos
por granos, los cuales tienen los mismos cristales
pero estos tienen diferentes orientaciones, la
gran mayoría de materiales metálicos de
aplicación en ingeniería son policristalinos; por lotanto en la obtención de estos materiales se tiene
que tener cuidado en la evolución que tienen sus
granos en cuanto a su forma, tamaño (índice),
orientación, impurezas, ya que de estosdependen las propiedades de estos materiales,
los cuales a su vez están sujetos a la acción de
los agentes externos que actúan sobre ellos.
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GranoLimite de grano
Cristales
Fig. 5.11. FORMACION DE UN POLICRISTAL
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• Las propiedades mecánicas están estrechamente
ligadas al tamaño de grano (Ecuación de Hall-Petch)
• La ecuación de Hall – Petch relaciona el tamaño
de grano con el esfuerzo de fluencia del material.
• σ f = Y0 + K d -1/2
σ f = Esfuerzo de fluencia
Y0
, K = constantes del metal.
d = diámetro promedio de los granos
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• PROBLEMA.
• Una aleación de cobre y zinc tiene las propiedades
siguientes:
• Determine lo siguiente:
a) Las constantes de la ecuación de Hall Petch
b) El tamaño de grano requerido para obtener una
resistencia de 200 Mpa.
Diámetro de granos (mm) Esfuerzo de fluencia(Mpa)
0,015 170
0,025 158
0,035 151
0,050 145
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• Una forma de controlar las propiedades de un
material es controlando el tamaño de grano, dado
que si se reduce el tamaño de estos su número se
incrementa y aumenta la cantidad de fronteras de
grano, por lo que durante un deslizamiento,
cualquier dislocación se moverá solamente una
distancia corta, antes de encontrar una frontera degrano, incrementado así la resistencia del metal.
• El método ASTM (Norma E112 indica los
procedimientos para determinar el índice – tamaño
de grano de aleaciones metálicas)
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• Fig. 5.20. EFECTO DEL TAMAÑO DE GRANO EN EL ESFUERZO
DE CEDENCIA DEL ACERO A TEMPERATURA AMBIENTE
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• PROBLEMA.
• La microfotografía de la figura tiene un aumento x 400 y
dimensiones de 120 x 90 mm, determine el índice de
grano de microfotografía.
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1.3.1. DEFORMACION PLASTICA EN LOSMATERIALES METALICOS.
• Los metales en forma general se pueden deformar
plásticamente:
a) En frío. Cuando el material se deforma
plásticamente, a condiciones de temperaturaambiente.
b) En caliente. Cuando el material se deforma a
condiciones de temperatura elevada, sobre la
temperatura de recristalización
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ECUACION DE HOLLOMON DE LA ZONA PLASTICA DE UN METAL EN
TRACCION
• = K n o bien ln = ln K + n ln
• K = , cuando = 1.
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1.4. DEFORMACION EN FRIO.• Cuando aplicamos a un material metálico un
esfuerzo superior al limite elástico a baja
temperatura (temperatura ambiente) el material
adquiere una deformación remanente e
incrementa su límite elástico, por lo que hemosendurecido al metal por trabajo enfrío. La
respuesta del metal al trabajo en frío esta dado
por el coeficiente de endurecimiento por
deformación, el cual es la pendiente de laporción de la curva Esfuerzo real - deformación
real, donde si se usa una escala logarítmica
estará dado por.
•
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COEFICIENTES DE ENDURECIMIENTO POR DEFORMACION DE
METALES Y ALEACIONES TIPICAS
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1.4.1 MECANISMO DE ENDURECIMIENTO PORDEFORMACION
• Se endurece un metal por deformación cuando se incrementa
el número de dislocaciones , por lo general un metal en
estado normal de suministro, la densidad de dislocaciones es
de aproximadamente de 106 cm por cm3 de metal, estas
pueden incrementarse hasta cerca de 1012 cm por cm3 de
metal luego de un proceso de deformación plástica. Estemecanismo consiste en aplicar al metal, un esfuerzo superior
al límite elástico, donde las dislocaciones empiezan a
deslizarse, sobre su plano de deslizamiento hasta encontrar
un obstáculo que sujeta los extremos de la dislocación, si secontinua aplicando esfuerzo la dislocación se arqueará por el
centro produciendo un lazo, que cuando finalmente se toca
así misma creará una nueva dislocación, a este mecanismo
se le denomina Fuente de Frank – Read.
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Mecanismo de la fuente de Frank –Read para generar dislocaciones, (a) la dislocación esta sujeta por sus extremos por
defectos de la red. (b) Conforme se sigue moviendo la dislocación se arque a y finalmente se tuerce sobre si misma ( c )
Finalmente se forma un lazo de dislocación (d) Se crea una dislocación nueva (g) Microfotografía electrónica de una
fuente Frank - Read(30 000 aumentos.)
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Desarrollode l endurecimientopordeformaciónpartiendodel diagrama esfuerzo-deformación: (a) Cuando
el material es sometido a un esfuerzo que excede el límite elástico. (b) El material tiene un límite elástico y
resistencia a la tensión mas alto, pero menor ductilidad, ( c ) Repitiendo este procedimiento , la resistencia
seirá incrementando y laductilidadsereducirá hastaque el materialsevuelvemuy frágil.
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1.4.2. PROCEDIMIENTOS TECNOLOGICOSUSADOS CON LA DEFORMACION PLASTICA
a) Laminado.
b) Rolado.
c) Forjado.
d) Trefilado.
e) Extrusionado.f) Embutido.
g) Estirado.
h) Doblado (plegado).
i) Estampado
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Procedimientos tecnológicos de Deformación plástica: (a) Laminado (b) forjado
(c) trefilado (d) Extrusión (e) Embutido ( f) estirado (g) doblado.
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PROCESO DE LAMINADO
• LAMINADO EN FRIO LAMINADO EN CALIENTE
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PROCESO DE ROLADO EN FRIO
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PROCESO DE FORJADO
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PROCESO DE TREFILADO
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PROCESO DE EXTRUSION
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PROCESO DE EMBUTIDO
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PROCESO DE ESTIRADO
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• En trabajo en frio modifica las propiedades en general de
los materiales, sobre todo de los metálicos, este trabajo
en frío lo podemos cuantificar mediante la estricción.
Relacionada con la sección del material deformado. Se
expresa mediante la siguiente ecuación.
finalciónsecladeAreaA
inicialciónsecladeAreaA
:Donde
100A
AAfríoentrabajo%
f
0
0
f 0
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EFECTO DE L TRABAJO EN FRIO SOBRE LAS PROPIEDADES
MECANICAS DEL COBRE
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1.4.3. CARACTERISTICAS DEL TRABAJO EN FRIO
• Existen ventajas y limitaciones del endurecimiento por
deformación plástica en frío.
a) Simultáneamente se puede endurecer el metal y producir
la forma final deseada.
b) Mediante este proceso es posible obtener tolerancias
dimensionales y terminados superficiales excelentes.
c) Este procedimiento es económico para producir grandes
cantidades de piezas pequeñas, que no requiere de
fuerzas elevadas y equipo de conformado costoso.
d) Algunos metales como el Mg (HCP) a temperatura
ambiente son frágiles por lo que solo es posible realizar
un reducido % de trabajo en frío.
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e) Con el trabajo en frío la ductilidad, la conductividad
eléctrica y la resistencia a la corrosión disminuyen.
f) Los esfuerzos residuales y el comportamientoanisotrópicos adecuadamente controlados pueden ser
beneficiosos.
g) Algunos procedimientos por deformación solo pueden
efectuarse por trabajo en frío, como el trefilado de
alambres, conformado de perfiles estructurales.
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• Estructura granular fibrosa de un acero de bajo carbono, producida
por trabajo en frío: (a) 10% de trabajo en frío, (b) 30 % de trabajo en
frío, (c) 60% de trabajo en frío, (d) 90% de trabajo en frío (X250)
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1.4.4. RECOCIDO CONTRA ACRITUD
• Los metales que han sido deformados en frío
adquieren acritud (aumento de dureza), paracontrarrestar esto se hace un recocido contra acritud,
que consiste en un calentamiento a una temperatura
ligeramente superior entre 1/3 a ½ Tf (temperatura de
fusión), de acuerdo al tipo de metal. Por un tiempoadecuado, seguido de un enfriamiento al aire o dentro
del horno si se quiere evitar oxidación en el acero,
esto es muy aplicado en aceros de bajo contenido de
carbono.• En el recocido contra acritud podemos distinguir
cuatro fases que se producen durante este tratamiento
térmico.
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1. Trabajo en frío. Consiste en deformar el metal a
temperaturas relativamente bajas (temperatura ambiente),
produciéndose un aumento significativo de las
dislocaciones, y con un notable incremento de dureza;
por lo que para eliminar estas tensiones internas y la
dureza innecesaria se efectúa el recocido Contra Acritud.
2. Recuperación. Es la etapa más sutil del recocido,
ocurre entre 100 y 250 ºC, en la cual no se presenta
ningún cambio micro estructural notable pero la movilidad
atómica es suficiente para disminuir la concentración de
defectos puntuales, permitiendo que las dislocaciones se
muevan a posiciones de mas baja energía, hay una
pequeña disminución de dureza y un aumento significativo
de la conductividad eléctrica del material.
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3. Recristalización. Esta se produce entre 1/3 a 1/2 de
la temperatura de fusión (la temperatura precisa de
recristalización dependerá ligeramente del % de trabajo
en frío), donde la movilidad atómica es suficiente como
para afectar las propiedades mecánicas del material; el
resultado micro estructural se llama recristalización y
ocurre debido a que en la microestructura trabajada en
frío aparecen nuevos granos con un eje común, libre de
esfuerzos, agrupados en zonas de alta energía, los cuales
crecen juntos hasta que constituyen toda la nueva
microestructura, libre de tensiones internas. La
disminución de dureza debido al recocido es significativa y
se recuperan las demás propiedades.
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4. Crecimiento de grano. Los nuevos granos de la
microestructura aumentarán de tamaño (coalescen)
por el nivel de temperatura y por el tiempo decalentamiento a que es expuesto el material, el cual
debe ser cuidadosamente controlado, esta nueva
microestructura contiene una gran concentración de
fronteras de grano, que paulatinamente va creciendo,en función al tiempo de exposición, en esta etapa de
crecimiento de grano produce poco ablandamiento
adicional al material.
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RECOCIDO CONTRA ACRITUD DE UN ACERO
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(a) Efecto del trabajo en frío sobre las propiedades de una aleación de Cobre con 35 % de
Zn (latón) (b) Efecto de la temperatura de recocido contra acritud sobre el mismo latón
con 75 % de trabajo en frío.
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Efecto de la temperatura de recocido sobre la microestructura de metales trabajados en frío:
(a) Trabajado en frío, (b) Después de la recuperación , (c) Después de la recristalización , (d)
Después del crecimiento de grano o coalescencia.
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1.5. DEFORMACION EN CALIENTE
• Cuando se realiza este tipo de deformación, al metal
se lo calienta hasta una temperatura ligeramentesuperior a la de recristalización, con el fin de que
luego de terminado el proceso el metal quede sin
endurecimiento o con acritud.
• Uno de los procedimientos tecnológicos para
producir elementos en estado sólido mediante
deformación plástica sin endurecimiento en caliente
es la forja.
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• 1.5.1 FORJA.
• La forja es una deformación violenta de los metales,a una determinada forma, los que son puestos
previamente a temperaturas superiores a la de
recristalización. A esta temperatura, no sólo pueden
darse a los metales grandes deformaciones conpequeños esfuerzos, sino que la magnitud de los
cambios microestructurales de la deformación es
eliminada sin que se produzca acritud.
• La propiedad primordial que debe tener un metalpara poder someterlo a forja es la plasticidad
) TEMPERATURA DE FORJA
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a) TEMPERATURA DE FORJA.
Cada metal o aleación tiene una temperatura mínima de
forja, que coincide con la de recristalización y de la que
en ningún momento durante el tratamiento o proceso de
deformación se debe descender; si se forjase a
temperaturas inferiores a la de recristalización se produce
acritud. Tampoco debe calentarse a temperaturasdemasiado elevadas, porque se corre el riesgo de fundir
las impurezas localizadas en los bordes de grano, que
cuando se enfrían, quedan en forma de láminas frágiles,
sin cohesión con los granos (metal quemado). Para cadametal o aleación hay un intervalo de temperaturas, cuya
máxima no debe sobrepasarse ni descender de la
mínima.
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b) MEJORAS EN LA ESTRUCTURA MICROGRAFICA QUEPRODUCE LA FORJA.
• Las mejoras que produce la forja en las características de
los metales afectan a su microestructura, o sea, a su
grano y a su macro estructura, o sea a su fibra; pero no
varía su constitución como ocurría con los tratamientos
térmicos.
• La forja realizada a golpes y a temperaturas adecuadas
produce el afinamiento del grano de las aleaciones, por
trituración del mismo y reconstrucción inmediata en
tamaño más pequeño, este afinamiento es tanto mayor,
cuanto más baja sea la temperatura de forja, siempre que
no descienda de la de recristalización y cuanto más
enérgico sea el golpeteo del material.
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• Si en lugar de forjar a golpes se forja en prensas, se
obtiene mejoras de la macroestructura, pero no el
afinamiento del grano. Además en este caso se
deforma más el núcleo que la zona superficial.
• El afinamiento de grano produce mejora en las
propiedades mecánicas del material.• Los golpes fuertes y espaciados afectan el núcleo del
material y los golpes suaves y rápidos afectan la
zona superficial.
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c) MEJORAS EN LA ESTRUCTURA MACROGRAFICAQUE PRODUCE LA FORJA.
• También la macroestructura de los metales, sobre todo si
son muy defectuosos y contienen muchas impurezas,
resulta favorablemente afectada por la forja,
• Como la forja produce un aplastamiento de la masa del
metal, las cavidades que contiene, como sopladuras, por defecto de solidificación, quedan aplastadas, y si sus
paredes están limpias y no oxidadas, al ponerse en
contacto íntimo a elevadas temperaturas estas se
sueldan y desaparecen las sopladuras.• Las segregaciones y dendritas, por efecto combinado de
la alta temperatura y de la forja, resultan disminuidas,
mejorando la homogeneidad del metal.
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• Las impurezas e inclusiones que tenga el metal, si son
plásticas se alargan en el sentido de la forja, formando
la fibra.
• La formación de la fibra resulta beneficiosa para la
resistencia mecánica del metal, en la misma dirección
de la fibra, puesto que en la sección perpendicular del
metal a esta dirección habrá un porcentaje de
impurezas inferior al que había antes de formarse la
fibra. En cambio las propiedades mecánicas empeoran
en sentido transversal a la fibra, porque en las
secciones que coinciden con las fibras el porcentaje de
impurezas es superior al que había antes de la forja.
De manera que si los metales contienen muchas
impurezas, deberá orientarse la fibra de manera que
coincida con la dirección de los máximos esfuerzos.
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Soldadura de una cavidad o sopladura en un metal, por forja: (a) Estado inicial, (b)
Aplastamiento por la forja, (c)Soldadura de las caras por la recristalización y crecimiento
de grano en la forja.
• (a) (b) (c)
) CARACTERISTICAS QUE DEBE TENER UN METAL
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d) CARACTERISTICAS QUE DEBE TENER UN METALPARA SER FORJABLE.
• En general, todos los metales y sus aleaciones son más
o menos forjables, puesto que la propiedad primordial
que debe reunir un material para poder someterlo a forja
es la plasticidad, que es una propiedad típicamente
metálica.
• Las aleaciones que contengan compuestos químicos
que no son plásticos serán medianamente forjables si la
proporción de estos es pequeña y no forjables si es
grande.
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• A veces, una aleación contiene elementos no forjables
a la temperatura ambiente, como ocurre en el acero
compuesto de ferrita y perlita (aceros hipoeutectoides)o por perlita y cementita (aceros hipereutectoides).
Como la cementita es un compuesto químico (C Fe3),
no es plástica y no es forjable, y tampoco lo es la
perlita. Sin embargo, a la temperatura de forja, losconstituyentes citados (ferrita, perlita y cementita) se
transforman en austenita, que es perfectamente
forjable.
• En cambio, las fundiciones que son aleaciones hierro –carbono de mas del 1,76 % de C, quedan formadas a
la temperatura de forja por austenita y cementita y por
lo tanto no son forjables.
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• FORJA CON EL USO DE PRENSAS Y MATRICES
• FORJA MEDIANTE MARTILLEO
•
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2. ENVEJECIMIENTO DE LAS ALECIONES.
• Se entiende por envejecimiento -fenómeno
metalográfico- a las variaciones de las
propiedades de sufren algunas aleaciones
metálicas con el transcurrir del tiempo, sin quehaya un cambio notorio de su microestructura, lo
que a su ves cambia las propiedades físicas y
mecánicas del material envejecido. Entre estas
aleaciones envejecibles tenemos : aleaciones defierro, aleaciones de aluminio, aleaciones de
níquel, aleaciones de cobre, aleaciones de
magnesio entre otras.
2 1 TIPOS DE ENVEJECIMIENTO
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2.1 TIPOS DE ENVEJECIMIENTO
• Se conocen dos tipos de envejecimiento:
a) Envejecimiento Natural.
b) Envejecimiento artificial.
2.1.1 ENVEJECIMIENTO NATURAL.
Este tipo de envejecimiento, es aquel que se produce
de forma espontánea, a temperatura ambiente y en periodosrelativamente largos, en las aleaciones envejecibles, luego de
proceso de conformado (por deformación). Por lo que el
endurecimiento y pérdida de tenacidad que experimentan
estas aleaciones, al ser estiradas o laminadas en frío, noalcanzan su valor máximo al final de la operación, sino que va
elevándose lentamente, alcanzando su valor máximo al cabo
de un tiempo, que pueden ser horas, días, meses o años, por
lo que también se le llama Envejecimiento mecánico.
• El endurecimiento se produce por la precipitación de
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El endurecimiento se produce por la precipitación de
una interfase solida o compuestos químicos
producidos durante las operaciones previas
realizados sobre la aleación. Esta precipitación serealiza en los bordes de grano y luego en la matriz
de la aleación, inmovilizando la microestructura lo
que produce el endurecimiento.
• En los aceros, la presencia de oxigeno y denitrógeno aumenta la solubilidad del carbono en Feα,
favoreciendo la formación de soluciones
sobresaturadas, en consecuencia los aceros no
desgasificados adecuadamente, están expuestos avolverse duros y frágiles con el paso del tiempo. Esto
quiere decir que los aceros bien desoxidados tienen
un envejecimiento casi despreciable y los
efervescentes envejecen apreciablemente.
1 2 ENVEJECIMIENTO ARTIFICIAL
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1.2 ENVEJECIMIENTO ARTIFICIAL.
• Es aquel que produce mediante la inducción de la
precipitación de la interfase sólida o compuestos
químicos formados, mediante la realización de untratamiento térmico de la aleación, el cual acelera la
precipitación en tiempos relativamente cortos, que son
horas (hasta 48 horas)
• NOTA. Toda aleación envejecible antes de ser utilizada
en una aplicación debe ser envejecida, para evitar
cualquier cambio dimensional o de propiedades que
pueda ocurrir luego de la precipitación.
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1.2.1. FASES DEL TRATAMIENTO TERMICO DELENVEJECIMIENTO ARTIFICIAL.
• Las fases de este tratamiento térmico son las siguientes:
a) Calentamiento de sobresaturación de la fase α(solubilización), a una temperatura ligeramente inferior a la
eutéctica o eutectoide, por un tiempo determinado,
dependiendo del tipo de la aleación.b) Enfriamiento rápido de temple, en un medio adecuado y
luego reposo por un tiempo determinado.
c) Calentamiento de recocido de precipitación (dilatación de
la matriz) a una temperatura y tiempo adecuado, deacuerdo al tipo de aleación.
d) Enfriamiento en un medio adecuado dependiendo del tipo
de aleación
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TEMPERATURAS PARA LOS CICLOS DE ENVEJECIMIENTONATURAL Y ARTIFICIAL
1 2 2 REQUISITOS DE LA ALEACION PARA EL
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1.2.2. REQUISITOS DE LA ALEACION PARA ELENDURECIMIENTO POR ENVEJECIMIENTO
a) El diagrama de fases de la aleación debe desplegar solución sólida decreciente al disminuir la temperatura,esto quiere decir que la aleación debe formar una solafase al calentarse por arriba de la línea solvus y luegopasar a una región bifásica al enfriarse.
b) La matriz debe ser relativamente blanda y dúctil, y elprecipitado (compuesto intermetálico) duro y frágil.
c) La aleación debe ser templable. Algunas aleaciones no sepueden enfriar lo suficientemente rápido para suprimir laformación del precipitado. El templado puede introducir
esfuerzos residuales que causan la distorsión delcomponente, con el fin de minimizar estos esfuerzos lasaleaciones de aluminio se templan en agua calienteaproximadamente a 80 ºC.
d) Debe formarse un precipitado coherente.
1 2 3 ENDURECIMIENTO POR ENVEJECIMIENTO DE
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1.2.3. ENDURECIMIENTO POR ENVEJECIMIENTO DEUNA ALEACION Al – Cu. (4 % )
• El Tratamiento térmico comprende 3 fases.
• 1ª. FASE. Calentamiento de solubilización. Secalienta la aleación a una temperatura superior ala de la línea solvus, manteniéndolo el tiemposuficiente hasta obtener una solución sólida αhomogénea (500 – 548 ºC).
• 2ª. FASE. Templado. Se enfría rápidamente,donde los átomos no tienen tiempo de difundirsea sitios de nucleación, no se forma fase θ,después del templado es una soluciónsobresaturada α, que contiene un exceso decobre y no es una estructura en equilibrio (metaestable) .
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• Endurecimiento por envejecimiento de una aleación de Aluminio - Cobre
AA 2024 (Dural 4 % Cu)
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• 3ª. FASE. Envejecimiento. A la aleación se le
realiza un recocido de precipitación, mediante un
calentamiento a una temperatura menor a la desolvus (190 ºC), por un tiempo determinado, donde
los átomos adicionales de cobre se difunden y
nuclean apareciendo los precipitados (G.P. I planos
100 y luego G.P. II discoidales), produciéndose elequilibrio en la estructura α + θ.
• SOBRE ENVEJECIMIENTO. Ocurre cuando los
precipitados y los granos de la matriz coalescen por
efecto de la sobreexposición a una determinada
temperatura de precipitación, donde la aleación
pierde dureza y resistencia mecánica.
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Endurecimiento por envejecimiento de una aleación de Aluminio - Cobre
AA 2024 (Dural 4 % Cu)
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EVOLUCION ESQUEMATICA DE LADUREZA YRESISTENCIA MECANICA DE