Técnicas de Endurecimiento de Metales: Recristalización y Disolución Sólida

Mecanismos de Endurecimiento de los Metales

A menudo, la ductilidad es sacrificada por el endurecimiento, y existen varias técnicas de endurecimiento. Debido a que la deformación plástica macroscópica corresponde al movimiento de un gran número de dislocaciones, la capacidad de un metal para deformarse plásticamente depende de la capacidad de las dislocaciones para moverse. La resistencia puede aumentarse reduciendo la movilidad de dislocaciones. La restricción y el impedimento del movimiento de las dislocaciones convierte al material en más duro y resistente.

Endurecimiento por Reducción del Tamaño de Grano

El tamaño de grano afecta a las propiedades mecánicas. Granos contiguos tienen diferentes direcciones cristalográficas y el mismo límite de grano. El deslizamiento debe ocurrir a través de este límite de grano.

El límite de grano actúa como barrera debido a:

1. Una dislocación tendría que cambiar de dirección de su movimiento.
2. El desorden atómico en los límites producirá una discontinuidad de los planos de deslizamiento.

En ángulo grande: las dislocaciones no atraviesan la mayoría de los límites de grano, sino que se concentran en una dirección, que puede crear más dislocaciones.

Grano fino es más duro y resistente que granos grandes (más límite de grano). El límite elástico varía con el tamaño de grano: σ_y= σ_o + K_yd ^-1/2

El tamaño del grano puede ser regulado mediante la velocidad de solidificación de la fase líquida, y también por la deformación plástica seguida por un tratamiento térmico apropiado.

Endurecimiento por Disolución Sólida

Esta forma de endurecer es alearlos con átomos de impurezas que formen disoluciones sólidas sustitucionales o intersticiales.

El aumento de la concentración de átomos de impurezas aumenta la resistencia a la tracción (TS) y la dureza.

Esto es debido a que los átomos de impurezas en solución producen una deformación en la red en los átomos vecinos del solvente, por lo que el movimiento de dislocaciones es más difícil.

Los átomos de soluto tienden a segregarse alrededor de las dislocaciones para que se reduzca la energía de deformación total (deformación de tracción por sustitución con deformación de compresión de dislocación y viceversa).

Por tanto, si una dislocación se quiere mover, la deformación total de la red debe aumentar.

Rareza del latón: a mayor soluto, mayor ductilidad (suele ser al revés).

Precipitados: si añado más soluto de la cuenta, puede precipitar, y normalmente tiene efectos negativos, excepto para el aluminio, en el cual al precipitar Cu aumenta su σ_y.

Recristalización

La recristalización es la formación de un nuevo conjunto de granos equiaxiales libres de deformación que tienen baja densidad de dislocación.

Después de la recuperación sigo teniendo alta energía de deformación.

Con la recristalización formo un nuevo conjunto de granos equiaxiales libres de deformación con baja densidad de dislocaciones. Los granos crecen como núcleos muy pequeños hasta reemplazar el material deformado.

Compensa el gasto de crear nuevos granos en eliminar las dislocaciones.

Las propiedades mecánicas modificadas durante el trabajo en frío son restauradas: más blando y dúctil.

• Interesa recristalización completa (granos pequeños), pero tampoco queremos pasarnos hasta que sean grandes, por eso usamos la Temperatura de Recristalización: Temperatura a la cual la recristalización ocurre en exactamente 1 hora (entre 1/3 y 1/2 de la Temperatura de fusión). Depende de:
• % CW (trabajo en frío): a menor %CW, más cuesta recristalizar. Por debajo de un % no se puede.
• Pureza: ocurre más rápidamente en metales que en aleaciones.