Transformaciones en Metales: Recristalización, Deformación Plástica y Propiedades en Estado Sólido

Transformaciones en Estado Sólido de Metales

Estas transformaciones se producen por cambios debidos a la temperatura (T), composición y deformación del material.

Transformaciones sin Cambio de Fase

Cuando la estructura de un metal está deformada, para recuperar sus propiedades originales antes de la deformación en frío, se aplica un proceso de recocido, que resulta en una estructura sin deformar. Esta transformación, de una estructura deformada a una sin deformar, se denomina recristalización.

Deformación Plástica y Endurecimiento por Deformación

Cuando un metal se deforma plásticamente a temperatura ambiente (proceso conocido como endurecimiento por deformación), se observan los siguientes cambios:

• Aumenta el límite elástico, la carga de rotura y la dureza.
• Disminuye el alargamiento y la estricción.

Al deformar plásticamente un metal a temperaturas bajas en relación con su punto de fusión (Pf), se dice que ha sido trabajado en frío.

Energía Almacenada por Trabajo en Frío

Parte de la energía aplicada durante el trabajo en frío se disipa en forma de calor (Q), mientras que otra porción, la energía de deformación, se almacena (EA). La cantidad de energía almacenada (EA) es función del proceso de deformación, la composición del material y la temperatura de deformación. La naturaleza de este proceso de almacenamiento de energía está intrínsecamente asociada a la formación y movimiento de dislocaciones.

Influencia de la Temperatura

La densidad de dislocaciones es significativamente mayor cuanto menor es la temperatura de deformación.

Influencia del Tamaño de Grano

En un material con tamaño de grano fino, la energía almacenada (EA) aumenta debido a un incremento en la densidad de dislocaciones (ρ).

Etapas de Eliminación de la Energía Almacenada y Recristalización

El proceso de eliminación de la energía almacenada y la recristalización se desarrolla en cuatro etapas principales:

1. Gran liberación de energía.
2. La energía liberada se utiliza en la etapa de recuperación, donde se reducen defectos como la resistividad eléctrica, pero sin que exista nucleación ni crecimiento de nuevos granos.
3. Nucleación y crecimiento de nuevos cristales libres de deformación, proceso conocido como recristalización, hasta que toda la matriz deformada sea consumida.
4. Si el recocido continúa después de la recristalización, los cristales ya formados crecen, aumentando su tamaño.

Variación de Propiedades: Antes y Después de la Recristalización

Antes de la Recristalización (Deformación Plástica en Frío)

Por la deformación plástica en frío, los granos se alargan en la dirección del esfuerzo aplicado. Aumenta de forma importante la tensión residual y disminuye el porcentaje de alargamiento (%A). En este estado, el metal se considera duro o agrio.

Crecimiento de Grano

Este fenómeno está impulsado por la energía de las superficies de los límites de grano (LG). A medida que el tamaño medio de grano aumenta, el número de granos decrece, y tanto el área total de los límites de grano como la energía total de superficie disminuyen. La ley ideal del crecimiento de grano se expresa como: Diámetro del grano = k * t^1/2, donde 'k' es una constante y 't' es el tiempo.

Transformaciones en Estado Sólido con Cambio de Fase

Estas transformaciones ocurren mediante movimientos atómicos activados térmicamente, en los que la difusión juega un papel crucial. Son provocadas principalmente por cambios de temperatura. En los metales, se observan tanto transformaciones de tipo nucleación y crecimiento como transformaciones sin difusión. Estos procesos resultan en cambios significativos en la microestructura y, consecuentemente, en las propiedades del material.