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4.1 Endurecimiento por deformacin

El Endurecimiento por deformacin (tambin llamado endurecimiento en fro o por

acritud) es el endurecimiento de un material por una deformacin plstica a nivelmacroscpico que tiene el efecto de incrementar la densidad de dislocaciones del

material. A medida que el material se satura con nuevas dislocaciones, se crea

una resistencia a la formacin de nuevas dislocaciones y a su movimiento. Esta

resistencia a la formacin y movimiento de las dislocaciones se manifiesta a nivel

macroscpico como una resistencia a la deformacin plstica.

En cristales metlicos, el movimiento de las dislocaciones es lo que produce la

deformacin plstica (irreversible) a medida que se propagan por la estructura del

cristal. A temperaturas normales cuando se deforma un material tambin se crean

dislocaciones, en mayor nmero de las que se aniquilan, y provocan tensiones enel material, que impiden a otras dislocaciones el libre movimiento de estas. Esto

lleva a un incremento en la resistencia del material y a la consecuente disminucin

en la ductilidad.

El endurecimiento por deformacin plstica en fro es el fenmeno por medio del

cual un metal dctil se vuelve ms duro y resistente a medida es deformado

plsticamente. !eneralmente a este fenmeno tambin se le llama traba"o en fro,

debido a que la deformacin se da a una temperatura #fra$ relativa a la

temperatura de fusin absoluta del metal.

En los diagramas se muestra la variacin de la resistencia a la fluencia y la

resistencia a la tensin para el acero %&'&, el bronce y el cobre. Esta variacin se

a medido en funcin del porcenta"e de traba"o en fro.

Figura 4.1 Variacin de resistencia a lafuencia

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El fenmeno de endurecimiento por deformacin se eplica as*

%. El metal posee dislocaciones en su estructura cristalina.+. uando se aplica una fuer-a sobre el material, las dislocaciones se

despla-an causando la deformacin plstica.

. Al moverse las dislocaciones, aumentan en nmero.'. Al aber ms dislocaciones en la estructura del metal, se estorban entre s,

volviendo ms difcil su movimiento.

Al ser ms difcil que las dislocaciones se muevan, se requiere de una fuer-a

mayor para mantenerlas en movimiento. /e dice entonces que el material se a

endurecido. Este fenmeno se refle"a en la curva esfuer-o 0 deformacin unitaria

del material. 1n material perfectamente plstico tiene una -ona plstica ori-ontal,

tal como se ilustra a continuacin*

En los metales reales, la curva es fuer-o deformacin tiene la siguiente tendencia*

El endurecimiento por deformacin se refle"a en la curva del metal de la siguiente

forma*

2istintos metales tienen diferente capacidad para endurecerse cuando se

deforman plsticamente. Esa abilidad de endurecerse se mide con el coeficiente

Figura 4.2 Curva esuerzo-deormacin

Figura 4.3 Curva esuerzo-deormacin enlos metales

Figura 4.4 Grca del endurecimiento !ordeormacin

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de endurecimiento por deformacin (n). Entre mayor es n para un metal, ms se

endurece al ser deformado plsticamente.

3ara que el endurecimiento del metal se mantenga, es necesario que las

dislocaciones que fueron creadas durante la deformacin se mantengan en la

estructura del metal. 4a estructura cristalina del metal tiene un nmero #normal$ dedislocaciones. 4a deformacin plstica a causado que ayan ms dislocaciones

que ese nmero #normal$, por lo que la estructura cristalina tender a acer

desaparecer a las dislocaciones #etra$. /i se aumenta la temperatura del material

asta el grado que se permita la difusin atmica, las dislocaciones #etra$

desaparecern del material, aciendo que ste recupere las propiedades

mecnicas que tena antes de ser deformado. /abemos que la difusin se activa a

una temperatura mayor que &.' veces la temperatura de fusin del material en

grados absolutos, por lo tanto se tendr lo siguiente*

El traba"o en fro no solo causa un aumento de las dislocaciones en la estructura

del metal, sino que tambin causa la deformacin de sus granos. 4a combinacin

de los granos deformados con el aumento de dislocaciones causa esfuer-osresiduales dentro del material. 4os esfuer-os residuales no son ms que -onas de

tensin o compresin que eisten dentro del material sin que sean generadas por

fuer-as eternas. 4os esfuer-os residuales pueden causar el debilitamiento del

material, aciendo que falle a esfuer-os aplicados menores a su resistencia

nominal.

El aumento de las dislocaciones y la deformacin de los granos de la estructura

cristalina puede causar cambios en las propiedades elctricas y la resistencia a la

corrosin del metal. 5odos los cambios asociados a la deformacin plstica en fro

pueden ser revertidos utili-ando el tratamiento trmico apropiado. 4a restauracinde las propiedades a los valores previos a la deformacin se logra a partir de dos

procesos diferentes que ocurren a temperatura elevada.

4a recuperacin y recristali-acin.

El crecimiento del grano.

Recuperacin

"a#la 4.1 $ierencia entre tra#a%o en r&o' caliente

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2urante la recuperacin, alguna de la energa interna guardada en la deformacin

de la estructura cristalina es liberada a causa del movimiento de las dislocaciones

(las cuales se mueven sin esfuer-os eternos aplicados) como resultado de la

difusin atmica. Eiste alguna reduccin en el nmero de dislocaciones y la

configuracin de stas cambian de modo que poseen ba"as energas de

deformacin. Adems, algunas propiedades fsicas como la conductividad elctrica

y trmica se recuperan a los valores previos a la deformacin.

Recristalizacin

An cuando la recuperacin a sido completada, los granos de la estructura

cristalina todava se encuentran en un estado de elevada energa de deformacin.

4a recristali-acin es la formacin de un nuevo con"unto de granos libres dedeformacin con ba"a densidad de dislocaciones y caractersticos de la condicin

previa al traba"o en fro. 4a fuer-a que produce esta nueva estructura de granos es

la diferencia en la energa in terna entre el material deformado y no deformado.

4os granos nuevos se forman de un ncleo peque6o y crecen asta que

reempla-an completamente a los granos deformados originales, proceso que

requiere difusin de corto alcance.

2urante la recristali-acin, las propiedades mecnicas que fueron cambiadas

como resultado del traba"o en fro son restauradas a sus valores previos a la

deformacin plstica, es decir, el metal se vuelve ms suave, ms dbil y msdctil.

4a recristali-acin es un proceso cuya etensin depende tanto del tiempo como

de la temperatura a la que son epuestos el material. El grado o fraccin de

recristali-acin aumenta con el tiempo al que el material est epuesto a la

temperatura elevada.

7igura '.8 2iagrama de estructura de grano

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4a recristali-acin de una aleacin metlica en particular algunas veces se

especifica en trminos de la temperatura de recristali-acin, la cual se define

como la temperatura a la cual el proceso de recristali-acin finali-a en % ora.

!eneralmente la temperatura de recristali-acin se encuentra entre un tercio y la

mitad de la temperatura de fusin absoluta del metal o aleacin, y depende devarios factores incluidos la cantidad de traba"o en fro y la pure-a de la aleacin.

4a recristali-acin ocurre ms rpido en los metales puros que en las aleaciones,

por lo tanto, al alear un metal se incrementa su temperatura de recristali-acin.

4as operaciones de deformacin plstica pueden reali-arse a temperaturas por

encima de la temperatura de recristali-acin en un proceso llamado traba"o en

caliente. El material permanece relativamente suave y dctil durante la

deformacin y por lo tanto pueden lograr se deformaciones plsticas grandes.

Crecimiento del grano2espus que la recristali-acin se a completado, los granos libres de

deformacin continuarn creciendo si el metal se mantiene a la temperatura

elevada. Este fenmeno es llamado crecimiento del grano. El fenmeno del

crecimiento del grano ocurre debido a que a medida el grano crece, disminuye el

rea total de las fronteras de los granos, disminuyendo por tanto la energa total

almacenada en el material.

Conclusin Gonzlez Cuenca Roco Lizet

5al como se vio en el tema pasado, los metales an formado parte crucial para la

vida cotidiana del ser umano9 gracias a ellos es que se an podido crear y

construir la gran mayora de las cosas, si no es que todas ellas, que vemos y

usamos da con da. /in embargo los metales tal cual se etraen de las minas no

siempre pueden cubrir todas las funciones que se les tiene predestinadas, motivo

por el cual surgieron las aleaciones.

As mismo encontramos que, tanto los metales como las aleaciones, son

sometidos frecuentemente a diversos procesos que tienen como finalidad me"orar

algunas de sus propiedades o cambiar de forma el material, procesos que es

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necesario que cono-camos a la ora de desempe6ar nuestro traba"o ya que los

usaremos frecuentemente dentro de las empresas.

Glosario

Acritud: Estado en que se encuentra un cuerpo metlico que a perdido su

ductilidad y maleabilidad.

Aleaciones: combinacin, con propiedades metlicas, de dos o ms elementos,

de los cuales al menos uno es metal.

Crecimiento del grano: se produce por movimiento de la interface grano

recristali-ado : grano deformado.

Cristales metlicos: estructura cristalina de los metales.

Cristalizacin: proceso por el cual a partir de un gas, un lquido o una disolucin,los iones, tomos o molculas establecen enlaces asta formar una red cristalina,

la unidad bsica de un cristal.

eformacin: defectos superficiales o atmicos presentes en un material.

ensidad: medida de cunto material se ocupa un espacio determinado.

islocaciones: efectos de la red cristalina de dimensin uno, es decir, que

afectan a una fila de puntos de la red de ;ravais.

uctilidad: capacidad que tiene un material para formar alambres o ilos.

ureza: resistencia que oponen los materiales a ser rayados o penetrados.

Endurecimiento: proceso dedicado a aumentar el nivel de dure-a en un material

Estructura cristalina: forma slida de cmo se ordenan y empaquetan los

tomos, molculas, o iones. Estos son empaquetados de manera ordenada y con

patrones de repeticin que se etienden en las tres dimensiones del espacio.

!luencia: deformacin irrecuperable de la probeta, a partir de la cual slo se

recuperar la parte de su deformacin correspondiente a la deformacin elstica,quedando una deformacin irreversible.

"i#el macroscpico: es el nivel de descripcin en que la posicin o estado fsico

concreto de las partculas que integran un cuerpo puede ser resumido en una

ecuacin de estado que slo incluye magnitudes etensivas (volumen, longitud,

masa) y magnitudes intensivas promedio (presin, temperatura).

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$lasticidad: propiedad mecnica de los materiales que les permite sufrir una

deformacin irreversible.

$unto de fusin: temperatura en la cual un material en estado slido pasa a ser

lquido.

Recuperacin: proceso cuya finalidad consiste en regresar un material a su

estado original.

Resistencia: oposicin que e"erce un cuerpo a las alteraciones fsicas, qumicas o

atmicas generadas por agentes eternos.

%emperatura: magnitud fsica que representa la cantidad de calor que posee un

cuerpo.

%ensin: estado de un cuerpo sometido a la accin de fuer-as opuestas que lo

atraen.

!uentes de consulta:

ttp*