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7/24/2019 El Endurecimiento Por Deformacin
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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*