Caracterizacion

Instituto Tecnológico de Zacatecas

Ingeniería En materiales

Física Del Estado Solido

Mecanismos de Endurecimiento

Ing. Rosario

Aldo Edgar Esparza Hernández

Índice pág.

Endurecimiento por trabajo frio 3

Endurecimiento por soluciones sólidas 5

Endurecimiento por refinamiento de grano 7

Endurecimiento por precipitación 9

Endurecimiento por trabajo frio

El endurecimiento por deformación plástica en frío es el fenómeno por medio del cual un metal dúctil se vuelve más duro y resistente a medida es deformado plásticamente. Generalmente a este fenómeno también se le llama trabajo en frío, debido a que la deformación se da a una temperatura "fría" relativa a la temperatura de fusión absoluta del metal.

En los diagramas se muestra la variación de la resistencia a la fluencia y la resistencia a la tensión para el acero 1040, el bronce y el cobre.

Note que la resistencia del material aumenta al aumentar el porcentaje de trabajo en frío, sin embargo la ductilidad del material disminuye tal como se muestra en el siguiente gráfico.

El fenómeno de endurecimiento por deformación se explica así:

1.El metal posee dislocaciones en su estructura cristalina.

2. Cuando se aplica una fuerza sobre el material, las dislocaciones se desplazan causando la deformación plástica.

3. Al moverse las dislocaciones, aumentan en número.

4. Al haber más dislocaciones en la estructura del metal, se estorban entre sí, volviendo más difícil su movimiento.

5. Al ser más difícil que las dislocaciones se muevan, se requiere de una fuerza mayor para mantenerlas en movimiento. Se dice entonces que el material se ha endurecido.

Distintos metales tienen diferente capacidad para endurecerse cuando se deforman plásticamente. Esa habilidad de endurecerse se mide con el coeficiente de endurecimiento por deformación (n). Entre mayor es n para un metal, más se endurece al ser deformado plásticamente.

Para que el endurecimiento del metal se mantenga, es necesario que las dislocaciones que fueron creadas durante la deformación se mantengan en la estructura del metal. La estructura cristalina del metal tiene un número "normal" de dislocaciones. La deformación plástica ha causado que hayan más dislocaciones que ese número "normal", por lo que la estructura cristalina tenderá a hacer desaparecer alas dislocaciones "extra".

Si se aumenta la temperatura del material hasta el grado que se permita la difusión atómica, las dislocaciones "extra" desaparecerán del material, haciendo que éste recupere las propiedades mecánicas que tenía antes de ser deformado. Sabemos que la difusión se activa a una temperatura mayor que 0.4 veces la temperatura de fusión del material en grados absolutos, por lo tanto se tendrá lo siguiente:

Trabajo en frío.

-Existe endurecimiento por deformación.

-Se crean dislocaciones y éstas quedan en el material.

-El material endurece

Trabajo en caliente

-No existe endurecimiento por deformación.

-Se crean dislocaciones pero éstas desaparecen por difusión.

-El material no endurece.

El trabajo en frío no solo causa un aumento de las dislocaciones en la estructura del metal, sin que también causa la deformación de sus granos. La combinación de los granos deformados con el aumento de dislocaciones causa esfuerzos residuales dentro del material. Los esfuerzos residuales no son más que zonas de tensión o compresión que existen dentro del material sin que sean generadas por fuerzas externas. Los esfuerzos residuales pueden causar el debilitamiento del material, haciendo que falle a esfuerzos aplicados menores a su resistencia nominal

El aumento de las dislocaciones y la deformación de los granos de la estructura cristalina puede causar cambios en las propiedades eléctricas y la resistencia a la corrosión del metal. Todos los cambios asociados a la deformación plástica en frío pueden ser revertidos utilizando el tratamiento térmico apropiado. La restauración de las propiedades a los valores previos a la deformación se logra a partir de dos procesos diferentes que ocurren a temperatura elevada:

• La recuperación y re cristalización.

• El crecimiento del grano.

Endurecimiento por soluciones sólidas

A los ingenieros metalúrgicos y de materiales se les solicita el diseño de aleaciones con alta resistencia pero también con cierta ductilidad y tenacidad; ordinariamente la ductilidad es sacrificada cuando una aleación es endurecida. Varias técnicas de esfuerzo están a la disposición del ingeniero, y frecuentemente la selección de la aleación depende de la capacidad de un material para ser elaborado a medida, es decir, con las características mecánicas exigidas para una determinada aplicación.

Para entender los mecanismos de refuerzo es importante la relación entre el movimiento de las dislocaciones y el comportamiento mecánico de los metales.

Debido a que la deformación plástica microscópica corresponde al movimiento de un gran número de dislocaciones, la capacidad de un metal para deformarse plásticamente depende

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