Recuperación y Recristalización

Consecuencias de la deformación plástica (trabajado en frío):

Dislocaciones en Al deformado 8% en frío

Deards, 1992

Antes de la deformación

Después de la deformación

A. Aumento de la densidad de dislocaciones (aumento de la dureza y pérdida de

ductilidad)

B. Deformación de granos

Castro Riglos (CAB) 2010

Procesos comunes para modificar la forma de un material:

laminado

trefilado

Producen granos deformados y con alta densidad de dislocaciones

Microscopía Electrónica de Transmisión

Tubos laminados de ZrNb para Reactor Nuclear de Embalse

Microscopía Electrónica de Transmisión

Dislocaciones en tubos laminados de ZrNb para Reactor Nuclear de Embalse

Centro Atómico Bariloche – Centro Atómico Ezeiza

α-Cu-Zn

Fe-0.3-0.4%C

Endurecimiento por trabajado (deformación plástica)

Callister

pérdida de ductilidadaumento de la tensión de fluencia

Aumento de la densidad de dislocaciones por deformación

Material recocido: 1010 m/m3

Material fuertemente deformado: 1015 m/m3

Energía acumulada en dislocaciones: ∆E (1/2) Gb2 ∆

G b ∆Eacero 75 GPa 0,2 nm 15 J/mol

Proceso/ reacción Energía j/moloxidación 106

Solidificación (sobreenfriamiento de 1K)

8 - 22

Transformación polimórfica(sobreenfriamiento de 1K)

1 - 8

Energía acumulada por deformación plástica

15

coarsening 0,7 - 7

1. Recuperación

Eliminación de defectos puntuales y aniquilación y reacomodamiento de dislocaciones sin cambios en el tamaño de grano.

2. Recristalización

Crecimiento de granos libres de dislocaciones sobre granos deformados (movimiento de bordes de grano). La fuerza impulsora es la reducción de energía elástica almacenada en dislocaciones.

3. Crecimiento de grano

La fuerza impulsora es la reducción de la energía de superficie de los bordes de grano.

¿Cómo recuperar ductilidad?Se realiza un recocido a alta temperatura (T > TF /3), para activar la difusión. Existen tres procesos diferenciados que pueden ocurrir durante el recocido:

Fuente: Bhadeshia

Repulsión Atracción

Aniquilación

1. Recuperación

Trepado + deslizamiento

Deslizamiento

1. Aniquilación de dislocaciones de signo opuesto

2. Redistribución de dislocaciones hacia configuraciones de menor energía.

1. RecuperaciónMovilidad de dislocaciones se activa con

temperatura.

Poligonización

2. Recristalización:

Nucleación y crecimiento de nuevos granos libres de dislocaciones.

Estimulada por la inhomogenidad de la densidad de dislocaciones

http://www.youtube.com/watch?v=Cy_rYNc0UAY

t = 0s t = 3s, 580ºC

t = 4s, 580ºC t = 8s, 580ºC

t = 15 min, 580ºC t = 10 min, 700ºC

Estado inicial:Trabajado (deformado) en frío.

Callister

2. Recristalización

Grano sin dislocaciones creciendo hacia granos con alta densidad de dislocaciones

Efecto de la temperatura sobre el proceso de recristalización

Al-Mg-Mn

Imágenes tomadas luego de un tiempo fijo de recocido, a temperaturas progresivamente mayores.

Los granos recristalizados son claros; los granos deformados son oscuros.

Aumenta la fracción de volumen recristalizada con la temperatura de recocido.

T

Efecto del tiempo y la temperatura sobre la recristalización

t

% rec.T1 > T2 > T3 > T4

1 2 3 4

1/ = A exp (-Q/kT)

Definición Temperatura de recristalización: es la temperatura para la cual la recristalización es completa luego de 1 hora de recocido.

Temperatura de recristalización vs. grado de deformación en frío

Fe

Callisterrecuperación recristalización

Callister

Metal Temperatura de recristalización (K)

Temperatura de fusión (K)

Plomo (Pb) 269 600

Estaño (Sn) 269 505

Cinc (Zn) 283 693

Aluminio (Al) 353 933

Cobre (Cu) 393 1358

Latón (Cu-Zn) 748 1173

Niquel (Ni) 643 1728

Hierro (Fe) 723 1811

Tungsteno (W) 1473 2683

Temperaturas de recristalización

Tamaño del grano recristalizado vs. grado de deformación en frío

Ashby-Jones II

recuperación recristalización

http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/abstracts/recrystallise.grain.size.html G. Hopkin and H. K. D. H. Bhadeshia

83% deformación 89% deformación

93% deformación

Variación del tamaño de grano recristalizado con la deformación inicial

Resumen: recuperación y recristalización

Deformación en frío

Recuperación (poligonalización) Recristalización

Material recristalizado por completo: granos con poca deformación

Ashby-Jones II

Efecto de la recuperación y recristalizacion sobre las propiedades mecánicas

Callister

Arrastre de Zener: como controlar el crecimiento de grano:

Bhadeshia

Arrastre de Zener: fuerza de arrastre de un precipitado

r

F = sin () 2 r cos ()

Fmax = r

Fmax = r

Bhadeshia

N : densidad de partículas por unidad de volumen

f: fracción de volumen; f = (4/3) r3. N

: densidad de partículas por unidad de área; = 2 r N = 3f / 2r2

Fuerza de arrastre (P):

P = Fmax . = r 3 f / 2 r2

P = 3 f / 2 r

Arrastre de Zener: Fuerza de arrastre por una fracción de volumen f de precipitados esféricos de radio r

Bhadeshia

10 ppmw oxygen 110 ppmw oxygen 140 ppmw oxygen

270 ppmw oxygen 350 ppmw oxygen 560 ppmw oxygen

Efecto de la densidad de partículas sobre el tamaño de grano recristalizado

Bhadeshia