ADMINISTRACIÓNY NEGOCIOS

TRATAMIENTO DE LOS METALES

1 Introducción

Actualmente los materiales son sometidos a altas exigencias, por ello se requiere que los materiales tengan propiedades, exigidas para cumplir con los estándares actualmente requeridos. De los diferentes puntos de vista se necesitan materiales con diferentes propiedades adecuándose al trabajo al que será sometido el material.

En este trabajo se da a conocer el comportamiento de los materiales en su etapa de endurecimiento, tanto como por envejecimiento y por trabajo, tratando de sus conceptos básicos a sus distintas etapas de tratamiento del material.

También se hará referencia sobre el trabajo tratado sobre el material obteniendo distintos factores y propiedades, mediante ya sea un tratamiento térmico o trabajo en frio, provocando en este distintos parámetros de dislocaciones del material que difieren uno del otro.

2 Endurecimiento por envejecimiento

2.1 En qué consiste?Llamado también endurecimiento por precipitación, involucra la formación de finas partículas (precipitados) que actúan para bloquear el movimiento de las dislocaciones y hacer más resistente y duro el metal. Es el principal tratamiento térmico para hacer más resistentes las aleaciones de:

‐ aluminio‐ Cobre‐ níquel‐ y otros metales no ferrosos

Solo hay dos métodos principales para aumentar la resistencia y la dureza de una aleación dada: para trabajo en frio o tratamiento térmico (natural o artificial).el tratamiento térmico más importante para aleaciones no ferrosas, es el endurecimiento por envejecimiento o por precipitación.

Los tratamientos de endurecimiento por precipitación se utilizan también para hacer más resistentes numerosos aceros de aleación que no forman martensita por los métodos usuales. La condición necesaria que determina si un sistema de aleación puede ser endurecido.

Línea de dislocación forzada a través de partículas de una segunda fase o microconstituyente situadas en su plano de deslizamiento.

El endurecimiento máximo de los metales puros se obtiene por deformación en frio. En este caso, se produce un sistema de dislocaciones complejo que hace extremadamente difícil cualquier movimiento posterior.

3 Objetivos3.1 Objetivos del envejecimiento

‐ Aumentar la resistencia de muchas aleaciones de aluminio y otros metales.‐ Aumentar su dureza‐ Crear, en un material tratado térmicamente, una dispersión densa y fina de

partículas precipitadas en una matriz de metal deformable. Las partículas precipitadas actúan como obstáculos del movimiento de las dislocaciones y, así , refuerzan la aleación tratada térmicamente

Para aplicar este tratamiento térmico, el diagrama de equilibrio debe mostrar solubilidad solida parcial, y la pendiente de la línea de solvus debe ser tal que haya mayor solubilidad a una temperatura mayor que a una menor.

La condición necesaria para que se produzca la precipitación en una solución solida es, sencillamente, la existencia de una línea de solvus. Por consiguiente se produce, cierto grado de casos conocidos. Cualquier metal puede endurecerse por precipitación, mediante, la adición de un elemento de aleación correctamente elegido, el endurecimiento seria aún mayor en el caso de aleaciones ternarias o de un número de componentes elevados

4 Proceso de envejecimiento4.1 Tratamiento térmico

El proceso de tratamiento térmico consiste en tres pasos:

- Tratamiento de la solución- Tratamiento térmico de la solución - Tratamiento térmico de precipitación

Tratamiento de la solución:

En el cual calienta el material a una temperatura arriba de la línea de solvus dentro de la región de la fase alfa y se sostiene por un periodo suficiente para disolver la fase beta.

Tratamiento térmico de la solución

El objetivo de esta etapa, es disolver un máximo de la segunda fase en la solución sólida y después, retener esta solución hasta alcanzar la temperatura ambiente.

Calentando el material hasta una temperatura elevada, pero inferior a la que produciría un crecimiento excesivo de grano o la fusión de uno de los constituyentes.

Manteniendo esta temperatura desde una hasta varias horas, dependiendo del espesor de la pieza para que pueda producirse la solución.

Templado en agua hasta obtener una solución solida sobresaturada a la temperatura ambiente, después del tratamiento de la disolución la dureza es relativamente baja superior a la del material enfriado lentamente.

Tratamiento de precipitación

Es necesario un tratamiento de precipitación del material para la formación de un precipitado finamente disperso, la formación de dicho precipitado en la aleación es el objetivo del envejecimiento. El precipitado fino en la aleación impide el movimiento de las dislocaciones durante la deformación, forzando a que estas pasen a través de las partículas de precipitado cortándolas o redondeándolas.

El material resulta reforzado mediante esta restricción del movimiento de las dislocaciones durante la deformación, en esta etapa se obtiene la dureza máxima.

5 Recuperación y recristalización5.1 Recuperación

Después de la deformación la estructura cristalina queda severamente distorcionada y en su interior se almacena gran cantidad de tensiones internas

Para eliminar estas tensiones se somete al material a un recocido total

Este proceso se realiza totalmente en el estado sólido, el calentamiento va seguido normalmente de un enfriado lento en el horno desde la temperatura de trabajo

Este proceso puede dividirse en tres pasos:

- Recuperación- Recristalización- Crecimiento de grano

Recuperación

- Proceso a baja temperatura no se produce un cambio importante en la microestructura- Principal efecto es la eliminación de tensiones internas para impedir el agrietamiento por

corrosión y minimizar la distorsión- Restauración de la resistividad eléctrica- Liberación de la energía almacenada- Restauración de las propiedades mecánicas

Recristalización

- La recristalización es un proceso que se desarrolla por nucleación y crecimiento- Los sitios preferenciales de nucleación de los nuevos granos son las regiones más deformadas,

como bordes de grano, planos de deslizamiento, y zonas de alta energía como precipitados de segunda fase.

- Si el núcleo se forma rápidamente y crece con lentitud, se formaran muchos cristales antes de que se complete el proceso de recristalización

- Si la velocidad de nucleación es pequeña comparada con la velocidad de crecimiento, el tamaño de grano será grande.

La recristalización ocurre debido a la nucleación y crecimiento de nuevos granos. Los nuevos granos recristalizados adoptan formas más o menos regulares, debido a las anisotropías de su velocidad de crecimiento.

Cuando los granos entran en contacto uno con otros, se acaba la fase llamada recristalización y se entra en la fase llamada crecimiento de grano, como se ha reducido de manera importante el número de dislocaciones, el metal recristalizado tiene baja resistencia, pero elevada ductilidad

Crecimiento de grano

- En un metal completamente recristalizado, la fuerza impulsora para el crecimiento de los granos corresponde a la disminución de la energía asociada con los bordes de grano

- El crecimiento de los nuevos granos se producen por movimiento de la interface grano recristalizado-grano deformado

- Los bordes de grano tienden a moverse hacia el centro de la curvatura- El Angulo entre tres bordes de grano es alrededor de 120º

Factores que influyen en el tamaño de grano

- Grado de deformación previa- Permanencia a temperatura- Temperatura de recocido- Duración del calentamiento- Impurezas insolubles

6 Endurecimiento por deformación plástica en frio6.1 Sobrepasar límites de fluencia o elasticidad

El endurecimiento por deformación plástica en frio es el fenómeno por medio del cual un metal dúctil se vuelve más duro y resistente a medida que es deformado plásticamente, generalmente a este fenómeno también se le llama trabajo en frio, 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. Esta variación se ha medido en función del porcentaje de trabajo en frio.

La resistencia del material aumenta al aumentar el porcentaje de trabajo en frio, sin embargo la ductilidad del material disminuye tal como se muestra en el siguiente grafico

El endurecimiento por deformación de explica así:

1. El metal posee dislocaciones en su estructura cristalina2. Cuando se aplica fuerza sobre el material, las

dislocaciones se desplazan causando la deformación plástica

3. Al moverse las dislocaciones aumentan en numero4. Al haber más dislocaciones en la estructura del metal,

se estorban entre si 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

El endurecimiento por deformación se refleja en la curva del metal de la siguiente forma:

Distintos metales tienen diferente capacidad para endurecer cuando se deforman plásticamente , esa habilidad de endurecerse se mide con el coeficiente de endurecimiento, entre mayor es el coeficiente de endurecimiento del 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 numero normal de dislocaciones, la deformación plástica ha causado que hayan más dislocaciones que ese número

normal por lo que la estructura cristalina tendera a haces desaparecer a las dislocaciones extra.

El trabajo en frio no solo causa un aumento de las dislocaciones en la estructura del metal, sino 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, asociados a la deformación plástica en frio la restauración se puede lograr a través de los conceptos mencionados anteriormente recuperación, recristalización y crecimiento de grano.

7 Conclusión

Se ha presentado dos diferentes tratamientos de endurecimiento que infligen distintos cambios en las propiedades del material tratables térmicamente, en el cual tenemos como resultado cambios en su resistencia, haciéndolo más duro gracias a la formación de finas partículas que impiden el movimiento de las dislocaciones, también se llevó acabo el conocimiento dos métodos para lograr un material u aleación más resistente que son: el de trabajo en frio y de tratamiento térmico.

También dentro de nuestro trabajo se aprendió los distintos objetivos que quieren lograr con estos métodos de endurecimiento el cual cumplan con los requerimientos de trabajo.

Índice

1 Introducción

2 Endurecimiento por envejecimiento2.1 En qué consiste?

3 Objetivos3.1 Objetivos del envejecimiento

4 Proceso de envejecimiento4.1 Tratamiento térmico

5 Recuperación y recristalización5.1 Recuperación

6 Endurecimiento por deformación plástica en frio6.1 Sobrepasar límites de fluencia o elasticidad

7 Conclusión