UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALESEndurecimiento por solución sólida, por tamaño del grano y por dispersión Elaborado por: Ing. Jaime Alfonso González Vivas Huancayo – Perú 2012 Las impurezas buscan estas zonas porque son los lugares donde menos distorsión causarán en la estructura cristalina. haciendo que la energía guardada en el material sea menor. 2 ING. La presencia de impurezas en el material también causa que las dislocaciones queden "adheridas" a la estructura cristalina.UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU FIMM Endurecimiento por solución sólida. JAIME GONZALEZ VIVAS . Dichas impurezas distorsionan la estructura cristalina donde se alojan debido a que tienen un tamaño diferente al de los átomos originales. A las dislocaciones les es más difícil moverse en las cercanías de las distorsiones que se forman en la estructura cristalina lo cual causa que la resistencia del material aumente. por tamaño del grano y por dispersión Endurecimiento por solución sólida El endurecimiento por solución sólida se logra al añadirle impurezas al material. el material requiere de una fuerza externa mayor para hacer que sus dislocaciones se muevan. Impurezas de tamaño pequeño tienden a acumularse en la zona de compresión de las dislocaciones mientras que impurezas de tamaño grande se acumulan en las zonas de tensión. es decir. Una dislocación encuentra difícil pasar de un grano a otro a través de las fronteras debido al desorden relativo en que se encuentran los átomos en esa zona. El endurecimiento por solución sólida mejora la resistencia a la Termofluencia. JAIME GONZALEZ VIVAS . Las fronteras de los granos son barreras que dificultan el movimiento de las dislocaciones del metal. A mayor diferencia de tamaño se producen mayores distorsiones. decimos que estamos aleando al metal. sin embargo.UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU FIMM Si la dislocación intenta moverse debido a una fuerza externa aplicada. el acero no es más que una aleación de hierro y carbono. El grado de endurecimiento que pueda lograrse debido a la solución sólida depende de lo siguiente: • La diferencia de tamaño entre la impureza y los átomos originales. Por esa razón. la resistencia a la tensión y la dureza son mayores en los metales aleados que en los metales puros. Los átomos de carbono son impurezas que se encuentran ubicadas en los sitios intersticiales entre los átomos de hierro. Debido a que el tamaño de los átomos de carbono es ligeramente mayor al del sitio intersticial. Por ejemplo. La conductividad eléctrica es afectada por el endurecimiento por solución sólida. Los metales aleados tienen menor conductividad eléctrica que los metales puros. aumentando la resistencia del material. Endurecimiento por tamaño del grano. los aceros son metales con mayor resistencia que el hierro. Dicha distorsión produce el aumento de la resistencia del metal. Esto se debe a que la distorsión de la estructura cristalina que produce el endurecimiento también dificulta el movimiento de los electrones libres del metal. • La cantidad de impurezas que se añadan. 3 ING. la ductilidad de una aleación suele ser menor que la del metal puro. La resistencia a la fluencia. el movimiento de las dislocaciones se hace difícil. se genera una distorsión de la estructura cristalina de los átomos de hierro. Las aleaciones tienen mayor resistencia que los metales puros debido al endurecimiento por solución sólida. haciendo más difícil el deslizamiento de las dislocaciones. Por esta razón. Cuando a un metal puro le añadimos una impureza. el intentar alejarse de la impureza causará un aumento de la distorsión de la estructura cristalina. Las aleaciones no son más que metales con impurezas. JAIME GONZALEZ VIVAS . Los metales que tienen granos pequeños presentan mayor resistencia que los metales con granos grandes.Petch relaciona el tamaño del grano con la resistencia a la fluencia del material. o en otras palabras. se forman en la microestructura pequeños precipitados de la otra fase. La dispersión sólo puede darse en aleaciones que tengan líneas de precipitación en su diagrama de fases. los metales con granos grandes son más suaves y menos resistentes que los metales con granos pequeños.UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU FIMM La ecuación de Hall . ay = a0+Kd"1/2 dónde: ao y K = son constantes del material. 4 ING. Endurecimiento por dispersión. d = es el diámetro promedio de los granos del material. Si la aleación en el punto 2 se calienta hasta permitir la difusión (pero sin llegar a la zona de la fase 1). disminuyendo la resistencia del metal. A este fenómeno se llama endurecimiento por precipitación o envejecido. Al aumentar el tamaño de la fase que ha precipitado. las dislocaciones pueden moverse con más facilidad. y son tan pequeños que pueden hacer difícil el movimiento de las dislocaciones sobre la estructura cristalina. incrementando de esta manera la resistencia del material. A este fenómeno se le llama sobre-envejecimiento. 5 ING. El sobre-envejecimiento se debe a que la difusión permite que los precipitados se agrupen formando la microestructura de equilibrio.UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU FIMM Los precipitados son pequeñas porciones finas y dispersas de la otra fase. los precipitados buscan agruparse para formar granos de la otra fase (por difusión). JAIME GONZALEZ VIVAS . Si el tiempo al que se mantiene la aleación es demasiado largo. Las aleaciones endurecidas por envejecimiento no se recomiendan para ser usadas a altas temperaturas. Además.UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU FIMM No todas las aleaciones pueden ser endurecidas por precipitación ya que uno de los requisitos es que exista una línea de solubilidad en el diagrama de fases. 6 ING. suelen dar problemas al ser soldadas debido a la aplicación de calor en el proceso de soldadura. JAIME GONZALEZ VIVAS . ya que por difusión desaparecerá la fase dispersa.