Deformacin en Caliente

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TEMA 5 D EFORMACIN EN CALIENTE 1. INTRODUCCIN La deformacin plstica de un metal da lugar a dos efectos, una variacin de las propiedades y un cambio de forma permanente. Aunque ambos efectos van siempre unidos y generalmente son buscados, su estudio no obstante se realiza separadamente. Si lo que se pretende es el estudio del proceso de deformacin desde el punto de vista del clculo del esfuerzo necesario y fundamentalmente del proceso operativo, entra dentro del campo de la Tecnologa Mecnica. Si por el contrario lo que se pretende fundamentalmente es estudiar la variacin en las propiedades y el origen de este cambio, a el proceso se le denomina Tratamiento Mecnico. En general recibe el nombre de Tratamiento todo proceso que cambie las propiedades de un material. Se vio en un captulo anterior que los metales y aleaciones al solidificar dan lugar a una estructura granular primaria. Esta estructura poda ser observada bajo dos aspectos distintos: uno microscpico, que quedaba definido por el tamao, forma y orientacin de los granos cristalinos, y otro macroscpico en el cual eran preponderantes las segregaciones, impurezas y defectos existentes en el material. Mediante los tratamientos trmicos se modifica la microestructura del material, pero apenas cambia su macroestructura. Excepto algunas segregaciones que pueden ser eliminadas o aliviadas, los dems defectos inherentes a los procesos de fusin y solidificacin persisten. La calidad del material sufre pequea variacin, y si se aumenta su dureza es a costa de perder ductilidad. Podemos decir hablando en trminos generales, que los tratamientos trmicos modifican las caractersticas del material hacindolo ms til para una aplicacin determinada, pero no modifican su calidad. Aparte de las mejoras en los procesos de fusin y solidificacin, como por ejemplo la colada continua, los defectos pueden ser, unos eliminados, otros acomodados a una forma menos perjudicial, mediante la deformacin plstica.

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2. TRATAMIENTOS MECNICOS Los tratamientos mecnicos pueden ser: a) En fro b) En caliente. En el capitulo anterior se estudio los efectos que la deformacin plstica en fro produca en un metal. Ahora se ver que ocurre cuando al deformar un metal ste se encuentra en un nivel energtico elevado, esto se conoce como deformacin en caliente. Los trminos caliente y fro no tienen aqu exactamente el mismo sentido que el usado vulgarmente. La deformacin ser en caliente o en fro segn que se produzca por encima o por debajo de la temperatura de recristalizacin del material. No obstante, esta definicin no tiene en cuenta la velocidad de deformacin de la pieza, siendo esta muy importante para definir la temperatura de separacin entre los trminos caliente y fro. Como la temperatura de recristalizacin depende del grado de acritud del material, conviene establecer una delimitacin ms concreta entre ambos tipos de deformaciones. Cuando el material se deforma se produce en l una acritud, pero si la temperatura es lo suficientemente alta, esta acritud producir la recristalizacin, con lo cual desaparece la acritud. Para una velocidad de deformacin determinada habr una temperatura mnima, para la cual la acritud originada por la deformacin se elimina totalmente mediante la recristalizacin. Por encima de esa temperatura la deformacin ser en caliente y por debajo en fro. El aumento de la velocidad de deformacin, hace que la temperatura lmite entre ambos campos se eleve. Una velocidad de deformacin alta, necesita una temperatura de trabajo elevada para que la recristalizacin pueda ocurrir al mismo tiempo que se produce la acritud. La deformacin en caliente se diferencia fundamentalmente de la deformacin en fro, en que en la primera no se produce acritud, y por consiguiente la deformacin puede continuar sin aumento de esfuerzo. As mismo el riesgo de grietas es mucho menor, pues aquellas que se pudieran formar sueldan mediante la recristalizacin del material, excepto algunas veces que se pueden oxidar las superficiales.

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Como vemos, la deformacin en caliente presenta ciertas ventajas sobre la deformacin en fro. El esfuerzo aplicado es mucho menor y adems constante, tanto por la ausencia de acritud como por la disminucin del lmite elstico, la operacin es ms rpida pues no son precisos recocidos intermedios, y finalmente las caractersticas obtenidas son mejores por la mayor mejora sobre la estructura como veremos ms adelante, y por la ausencia de tensiones residuales. Las desventajas es la obtencin de acabados ms bastos, ya que la superficie exterior se oxida formndose una cascarilla, adems las contracciones del material son mayores. En algunos casos en que se pretende obtener un material de gran dureza es tambin preferible la deformacin en fro. Es difcil conseguir unas dimensiones precisas debido a los cambios dimensionales que tienen lugar durante el enfriamiento. 3. FORJA Reciben el nombre general de forja los diversos procedimientos de deformacin en caliente. Estos procedimientos pueden variar profundamente segn la forma de aplicacin de los esfuerzos. De acuerdo con la forma en que se produce la deformacin, toma la forja tambin distintos nombres: estampado, laminado, extrusin, trefilado etc. La temperatura de trabajo de la forja esta limitada fundamentalmente por el peligro de fusin u oxidacin, principalmente en los lmites de grano y por el posible crecimiento de grano durante el perodo de calentamiento. Para evitar estos fenmenos, lo normal es que se produzca la primera deformacin a temperatura relativamente elevada y vaya descendiendo la temperatura conforme la deformacin prosigue. Tecnolgicamente, la operacin se realiza calentando el material en un horno antes de la forja, y enfriamiento al aire mientras esta se produce. Son factores a fijar la temperatura de calentamiento y la velocidad de deformacin. 4. EFECTOS DE LA FORJA, AFINO DEL GRANO Y FORMACIN DE LA FIBRA La deformacin en caliente afecta tanto a la microestructura como a la macroestructura. Veamos primeramente los efectos producidos sobre la microestructura. Normalmente la forja

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supone un afino del grano, este se hace ms pequeo debido a dos causas: La primera de ellas es la rotura del mismo durante la deformacin. El grano se va alargando y al final parte. La segunda causa es la recristalizacin que se produce constantemente debido a la temperatura existente y la acritud introducida. Por el contrario la permanencia del material en ausencia de forja a temperaturas superiores a las de recristalizacin, es causa de que el grano crezca mucho, de ah la conveniencia comn para afinar el grano de que el proceso termine a temperaturas ligeramente inferiores a la de recristalizacin. En la Fig.1, se muestra el efecto que tiene esta temperatura en el tamao final del grano.

Figura 1

El grano es tanto ms pequeo cunto ms baja sea la temperatura de recristalizacin y cuanto ms violento (por golpes) sea el proceso de forja. Esto ltimo es as porque la

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deformacin continua permite preferentemente la deformacin intergranular, mientras la producida por golpes tienden a ser ms transcristalina. Aparte de su efecto sobre el tamao de grano, la forja hace variar la forma y orientacin de los granos cristalinos, alargndolos en la direccin de la deformacin principal y tendiendo a producir la textura apropiada. La deformacin transgranular influye principalmente sobre la forma, mientras la intergranular sobre la orientacin. Debemos subrayar que la textura ser mayor cuando la forja sea ms severa y ms marcada direccionalmente. Veamos a continuacin el efecto de la forja sobre la macroestructura. Los poros, concavidades y grietas del material desaparecen al llegar a hacer contacto las superficies opuestas, y como al mismo tiempo se va produciendo la recristalizacin llegan a soldar perfectamente mejorando la calidad. El alargamiento de los granos hace que haya un gradiente de concentraciones mayor. Como la forja se realiza generalmente a altas temperaturas, la difusin se ve favorecida por los dos factores. Se facilita por consiguiente la homogeneizacin de las segregaciones dendrticas. Como el desplazamiento del material es a veces importante, tambin se mitiga la segregacin principal. Las impurezas tambin se alargan en la direccin de la deformacin, y si no son grandes se descomponen en partculas de impurezas ms pequeas. Como vemos, las impurezas resultan orientadas, as como las heterogeneidades an existentes, dando lugar a lo que se conoce con el nombre de fibra. Cortando el material una vez forjado, puede observarse a simple vista la fibra por una familia de lneas de igual brillo en la direccin de la deformacin. La fibra es tanto ms pronunciada cuanto mayores son las heterogeneidades o impurezas del material de partida y cuanto mayor es el grado de deformacin existente. Este grado, cantidad o intensidad de la deformacin se mide por la relacin S0 / S1, entre la seccin inicial y final de forja. La existencia de la fibra confiere un carcter tpicamente direccional al material, ya que las imperfecciones existentes tendrn despus de la forja mayor seccin longitudinal que transversal. En consecuencia las caractersticas del material en sentido longitudinal, es decir en la direccin de la deformacin, mejoran notablemente, pero las transversales pueden empeorar. Conviene por lo tanto que los esfuerzos se produzcan en la direccin de la fibra. Cuando se conoce el trabajo posterior del material en su utilizacin, y los esfuerzos tiene en cada punto una sola direccin, se puede actuar durante la forja de tal forma de que exista la condicin antedicha de paralelismo.

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Cuando los esfuerzos son transversales y longitudinales, conviene eliminar en la medida de lo posible la fibra, y tener muy en cuenta la calidad del material de partida. 5. CONDICIN DE FORJABILIDAD Dado que la forja tiene su base en la recristalizacin del material, es necesario que el material tenga un carcter metlico para que esta se produzca. As mismo, es un factor favorable de importancia, la ductilidad del material para que le permita fcilmente la deformacin plstica. Estas dos razones son las que hacen que las aleaciones con metales y soluciones slidas presenten una buena forjabilidad, mientras que aquellas en las que existen fases intermedias o compuestos qumicos sean escasamente forjables. Un ejemplo conocido son los aceros, forjables en su mayora en tanto que las fundiciones compuestas a la temperatura de forja por austenita y cementita o grafito no son forjables.

TEMA 5