Mecanismos de Endurecimiento en Metales y Aleaciones: Deformación, Grano y Precipitación
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Procesos Generales de Aumento de Resistencia en Materiales Metálicos
El aumento de la resistencia mecánica en metales y aleaciones se logra mediante la obstaculización del movimiento de las dislocaciones dentro de la estructura cristalina. Estos procesos se clasifican en función del tipo de material (puro o aleación) y el mecanismo físico involucrado.
I. Metales Puros o Aleaciones Monofásicas
Endurecimiento por Deformación Plástica en Frío
Las dislocaciones interactúan entre sí, dificultando su movimiento.
Endurecimiento por Afino de Grano
Los límites de grano actúan como barreras que dificultan la traslación de dislocaciones.
II. Aleaciones
Endurecimiento por Solución Sólida
Requiere la presencia de átomos de soluto en solución sólida.
Endurecimiento por Transformaciones en Estado Sólido
- Endurecimiento por transformación martensítica.
- Endurecimiento por precipitación de una segunda fase en la solución matriz.
Detalle de los Mecanismos de Endurecimiento
h4>1. Endurecimiento por Deformación (Acritud)
Cuando un metal se deforma plásticamente a temperatura ambiente, se dice que el metal se ha endurecido por deformación o ha adquirido acritud. Este proceso modifica las propiedades mecánicas de la siguiente manera:
- Aumentan: Resistencia a la tracción, límite elástico y dureza.
- Disminuyen: Alargamiento y estricción.
2. Endurecimiento por Afino de Grano
El límite de grano actúa como una barrera al movimiento de las dislocaciones por dos razones fundamentales:
- La dislocación tiene que cambiar la dirección del movimiento cuando se desplaza de un grano a otro, lo cual se hace más difícil a medida que cambia la orientación cristalográfica.
- El desorden atómico en el límite de grano origina una discontinuidad en los planos de deslizamiento desde un grano al otro.
Un material de grano más fino es más duro y resistente que otro de grano más grueso. El tamaño de grano puede regularse mediante:
- Controlando la velocidad de solidificación desde la fase líquida.
- Por deformación plástica seguida de un tratamiento térmico adecuado.
3. Endurecimiento por Solución Sólida
Los metales puros son generalmente más blandos que las aleaciones formadas a partir de ellos. En las aleaciones diluidas, las propiedades resistentes varían linealmente con la concentración de soluto.
Si son varios los elementos disueltos, el efecto total es aproximadamente igual a la suma de los efectos que cada elemento produciría por sí solo.
Las soluciones sólidas pueden ser sustitucionales o intersticiales. Los átomos de soluto que forman la solución sólida producen deformaciones en la red cristalina y, por lo tanto, restringen el movimiento de las dislocaciones.
4. Endurecimiento por Precipitación
En algunas aleaciones, se consigue un aumento muy notable de resistencia provocando la precipitación de una segunda fase en forma de partículas muy finas dispersas en la matriz, las cuales obstaculizan el movimiento de las dislocaciones.
Este proceso requiere tres etapas fundamentales:
- Tratamiento de solubilización o disolución.
- Temple.
- Tratamiento de precipitación, envejecimiento o maduración.
La presencia de una distribución homogénea de precipitados coherentes en una matriz produce un efecto endurecedor. Este efecto se denomina endurecimiento por precipitación, envejecimiento o maduración.
Cuando aparece la fase incoherente con la matriz, el material se ablanda y se dice que el material está sobreenvejecido.