RECUPERACIÓN, RECRISTALIZACIÓN Y CRECIMIENTO DEL GRANOLa deformación plástica de una probeta metálica policristalina a temperaturas que son bajas respecto a la temperatura de fusión produce cambios en la microestructura y en las propiedades. Algunos de los cambios son: (1).- Cambio en la forma del grano (2).- Endurecimiento por deformación (3).- Aumento en la densidad de dislocaciones ( ). Consecuencias de la deformación en frío: Re () Gb R p , R m , AT Además, otras propiedades tales como la conductividad eléctrica y la resistencia a la corrosión pueden modificarse como consecuencia de la deformación plástica. Alteración de la estructura del grano de un metal policristalino como resultado de la deformación plástica (a).- Antes de la deformación los granos son equiaxiacos (b).-La deformación ha producido granos alargados, x 170 Las propiedades y estructuras pueden recuperar sus valores anteriores a la deformación en frío mediante tratamientos térmicos apropiados. Tales fenómenos de restauración resultan de distintos procesos que ocurren a temperaturas elevadas: • RECUPERACIÓN • RECRISTALIZACIÓN después de los cuales puede ocurrir el CRECIMIENTO DEL GRANO. Recristalización primaria 1.- Recristalización estática Recristalizaciónsecundaria Recristalización terciaria PROCESOS A ALTA TEMPERATURA Procesos de conformado industrial Procesos de conformado habitual Procesos de conformado superplástico 2.- Procesos de deformación en caliente Fluencia o creep INTRODUCCIÓN LA DEFORMACIÓN EN FRÍO CONFIERE ACRITUD A LOS MATERIALES METÁLICOS. El estado agrio supone un aumento de energía respecto a la del agregado policristalino no deformado en frío. Los cristales metálicos resultan energéticamente más estables cuando no presentan dislocaciones. Por ello, LAS ESTRUCTURAS AGRIAS TIENDEN A EVOLUCIONAR HACIA OTRAS CON MENOR NÚMERO DE DISLOCACIONES. Los cristales agrios no ceden espontáneamente su exceso de energía para pasar a cristales regulares. Para ello se requiere una ENERGÍA DE ACTIVACIÓN, comunicada por CALENTAMIENTO EXTERNO y un PROCESO DE DIFUSIÓN DE ÁTOMOS a la temperatura de calentamiento. El tratamiento térmico para eliminar la acritud de un metal o aleación, suele denominarse RECOCIDO CONTRA ACRITUD. Más frecuentemente se conoce con el nombre de RECOCIDO DE RECRISTALIZACIÓN (o, en determinados casos, RECOCIDO DE RESTAURACIÓN). Cuando un metal, suficientemente deformado en frío, es sometido a un calentamiento adecuado (Recocido contra acritud) se quiere disminuir ρ┴, (queremos pasar de 109 a 105-106 ┴/cm2) para recuperar paulatinamente las propiedades que presentaba el metal antes de la deformación: • el metal ablanda • disminuye su resistencia en el ensayo de tracción • aumenta el alargamiento • cambia la textura, etc. La recuperación plena de las propiedades (hasta lograr las que tenía el metal antes de ser deformado en frío) está vinculada a la APARICIÓN DE UNA NUEVA ESTRUCTURA, de granos regulares, formada a partir de la estructura agria. LA NUEVA ESTRUCTURA RECIBE EL NOMBRE DE RECRISTALIZADA. . .La formación de la ESTRUCTURA RECRISTALIZADA tiene lugar cuando el calentamiento se realiza por encima de una cierta temperatura TR. Para temperaturas de calentamiento inferiores a la de recristalización hay una cierta variación de propiedades del metal o aleación. o a otras superiores a ella. TE TRECRISTALIZACION TE 3 2 TE Temperatura de fusión La temperatura de recristalización no es constante (Tm/2)↔ Metales puros (Tm/3)↔ Aleaciones Una vez recristalizada la estructura. pero no se aprecia modificación de la estructura agria visible al microscopio óptico. el efecto resultante es UN CRECIMIENTO DEL TAMAÑO MEDIO DEL GRANO. sin modificación de la microestructura. de la deformación previa conferida en frío a cada metal o aleación y. si se prolonga su permanencia a la temperatura de recristalización. Esta -generalmente superior a TE/3— depende. en buena medida. se denomina restauración (recovery). no es una temperatura constante. por tanto. ni de su textura. denominada temperatura de recristalización primaria estática. Esta etapa de recuperación parcial de propiedades. En el recocido contra acritud o recocido de recristalización al calentar isotérmicamente (Figura). (a) (b) . distintas probetas de un mismo metal..Cobre (↓ SFE) (b). R1 Etapas durante el recocido de chapas agrias: (a). ** RECRISTALIZACIÓN PRIMARIA. El conjunto de mecanismos fisicometalúrgicos relativos a estas etapas son fundamentales para el estudio de los recocidos contra acritud y de los tratamientos termomecánicos. con igual grado de deformación en frío. II Recristalización. durante tiempos iguales. III Crecimiento de grano.. pueden distinguirse tres etapas: * RESTAURACIÓN.Aluminio ( SFE) R2 I Restauración. *** CRECIMIENTO DEL GRANO RECRISTALIZADO. a temperaturas diferentes. Al final se completa toda la masa. Solamente algunos gérmenes progresan y aparecen otros nuevos granos. Los granos no presentan ninguna diferencia respecto al estado agrio En la SEGUNDA ETAPA hay una variación sustancial de ambas. El final de la etapa se establece cuando aparece un tamaño de grano promedio estable y de aspecto equiaxico. recristalización y crecimiento del grano. . La recristalización sigue un proceso de nucleación y crecimiento con período de incubación. hay un mayor crecimiento) Influencia de la temperatura de recocido sobre la resistencia a la tracción y sobre la ductilidad de un latón. En la TERCERA ETAPA no se modifican las propiedades mecánicas. No existe rastro del estado agrio. Se representa el tamaño del grano en función de la temperatura de recocido. Al microscopio la textura agria no varía.Influencia de la temperatura de recocido en las propiedades mecánicas Suponemos un proceso de calentamiento isotérmico a una temperatura mayor que la de recristalización En la PRIMERA ETAPA hay una disminución del límite elástico y una mejora de la ductilidad. Estructura del grano durante la restauración. Hay un crecimiento de grano (A mayor temperatura o mayor tiempo de permanencia. habida cuenta que la deformación en frío aumenta la resistividad eléctrica Recuperación parcial de propiedades mecánicas. bronces alfa. Reducción en el número de dislocaciones y las configuraciones de dislocaciones tienden a adoptar bajas energías de deformación de la red Desaparición de tensiones internas.. por ejemplo. cuproníqueles. El aluminio. suelen comportarse mecánicamente. durante esa restauración. latones alfa. las siguientes variaciones: • • • • • Parte de la energía interna almacenada como energía de deformación es liberada debido al movimiento de dislocaciones. Esto ocurre como resultado del aumento de la difusión atómica a temperaturas elevadas. cuproluminos alfa.PROCESO DE RESTAURACION Durante esta etapa NO SE MODIFICA LA TEXTURA CRISTALINA CORRESPONDIENTE AL ESTADO AGRIO (los granos deformados no presentan ninguna diferencia con el estado agrio). entre otras. aceros austeníticos. ablanda bastante durante la restauración. de modo diferente. . pérdida de dureza y aumento del alargamiento Los metales. no experimentan disminución apreciable de dureza durante la restauración. etc. por ejemplo. Otros materiales metálicos del mismo sistema cristalino cúbico centrado en las caras. Recuperación de propiedades eléctricas. pero pueden apreciarse. tales como cobre. aunque cristalicen en el mismo sistema. níquel. puede ser de tal magnitud que. es preciso efectuar un recocido de recristalización. por microscopia óptica (Figura 1). Figura 1. El ablandamiento durante la restauración -en realidad una compleja forma de poligonización. pero en sus contornos hay una alta ρ┴. pueden emplearse recocidos de restauración en vez de recocidos de recristalización total. Los defectos se concentran en las paredes. si se desea lograr un ablandamiento pleno de esos metales aptos para poligonizar. La formación de subgranos. va acompañada de: • • • Notable disminución de la dureza Aminoración de la resistencia a la tracción Aumento del alargamiento..Metales cúbicos de caras centradas y alta energía de defectos de apilamiento ( SFE). Por activación térmica aumenta la movilidad de los defectos. de finas subjuntas poligonizadas. aumentando la probabilidad de que las dislocaciones se cancelen entre si y se reorganizan en un proceso de poligonalización (2): dentro de los granos se forman subgranos en cuyo interior hay una baja ρ┴. De todas maneras.Poligonización en el Aluminio (Lacombe) (Paredes estables de dislocaciones). como el aluminio En la figura se representa el proceso que sigue un material de alta energía de defectos de apilamiento ( SFE) en la restauración. Esto se puede apreciar por microscopía electrónica o incluso. . Esta formación obtención de subgranos puede favorecerse cuando se aplica una tensión durante la restauración (restauración dinámica]. Tenemos una determinada densidad de defectos (1) (Exceso de dislocaciones). a veces. a veces. No ablandan apreciablemente durante la restauración y requieren siempre recocidos de recristalización para disminuir apreciablemente su dureza. bronces alfa. latones alfa. apenas poligonizan. no hay formación de subgranos. low . cuproluminos alfa. aceros austeníticos. cuproníqueles. etc) En este caso la estructura de restauración también es agria y debido a su alta w.Materiales de baja energía de defectos de apilamiento ( SFE) (cobre. níquel. . extended screw dislocations can only cross-slip when the partial dislocations recombine.Extended dislocations (in particular screw dislocations) define a specific slip plane. Thus. Fotomicrografías mostrando varias etapas de la recristalización y del crecimiento del grano del latón (a) Estructura del grano del material deformado en frío (33 % CW) (b) Etapa inicial de la recristalización después de calentar durante 3 segundos a 580 °C. Los nuevos granos se forman como núcleos muy pequeños y crecen hasta que reemplazan completamente al material deformado.PROCESO DE RECRISTALIZACION Aun después de la RECUPERACIÓN. En las figuras 1a-1d se muestran varias etapas del proceso de recristalización. los granos están todavía en un estado de alta energía de deformación. LO CUAL ES UNA CARACTERÍSTICA DE LA CONDICIÓN DEL MATERIAL ANTES DE SER DEFORMADO. La FUERZA MOTRIZ para producir esta nueva estructura de granos es la diferencia en energía interna entre el material deformado y el no deformado. Los granos muy pequeños son los que han recristalizado (c) Reemplazo parcial de los granos con acritud por granos recristaIizados (4 s a 580 °C) (d) Recristalización completa (8 s a 580 °C) (e) Crecimiento del grano después de 15 min a 580 °C (f) Crecimiento del grano después de 10 min a 700 °C . En estas microfotografías. proceso en el cual tiene lugar la difusión de corto alcance. los granos pequeños son aquellos que han recristalizado. RECRISTALIZACIÓN DE LOS METALES TRABAJADOS EN FRÍO PUEDE UTILIZARSE PARA REFINAR LA ESTRUCTURA DE LO GRANOS. (x 75 en todas las fotomicrografías). . LA RECRISTALIZACIÓN ES LA FORMACIÓN DE UN NUEVO CONJUNTO DE GRANOS EQUIAXIACOS LIBRES DE DEFORMACIÓN QUE TIENEN BAJA DENSIDAD DE DISLOCACIONES. MENOS RESISTENTE Y MÁS DÚCTIL. es decir. el metal se hace MÁS BLANDO.PROCESO DE RECRISTALIZACION También. los granos muy pequeños son los que han recristalizado (c) Reemplazo parcial de los granos con acritud por granos recristaIizados (4 s a 580 °C) (d) Recristalización completa (8 s a 580 °C) (e) Crecimiento del grano después de 15 min a 580 °C (f) Crecimiento del grano después de 10 min a 700 °C . tal como puede observarse en las fotomicrografías mostradas en las figuras 1a-1d Fotomicrografías mostrando varias etapas de la recristalización y del crecimiento del grano del latón (a) Estructura del grano del material deformado en frío (33 % CW) (b) Etapa inicial de la recristalización después de calentar durante 3 segundos a 580 °C . las propiedades mecánicas que fueron modificadas durante el proceso de trabajo en frío son restauradas a sus valores previos a la deformación. El grado (o fracción) de recristalización aumenta con el tiempo. . durante la recristalización. La recristalización es un proceso cuya extensión depende tanto del tiempo como de la temperatura. (x 75 en todas las fotomicrografías). Existe un grado crítico de trabajo en frío por debajo del cual la recristalización no puede ocurrir. recristalización y crecimiento del grano . temperatura a la cual ocurre exactamente en 1 hora. Figura 1. entre los cuales cabe citar el % de trabajo en frío y la pureza de la aleación. Estructura del grano durante la restauración.Influencia de la temperatura de recocido sobre la resistencia a la tracción y sobre la ductilidad de un latón.. Se representa el tamaño del grano en función de la temperatura de recocido.El comportamiento de recristalización para una determinada aleación se suele especificar mediante la TEMPERATURA DE RECRISTALIZACIÓN. este valor está comprendido entre el 2 y el 20 % de trabajo en frío. Aumentando el % de trabajo en frío aumenta la velocidad de recristalización. Estructura del grano durante la restauración. Figura 2.. Se representa el tamaño del grano en función de la temperatura de recocido. esta temperatura se sitúa entre un tercio y la mitad de la temperatura absoluta de fusión del metal o aleación y depende de varios factores.Influencia de la temperatura de recocido sobre la resistencia a la tracción y sobre la ductilidad de un latón. tal como se muestra de forma esquemática. Generalmente. recristalización y crecimiento del grano. de manera que la temperatura de recristalización disminuye (figura 2). Normalmente. tal como se muestra en la figura. Las temperaturas de recristalización y de fusión para algunos metales y aleaciones se indican en la tabla 1. la TEMPERATURA QUE ES NECESARIO ALCANZAR PARA QUE ÉSTE PUEDA INICIAR LA RECRISTALIZACIÓN y el TIEMPO DE PERMANENCIA A ESA TEMPERATURA hasta lograr una estructura regular. están relacionados entre sí.3Tm .PROCESO DE RECRISTALIZACION La recristalización ocurre de forma más rápida en metales que en aleaciones. de manera que se pueden alcanzar deformaciones grandes. donde Tm es la temperatura absoluta de fusión. Para metales puros. El material permanece relativamente blando y dúctil durante la deformación debido a que no se endurece por deformación. Las operaciones de deformación plástica de los metales y aleaciones a menudo se realizan a temperaturas superiores a de la temperatura de recristalización en un proceso denominado trabajo en caliente. El hecho de alear aumenta la temperatura de recristalización. El GRADO DE DEFORMACIÓN EN FRÍO DEL METAL. algunas veces de forma muy substancial. . mientras que en algunas aleaciones comerciales puede llegar a ser tan alta como 0. la temperatura de recristalización normalmente es 0.7Tm. es tanto menor cuanto más deformado en frío se halle el metal antes del calentamiento. . LA TEMPERATURA ISOTÉRMICA QUE ES PRECISO ALCANZAR PARA EL INICIO DE LA RECRISTALIZACIÓN ES INVERSAMENTE PROPORCIONAL A LA ACRITUD DEL METAL. para iguales grados de deformación inicial se requieren temperaturas de recristalización más altas. Esta recibe el nombre de acritud crítica para la temperatura T1. La energía de activación necesaria para movilizar los átomos y formar esas agrupaciones "recristalizadas". es decir. cuando la recristalización va precedida de una permanencia a temperaturas de restauración que disminuyan sensiblemente la acritud. quedando parcialmente recristalizado. cuanto más pequeño es el grado de deformación en frío más alta debe ser la temperatura necesaria para poder iniciar la recristalización. cuando dejamos de aplicar la temperatura es sistema no recupera la estructura inicial. Esta acritud crítica debe ser tanto mayor cuanto menor sea la temperatura a que se desea recristalizar.El proceso es irreversible (ST>0).La recristalización no supone un cambio de fase: no hay cambio alotrópico. Por consiguiente. Recristalización al 100 % No recristaliza T1 Línea donde el material restaura 2. Una vez lograda la recristalización de una estructura agria. Por tanto. con pocas dislocaciones. un enfriamiento por debajo de la temperatura de recristalización no devuelve al estado agrio.. Para lograr la recristalización isotérmica de una aleación a la temperatura T1 se precisa un mínimo de acritud previa. sino sencillamente una nueva combinación de los átomos. por difusión..Características de la recristalización 1. para formar nuevas agrupaciones cristalinas con un número muy inferior de dislocaciones (104 — 105 dislocaciones(┴)/cm2). Es un proceso de nucleación y crecimiento NOTA: Proceso difusional (proceso activado térmicamente) D D0e Q rec RT x Dt ΔGT<0 G (Re cristalizado) Gb 2 (Re cristalizado) G ( Agrio) Gb 2 (Agrio) Por tanto. cuanto menor sea la temperatura. pues se pasa a un estado de mayor equilibrio GT G(Re cristalizado) G ( Agrio) G( Agrio) G (Re cristalizado) 4.. Es lo que se denomina el ESTADO VIBRACIONAL (COMBINACIÓN DE ┴ Y TEMPERATURA APLICADA). el núcleo crece. cuando las juntas de los diferentes cristales en crecimiento interaccionan entre si. Finalmente la matriz agria desaparece y es completamente reemplazada por una nueva estructura de granos regulares. ..Es un proceso termicamente favorable (G<0). La temperatura (T) y el tiempo (t) son parámetros complementarios. el proceso de recristalización consta de dos fases: una donde se requiere un tiempo t para la formación de núcleos y otra donde los núcleos crecen por movilidad de los átomos desde la matriz agria atravesando la frontera que supone la junta de grano núcleo/matriz. previa aplicación del calentamiento. por tanto.3. Esa junta avanza y. Así. mayores serán los tiempos necesarios y la energía necesaria será menor cuanto más deformado se encuentre el material. si la temperatura aplicada es baja por grande que sea ┴ tampoco se alcanza. También. Si ┴ es muy baja. Hay valores críticos de la temperatura y de ┴ .Tamaño de los núcleos críticos que acabarán dando un núcleo permanente r* 2 ag rec G Agrio GR e cris se refiere a la energía libre de superficie de las caras constituidas por un lado de material agrio y por el otro del posible material recristalizado -Fuerza inductora que genera la recristalización del material Viene dada por la densidad de defectos (┴) y la temperatura que hace que las dislocaciones se desplacen. por grande que sea la temperatura aplicada no se alcanza la fuerza inductora. El estado vibracional es mayor cuando ┴ y la temperatura aplicada son mayores (La fuerza inductora es este estado vibracional). Puede decirse que el grado de reducción en frío. temperatura de recristalización. Por eso con pequeñas acritudes el grano recristalizado es muy grande (sobre todo cuando la acritud es del orden crítico antes indicado). es la fuerza inductora para la recristalización. la acritud. mayor el número de núcleos de recristalización que se formarán. Correlación entre acritud. T1 . por tanto. menor resulta el tamaño promedio de los granos recristalizados al concluir la recristalización primaria a temperatura T1 (Figura). el número de núcleos formados al cabo de un cierto tiempo t1 resulta mayor cuanto mayor es el grado de deformación en frío del metal. diámetro de grano.CONSIDERACIONES SOBRE LA NUCLEACIÓN DE LOS GRANOS RECRISTALIZADOS Para una temperatura isotérmica T1 de recristalización. Por ello a mayor acritud de la aleación y. Ensayo de una probeta trapezoidal Tomamos unas probetas trapezoidales, donde no en todas las zonas, fruto de la tracción, se alcanza la deformación crítica (C), a partir de la cual se produce una recristalización. Se observa que hay una gradación de la tensión, , entre los extremos de la probeta (0 > 1), debido a la variación de superficie entre los mismos. En la zona ancha hay más material para resistir la tensión aplicada, luego en el primer tercio se tiene que < C. En el segundo > C y en el último >> C. Aparte de una gradación de la tensión, , hay una gradación del tamaño de grano. Los granos en la zona donde < C son los iniciales sin recristalizar (granos grandes y alargados). En >> C es la zona donde más finos son los granos, mientras que en la zona donde > C tenemos un caso intermedio entre los indicados. Por tanto, a mayor deformación menor tamaño de núcleo. Nos podemos encontrar probetas de este tipo totalmente recristalizadas cuando la línea divisoria entre < C y > C. se sale fuera de la pieza (pero sigue habiendo un gradiente de grano). En ocasiones hay áreas donde algunos granos están recristalizados y otros no. Esto se debe a la orientación del grano inicial (textura). Si la orientación es favorable la deformación plástica es prematura, produciendo playas recristalizadas y otras no, llegando las que forman un ángulo de 45 º con la deformación a poder recristalizar prematuramente, a diferencia de sus vecinos. Los efectos de una acritud crítica suelen ser perjudiciales. Así, por ejemplo, ocurre en codos ligeramente curvados, cuando son luego calentados por necesidades de servicio. La acritud introducida al curvar puede ser suficiente para que esa zona recristalice a la temperatura de calentamiento. El tamaño de grano resultará grande y por tanto disminuirá la resistencia mecánica en ese punto; en tanto que las zonas contiguas, con menor acritud que la crítica, no experimentarán modificaciones en la estructura por no haber llegado a recristalizar. EFECTO DE LAS IMPUREZAS El tamaño promedio del grano recristalizado no depende exclusivamente de la mayor o menor cantidad de núcleos de recristalización motivados por la acritud, sino también del EFECTO DE LAS IMPUREZAS. Es decir, de los ÁTOMOS EN SOLUCIÓN SÓLIDA y de los PRECIPITADOS. 1.- Elementos en solución sólida En relación a la nucleación son inocuos, no la modifican. En cuanto a la recristalización (considerando esta a partir del 5 %) tienen un efecto “solute drag effect”, dificultando el paso 5 % → 95 % de recristalización. Retardan el avance de las superficies límite de los núcleos 2.- Precipitados (a).- Precipitados groseros (dPRECIPITADO ) Con respecto a la NUCLEACIÓN puede decirse que las impurezas, o segundas fases precipitadas en la matriz agria, ACELERAN la formación de núcleos si el tamaño de las segundas fases es grande (del orden de varias micras), ello es debido a la concentración local de esfuerzos que la deformación en frío produce sobre la matriz agria que rodea a la partícula. En la interfase el d recristalizado es menor que el promedio. En la recristalización los precipitados groseros (dPRECIPITADO ) no inhiben el proceso, no ejercen restricción al movimiento y no tienen efecto “pinning”, no anclando el desplazamiento de la junta de grano. LOS PRECIPITADOS DE GRAN TAMAÑO NO INTERFIEREN EL CRECIMIENTO. Zona azul Zona amarilla (b).-(Precipitados finos (dPRECIPITADO ) • Los precipitados finos o muy finos retrasan la nucleación • En la recristalización restringen el crecimiento por efecto “pinning”(restringe el avance de las juntas de grano). Como ejemplo de importante repercusión industrial cabe citar la inhibición efectuada por el NAl sobre las subjuntas de grano {100} : ello favorece el crecimiento de subgranos con textura {111} muy favorables para la embutición El crecimiento de los núcleos, una vez formados, se ve retrasado por el obstáculo (pinning) que, para la migración de las fronteras núcleo/matriz agria, suponen los precipitados si son PEQUEÑOS Y NUMEROSOS . La obstrucción es tanto mayor cuanto más finos y menos separados están los precipitados. Esos precipitados nanométricos elevan la temperatura de recristalización, prolongan el tiempo para recristalizar a esa temperatura y, en consecuencia, pueden aumentar el tamaño de grano de recristalización primaria obtenido a esa temperatura. En algunos casos los precipitados nanométricos pueden no solamente retrasar la nucleación sino, incluso, impedir la recristalización. EJEMPLO: pequeñas cantidades de Niobio (que puede precipitar en forma de NNb, con tamaño de pocos nanómetros) en los aceros de muy bajo contenido de carbono denominados aceros microaleados. Al laminar estos aceros a alta temperatura, en estado austenítico, la austenita se deforma y adquiere acritud, pero no llega a recristalizar durante la laminación en caliente (laminación controlada de aceros microaleados) por impedirlo los precipitados de NNb. En estos aceros la inhibición de la recristalización resulta muy ventajosa: al transformarse después alotrópicamente la austenita agria en ferrita, durante el enfriamiento, se obtienen granos de ferrita de un tamaño muy fino (más de 30000 granos en un mm2), imposible de obtener a partir de granos de austenita recristalizada. Estos aceros microaleados de bajo contenido en C —y en consecuencia buena soldabilidad— presentan además, por su pequeño tamaño de grano, un alto límite elástico y excelente tenacidad a baja temperatura (se emplean para oleoductos y gaseoductos en regiones árticas, plataformas marinas, etc.). . por tanto se debe analizar la influencia de las partículas en la movilidad de las juntas de grano. pues ese paso supone un aumento de superficie.Expansión del grano Para pasar de r a r+r es necesaria una presión. que desarrolle un esfuerzo. lo lo que ocurre en realidad es que los granos pequeños son consumidos por los granos grandes .EFECTO PINNING DE LOS PRECIPITADOS (INFLUENCIA DE LAS PARTICULAS EN LA MOVILIDAD DE LAS JUNTAS DE GRANO) La precipitación puede ser un potente inhibidor del movimiento de la junta de grano conseguimos un tamaño de grano fino y homogéneo. P. F’. La junta de grano tiende a desplazarse hacia el centro de curvatura. (ÁTOMO) (BOUNDARY) F 4 r 2 P A esta fuerza se opone otra. F’ es opuesta a la anterior (F). rg necesita Pexpansión y los rg necesita Pexpansión. F ' dS d 4 r 2 8 rdr Ambas fuerzas se deben compensar F F ' 4 r 2 P 8 rdr PEXPANSION 2 rgrano Por tanto. La presencia de precipitados evita este movimiento (pinning) 1. que provoca la aparición de una nueva junta de grano (aumento de la superficie). Consideremos un grano esférico. Fr gb cos 2 rsen Fr max 45º r gb La fuerza Fr restringe el movimiento de la junta de grano En el material no tenemos un solo precipitado.EFECTO PINNING DE LOS PRECIPITADOS (INFLUENCIA DE LAS PARTICULAS EN LA MOVILIDAD DE LAS JUNTAS DE GRANO) 2. Si hay un número suficiente de partículas. sino que tenemos una fracción en volumen 4 3 n rppt P V ppt fV 3 VT 2rA 3 fV nP 2 2 rppt Longitud de contacto precipitado/junta de grano=2πrsenθ Interacción de un límite de grano con una partícula inmóvil. según Zener. 2r: Todo precipitado a una distancia r a cada lado toca a la junta de grano A=1 (área unitaria de junta de grano) Luego . la fuerza de retardo máxima viene dada por Ppining nP rppt PPining 3 fV gb 2rppt Si el grano no crece se estabiliza. se podría esperar que el límite de grano se fije cuando se encuentra con las partículas y. con lo que la Pexpansión y la P de restricción han de ser iguales PEXPANSION PPining 2 rgrano 3 fV gb 2rppt 3 fV gb 2rppt 2 Dgrano 8rppt 3 fV Ecuación de Zener rgrano El tamaño de grano recristalizado es. la migración del límite de grano cesará. directamente proporcional al tamaño medio de los precipitados e inversamente proporcional a su fracción en volumen. (b) Interacción entre el límite de grano y la partícula que conduce a una fuerza de retardo en el movimiento del límite de grano.Fuerza de anclaje de los precipitados Si un límite de grano que se mueve bajo la acción de la fuerza motriz debida a su curvatura se encuentra con una inclusión. (a) aproximación del límite de grano a la partícula. por tanto. habrá una interacción entre el límite de grano y la partícula que conduce a una fuerza de retardo en el movimiento del límite de grano. .. Observación Tamaño de grano 10 ASTM < 7 ASTM Para disminuir el tamaño de grano de un acero que tenga el tamaño correspondiente al tratamiento térmico de normalizado (7 ASTM). Si se baja el tamaño de los precipitados al máximo. se podría conseguir disminuyendo el tamaño de los precipitados ( dppt). se puede disminuir Dgrano aun mas aumentando el valor de fV. Con el grano muy fino se mejoran las propiedades mecánicas. Al hacerlo en un acero se dice “acero microaleado en presencia de precipitados” [Aceros de calidad ártica (12-13 ASTM) muy resistentes a bajas temperaturas] Dgrano 8rppt 3 fV Ecuación de Zener . Este esquema resume.Esta acritud crítica debe ser tanto mayor cuanto menor sea la temperatura a que se desea recristalizar. lo que pueden denominarse leyes de la recristalización. Por lo que los resultados de la recristalización no serán idénticos. resulta menor cuanto mayor es el grado de acritud previo a la recristalización. La relación entre tiempo y temperatura es de tipo logarítmico: duplicar el tiempo de recocido equivale a aumentar solamente unos grados la temperatura de recristalización. laminación. 4.Para un mismo grado de reducción en frío. cuando la recristalización va precedida de una permanencia a temperaturas de restauración que disminuyan sensiblemente la acritud (Caso del aluminio). al finalizar la recristalización primaria. diámetro de grano. etc. 3.. para iguales reducciones de sección transversal. 2.Para cada temperatura de recristalización el tamaño de grano..producen.. acritudes efectivas diferentes. las diferentes maneras posibles de trabajar en frío un metal -forja..Se requiere una acritud mínima (acritud crítica) para poder realizar la recristalización isotérmica de una aleación a temperatura T=T1. para iguales grados de deformación inicial se requieren temperaturas de recristalización más altas.. Por tanto. temperaturas de recristalización y tamaño de grano recristalizado. temperatura de recristalización. Correlación entre acritud. estirado. al aumentar la duración del tratamiento isotérmico disminuye la temperatura necesaria para poder recristalizar. 1. por ejemplo 1 hora.LEYES DE LA RECRISTALIZACION La correlación habitual entre acritud. Por otra parte. puede ilustrarse cualitativamente con la figura. . para un tiempo constante de recristalización. sin considerar el efecto de las impurezas. . al final de la recristalización primaria. el grano recristalizado obtenido resulta de mayor diámetro. el grano suele continuar creciendo. pero para una temperatura de recocido T2 muy superior a T1. temperatura de recristalización. El tamaño de grano. Ello es debido a que. resulta más fino cuanto mayor sea la deformación en frío. una vez finalizada la recristalización primaria a T2 (más breve que a T1). al término de la recristalización. cuanto más alta sea T2 . Correlación entre acritud. diámetro de grano. a una temperatura T1.El tamaño de grano. Para un mismo proceso de deformación.LEYES DE LA RECRISTALIZACION 5. depende principalmente del grado de deformación en frío y en menor medida de la temperatura T1 del tratamiento térmico. e igual reducción en frío. T2 T1 . tanto más. El mantenimiento en temperatura.. 8. Cuando a la temperatura de trabajo se producen simultáneamente acritud (por deformación) y ablandamiento (por restauración o recristalización).. Sus leyes de comportamiento difieren de la recristalización primaria (ésta suele denominarse recristalización estática). . produce crecimiento del grano recristalizado. 7.Cuanto mayor es el tamaño de grano previo a la deformación y. el proceso recibe el nombre de restauración —o recristalización— dinámica. menor resulta la probabilidad de formación de núcleos para un mismo grado de deformación en frío y mayor es el tamaño de grano recristalizado. Este crecimiento puede ser continuo o no. por tanto. menor el área total de juntas de grano.LEYES DE LA RECRISTALIZACION 6.La temperatura de recristalización disminuye con la pureza del metal.. Por ello a mayor tamaño de grano inicial se requiere un mayor grado de deformación en frío para lograr una recristalización equivalente. una vez finalizada (100 %) la recristalización primaria. la fuerza inductora para la recristalización de esa fracción agria va disminuyendo con el tiempo (Figura). reducido 40 % en frío . laminado 40 % a 0 °C y recristalizado a 155 °C. estática e isotérmicamente. La ley de Avrami se ajusta a una recta de ordenada en el origen igual a log B y pendiente k cuando se representan en ordenadas los valores de log {In [1:(1-X)]} y en abscisas los valores de log t. por tanto solo se hace eco del tramo de curva oblicuo. supone un crecimiento continuo de los núcleos y a igual velocidad en todas las direcciones. correspondiente a recocido isotérmico de Al de gran pureza.Cinética de la recristalización estática e isotérmica El porcentaje de metal recristalizado X. Cinética de recristalización a 155 °C de Aluminio ultrapuro. en consecuencia. Lo cual en muchos casos no ocurre (el crecimiento de los núcleos suele ser selectivo). por ejemplo. que. Suele seguir una ley de tipo sigmoidal: k X 1 e Bt B Falsa cons tan te donde se incluyen Q y T k Cons tan te del material k 3 4 para procesos en 3 dim ensiones k 1 2 para procesos en 2 dim ensiones Ecuación de Avrami: Se limita a considerar la recristalización entre el 5% y el 95% de fracción recristalizada (X). aún no recristalizada. En otras ocasiones las desviaciones son debidas a que no se cumplen las hipótesis implícitas en el modelo de recristalización de Avrami. k k k 1 X 1 e Bt 1 X e Bt e Bt 1 X 1 1 k Ln Bt log Ln 1 X log B k log t Y n mX 1 X Las desviaciones reales que a veces se observan respecto a esta ley. aumenta con el tiempo de permanencia (t) a esa temperatura T1. en algunas aleaciones con alta energía de defectos de apilamiento provienen casi siempre de que la fracción de matriz agria. a una temperatura T1 en que resulte posible la recristalización. restaura notablemente por calentamiento y. . en los supuestos anteriores. disminuir la energía libre de superficie). Estructura del grano durante la restauración. . elevando la temperatura. El estado sólido energéticamente más estable correspondería una pieza monocristalina. Figura 1. como puede comprobarse permaneciendo a T1 o. bien. Para el metal en estado sólido. recristalizado a una temperatura T1. Claro está que si se llega a alcanzar la temperatura de fusión resultaría aún más estable el estado fundido. recristalización y crecimiento del grano tal como se muestra de forma esquemática. las juntas de grano tienden a moverse para alcanzar un equilibrio.CRECIMIENTO DEL GRANO RECRISTALIZADO La recristalización finaliza cuando los granos de recristalización primaria entran en contacto unos con otros y la estructura micrográfica aparece constituida solamente por granos regulares sin restos de la matriz agria.Influencia de la temperatura de recocido sobre la resistencia a la tracción y sobre la ductilidad de un latón. hacia granos de gran tamaño: para así aminorar la relación [superficie/volumen] (es decir. la estructura tiende a evolucionar. Se representa el tamaño del grano en función de la temperatura de recocido. Por eso si se eleva la temperatura. o se prolonga la temperatura a la que ha tenido lugar la recristalización primaria. La estructura así obtenida no es estable. De hecho. C y D) crecerán avanzando hacia su centro de curvatura en detrimento de los pequeños (como indica la línea de puntos)(Figura b). (a) Relación entre tensiones superficiales y ángulos. esto se verificaría cuando : senA senB senC TA TB TC es decir . se alcanzaría cuando: T TA T B C . No llegan a alcanzarse los 120° en todos los puntos triples.CRECIMIENTO DEL GRANO RECRISTALIZADO Para cada temperatura del sólido el equilibrio teórico en un punto triple de encuentro de juntas de grano del agregado policristalino. A B C 120º (a) Los granos tenderán. El crecimiento es tanto más factible cuanto mayor sea la diferencia entre los distintos tamaños de grano. por tanto. a una temperatura dada el crecimiento de tamaño promedio de grano no tiene lugar indefinidamente. Al elevar la temperatura y favorecer nuevamente la movilidad de las juntas de grano estos tienden hacia otro equilibrio y el tamaño de grano promedio crece. habitualmente. Los granos cuya superficie externa es pequeña (granos finos) tienden a desaparecer a expensas de los granos grandes. desapareciendo al final los granos pequeños F y G. B. . un tamaño de grano estable al cabo del tiempo. (b) Esquema (Chalmers) de la desaparición de los granos F y G por avance hacia el interior de los puntos de grano. A temperaturas aptas para que las juntas de los granos recristalizados puedan moverse. El proceso se va produciendo en varias fases hasta dar la junta de grano final (línea de puntos). los granos grandes (A. pero. a un equilibrio por desplazamiento de juntas de grano. para cada temperatura se obtiene. Son fuente de dificultad de difusión o desplazamiento de átomos . (a). esto haría seguir la línea verde. que impiden la movilidad de éstas y frenan el crecimiento de grano.. Gráfico de la evolución del tamaño de los granos.1 mm) que tiene granos pequeños que tienden a crecer.En una chapa fina (0.. pudiendo de este modo empezar a crecer los granos. (b).Átomos en solución sólida. lo hacen hasta un tamaño de grano igual a 2 o 3 veces el espesor de la chapa. El crecimiento continuo sigue la ley: 1/ n D 1/ n D 0 Kt D 0 Tamaño de grano inicial promedio D Tamaño de grano promedio Diversos factores pueden inhibir el crecimiento continuo de un grano de un metal policristalino no agrio (hay varios modos de crecimiento discontinuo y es debido a diferentes causas). . empezamos a disolver los precipitados que van desapareciendo. se inhibe este y alcanzada la temperatura de desaparición de los precipitados.-Elementos precipitados: de gran finura que detienen a modo de alfileres (pinning) el avance de juntas de grano. Por tanto. Si alcanzamos una temperatura T* TDISOLUCIÓN PRECIPITADOS. segregados hacia las juntas.CRECIMIENTO DEL GRANO RECRISTALIZADO Burke y Tumbull determinaron los modos de crecimiento dándoles un valor y una expresión. hay un crecimiento de la junta de grano hasta alcanzar el equilibrio. por tanto para darse la energía que permita el movimiento hay que alcanzar una determinada temperatura T* (de ahí el tramo horizontal). (c). . especialmente cuando se trata de metales cúbicos FCC con baja energía de apilamiento ( SFE) (cobre. Es por esto que el Cu presenta un gran número de maclas. En cambio. ( SFE). En estos materiales la energía interfacial de una macla (que en realidad es una subjunta coherente en el interior del grano cristalino) es del orden del 5 % de la energía interfacial de una junta de grano [En el Cu. en el interior de los granos recristalizados. pueden formarse MACLAS DE ORIGEN TÉRMICO. superior al Al. ya que consumen parte de la energía de crecimiento (restan energía a la junta de grano para crecer porque consumen energía del crecimiento) Por ello se forman juntas de macla en vez de disminuir el área total de juntas de grano por crecimiento de éstos. durante el crecimiento estos granos de recristalización primaria. una macla necesita un 5 % de la energía disponible para el crecimiento]. aceros austeníticos). la energía interfacial de macla es del orden del 20 % de la energía interfacial de junta: por ello estas maclas de recocido son muy poco frecuentes.En ocasiones. que presenta pocas Precipitación coherente Se dice que son subjuntas coherentes. latones alfa. porque los planos cristalinos tienen continuidad a un lado y otro de la macla Precipitación incoherente . cuproníqueles.(d). Al aparecer las maclas aminoran la velocidad de crecimiento de grano. bronces alfa. en metales con alta energía de apilamiento ( SFE) como el aluminio. de ahí que los gráficos sean dos. Procedemos a continuación con una laminación en frío y tomamos un disco tallado donde marcamos la dirección de laminación en frio (DLF) y la perpendicular. obteniendo bobina. La tracción se aplica a la probeta y la embutición al disco. obtenemos un gráfico. puede aparecer a 90º o 45º. ya que no tenemos que desechar nada de ese metal) Si a la misma chapa le tallamos una probeta de tracción y estudiamos la carga de rotura (Rm) y el alargamiento total a rotura (AT). ya que no vale para nada. Hacemos dos ensayos por chapa: tracción y embutición. Al estudiarla podemos definir el coeficiente de orejas: C2 H 45 H 90 H 45 H 90 El pico de la oreja. como casos extremos. luego los casos posibles son: - H45 > H90 C>0 H90 > H45 C<0 H45 = H90 C=0 La parte por encima del valle más profunda hay que cortarla. . luego el rendimiento metálico es mayor cuando C=0 (la producción industrial se ve favorecida. A partir del disco tallado se realiza una copa de embutición (como la de la figura).RECOCIDOS DE RESTAURACIÓN Supongamos que partimos de un aluminio comercial obtenido por colada continua y laminación en caliente. la cual tiene “orejas” de embutición. . alargamiento y coeficiente C para distintas reducciones en frío de aluminio recristalizado.Vamos construyendo una curva por puntos ensayando diferentes chapas y discos con una reducción de espesor. alargamiento y coeficiente C tras diversos recocidos de Aluminio duro. que no tiene aplicación industrial. a partir de el la chapa se rompe. Se ensaya como antes dando otro grafico. H 45 H 90 C2 H 45 H 90 Tomamos de nuevo chapas y aplicamos aumentos de temperatura (T). Durante la restauración y a partir de la recristalización manda la textura en frío. . denominada “piel de naranja”. Hay un punto donde ambas se equilibran. Si los granos fuesen groseros. La textura es un balance de textura de deformación en caliente. 100(E-e)/e (%) variable hasta agotar las posibilidades de laminación en frio (el material se rompe y ya no se puede reducir más su espesor). al traccionar se producen irregularidades en el relieve superficial. que es el representado en la figura a la derecha. que genera textura con orejas a 90º y textura de deformación en frío que las genera a 45 º. (b) Resistencia. DF = Limite de laminación en frío. con tendencia a la inversión a medida que recristalizamos (a) Resistencia. . .Estado duro: corresponde con el valor de RF. mejores alargamientos. reduciendo en frío hasta DF y con un posterior recocido de recristalización parcial hasta la temperatura Te . en ese Aluminio.Estado medio-duro: es la mitad del segmento anterior del estado duro DF Te (c). ya que se obtienen mayores alargamientos totales. Los recocidos de restauración plena permiten toda una gama de propiedades intermedias entre las del estado duro y las del estado plenamente recristalizado. La textura del segundo caso resulta menos pronunciada que en el primero. En los dos casos anteriores la resistencia mecánica a tracción de una y otra chapa resultan iguales. El esquema de la figura permite anticipar que. (b). La otra. puede lograrse el estado "1/4 duro" —de resistencia Rc— de dos maneras diferentes. medioduro y cuartoduro RF DC (a). Tampoco se podría para el disco. Con estos recocidos se consiguen.. que nos da un alargamiento.Estado cuarto-duro: es la cuarta parte de ese segmento. mejores rendimientos metálicos (menor valor del coeficiente de orejas (C). Una de ellas por reducción en frío hasta DC . Es mejor proceder por el segundo caso.RECOCIDOS DE RESTAURACIÓN A partir del diagrama se pueden definir unos estados: duro.. para el mismo nivel de resistencia. Pero no ocurre lo mismo con el alargamiento y la textura. tal que no se puede deformar mas. ya que al superar DF la pieza rajaría. El alargamiento a tracción resulta mayor en el segundo caso que en el primero. porque se agrietaría. con aptitud para poligonizar.—. partiendo del deformado en frío.Recristalización parcial o incompleta Restauración plena En este recocido se procura que el material agrio restaure plenamente. Estas aleaciones. sólo poligonaliza Dg (BLC) Dg (Frío) (Dg Dg) Dg (Restaurado) Los metales de baja energía de defectos de apilamiento ( SFE)—tales como el Cobre. Si el tamaño de grano del bruto de laminación en caliente (BLC) es grande. pero que no recristalice ni parcial ni totalmente. Si se aplica una restauración el tamaño de grano no varia. el tamaño del grano deformado en frío sigue siendo grande. sin recristalizar. mantienen la textura del estado agrio. Propiamente es éste el tratamiento denominado recocido de restauración. no ablandan apreciablemente durante la restauración y requieren siempre recocidos de recristalización para disminuir su dureza. etc.RECOCIDOS DE RESTAURACIÓN Se definen dos tipos de recocidos de restauración y que son aplicables al aluminio comercial . no "poligonizan". aceros austeniticos. Los granos son alargados y con elevada ρ┴ (estructura agria) poligonalizan.Restauración plena . Niquel. Admiten este tipo de recocido de restauración la ferrita y las aleaciones cúbicas de caras centradas y alta energía de defectos de apilamiento ( SFE) (como ocurre con el Aluminio y sus aleaciones). Las chapas plenamente restauradas. Tomamos el recocido de restauración para el caso del aluminio comercial. Cu Al . tienen notables posibilidades de ablandamiento de la estructura agria antes de que se inicie la recristalización. estaría incapacitado el material para fabricar latas de 0. Este tratamiento térmico es el de la figura. Para restaurar se ve que el tiempo de permanencia a la temperatura T1 es demasiado grande. C>0.5 litros. lo que repercute en la baja productividad industrial. |C| ). .RECOCIDOS DE RESTAURACIÓN La textura del restaurado es de frío (C0. por ejemplo. que da un bajo rendimiento metálico y además un alargamiento menor. una cierta fracción del material recristalice. no hay que despuntar porque no hay casi orejas. si se realiza adecuadamente. posteriormente. además. Se trata de lograr una estructura constituida por METAL TOTALMENTE RESTAURADO Y PARCIALMENTE RECRISTALIZADO. C0 (alto rendimiento metálico. pero se procura que. En este recocido. Por esto no hay efecto de piel de naranja. .RECOCIDOS DE RESTAURACIÓN Recristalización parcial o incompleta En este tipo de recocido la restauración también es plena. por efecto de los granos recristalizados. AT es mayor por lo que podríamos estirar más (latas de más capacidad). se logra compensar la textura agria y la recristalizada. Generalmente todas las aleaciones agrias admiten recocidos de recristalización parcial. D g f vrec d rex 1 f vrec d no rex ' d rex Tamaño promedio del material recristalizado f vrec Fracción de volumen de material recristalizado Como resultado se obtiene un tamaño de grano más fino que el que teníamos en frío. Con ello se obtiene un comportamiento más isótropo durante los conformados a que. pueda ser sometida la chapa. lógicamente. Pueden también efectuarse.pueden lograrse a temperaturas no altas. a temperaturas próximas a la de recristalización. para que el tiempo de tratamiento sea menor (t ). una alta productividad es un riesgo por la dificultad que conlleva Uno y otro tipo de recocido -de restauración y de recristalización parcial. Restauración plena El problema es alcanzar el punto que intersecta a la línea discontinua (es más fácil acertar a una temperatura. T. en hornos de circulación forzada de aire. con un estricto control del tiempo y de la temperatura. Por tanto.RECOCIDOS DE RESTAURACIÓN Recristalización parcial o incompleta Como t2 la productividad es mayor (Productividad ). pero lo que interesa en una mayor productividad y con ello una temperatura más elevada (T ). y tiene más interés industrial. menor). la productividad es más bien baja. En este caso. con permanencia prolongada a esas temperaturas. Recristalización parcial o incompleta . pues ello es indicativo de un adelgazamiento respecto al ancho. Coeficiente de orejas: R R0º R90º 2 R45º 2 . es necesario determinar R0º (paralela a la dirección de laminación. R mide el adelgazamiento de las chapas.COEFICIENTE DE ANISOTROPÍA Posibilidades de alargamiento de una chapa uniaxial a tracción (en aceros se estudia otro tipo de orejas). DQ ) R 1. respecto a la dirección de laminación. Es mejor que adelgace según el ancho. La probeta la obtenemos de una dirección paralela a la de la laminación (DL).2 Calidad de embutición (Drawing quality . R90º (perpendicular a la dirección de laminación. Coeficiente de anisotropía de Lankford: Ln 0 f ( Deformación según ancho) R t ( Deformación según espesor ) t Ln 0 tf w t Deseamos que w y t .7 Calidad de embutición profunda (Deep drawing quality . Coeficiente promedio de anisotropía de Lankford: R PROMEDIO R0º R90º 2 R45º 4 R 0. CQ) R 0. EDDQ) Convienen valores de R cuanto más grandes mejor.8 1.2 1. DL) y R45 R135 . de ahí que se defina un valor de R promedio para el disco. En tracción aparece un adelgazamiento según el ancho y según el espesor. DL). Un disco tiene todas las direcciones de laminación.8 Calidad comercial (Comercial quality. DDQ ) R 2 Calidad de embutición extraprofunda (Extra d eep drawing quality. Para obtener R promedio. Efecto de los parámetros del procesado en el valor del coeficiente de anisotropía de Lankford (R).0218). Un elevado valor del coeficiente de anisotropía de Lankford (R) esta asociado con estructuras paralelas al plano de laminación { R I{111} // Plano laminación}. como los casos %C<0.. Desde el inicio estamos trabajando con chapas de acero ferritico [El Fe() tiene elevada energía de defectos de apilamiento ( SFE). donde además de las curvas en C del 1% y 100 % de recristalización también aparecen las líneas de precipitación del AlN.Recocido en campanas (BAF). que como puede observarse están adelantadas. luego poligonaliza]. Para lo cual hay dos posibilidades: (a). consiguiéndose de ese modo un valor elevado del coeficiente R de anisotropía de Lankford (R ) Este recocido en campana es de baja productividad . como ocurre para los aceros ferríticos. Durante esa recristalización los Nss y Alss se adelantan a la recristalización precipitando como AlN entre el 1% X y el 99 %X. lo que inhibe la textura {100} y favorece que los granos recristalizados lo hagan con la textura {111}. recocido discontinuo (batch) El recocido en campanas consiste en un calentamiento subcritico muy lento en atmosfera controlada como se muestra en la figura. Hay que recristalizar a T<A1 (Hay zonas donde A1 no es constante. se coloca sobre ella otra de refrigeración. se retiran ambas campanas y. posteriormente. sin quitar la campana interior. . Sobre esta campana se coloca otra que es el horno propiamente dicho.En este proceso las bobinas de chapa se apilan cubriéndolas con una campana metálica en cuyo interior se introduce un gas inerte para evitar la oxidación. las bobinas terminan su enfriamiento en una nave con atmósfera controlada. Una vez enfriada la carga de bobinas. Terminado el período de calentamiento se retira el horno y. lo que dará un tamaño de grano fino. (b). sino un contenido superior.. por tanto. luego a temperatura ambiente no obtendremos un 0. el Css tras el overaging es bajo. que supone un gran springback. se deduce la mayor productividad industrial del recocido en continuo. . que comparándolo con los días que tarda el recocido en campana. que con el envejecimiento se saca el C. Para evitar el tamaño de grano fino: La temperatura de bobinado no se puede variar.Efecto de los parámetros del procesado en el valor del coeficiente de anisotropía de Lankford (R).Recocido en continuo (CAPL=Continious annealing process line) En campanas (BAF) hablábamos de RF de 60-80 % para que R. luego es necesario mantener la temperatura. Un enfriamiento rápido no seguirá el diagrama de equilibrio. no hay tiempo a restaurar.57 ASTM (992 granos/mm2 30-25 m cada grano)] Respecto al tratamiento a seguir se detalla en la figura A la vista del grafico. de tal manera que la única solución para tener un tamaño de grano grande (d ) es emplear ciclos subcríticos (T<A1). lo más cercanos a A1 posible [el tamaño de grano con el que se comercializa es 6. El enfriamiento rápido sobresatura en C. esto daría un tamaño de grano muy pequeño (d ). dando así un valor similar al que daría el equilibrio. El proceso completo se realiza en 3.008 % (8 ppm). debido a la alta velocidad de calentamiento. 3.5 minutos. pero precipitaría AlN..Enfriamiento rápido: dará una sobresaturación en C. pues una mayor temperatura (T ) daría un tamaño de grano mayor (d ). a partir de determinada deformación. a temperatura TH adecuada. Es decir.DEFORMACION A ALTA TEMPERATURA (EN CALIENTE) Cuando un material metálico. es conformado en caliente. el material se deforma plásticamente sin adquirir acritud.que al aplicar una tensión constante. Generalmente se alcanza un equilibrio en aquella competición entre acritud y restauración o recristalización dinámicas: se logra un régimen de equilibrio tal . se producen de forma simultánea un endurecimiento por deformación y un ablandamiento del material deformado. antagónicos de creación y eliminación de defectos cristalinos: • la acritud conferida durante esa deformación • La restauración dinámica de la estructura (o su recristalización dinámica) a la temperatura del conformado. Ello posibilita -con menores tensiones que para deformar en frío. compiten simultáneamente dos mecanismos. de estructura recristalizada.en caliente que en frío. y más dúctil . el material resulta menos resistente. . En definitiva.lograr grandes deformaciones sin que el material se agriete. para obtener ampliamente mejoras de ductilidad. A T/Tm0. con lo cual se cancelarían. aumentando la posibilidad de encontrarse dos defectos opuestos. Solamente por encima de la temperatura 0.TE ( siendo TE la temperatura de fusión del material). C=K (b).25 3.DEFORMACION A ALTA TEMPERATURA (EN CALIENTE) GENERALIDADES 1. . m (Coeficiente de velocidad de deformación) 0 Por tanto. sino de la velocidad con que esta se produce (d/dt) H ( Def cal ) C Hasta T/Tm = 0.5TE (se produce en ausencia de gradientes de concentración). En caliente durante la deformación se da simultáneamente al endurecimiento.. curva superior) son blandos y . una difusión de defectos que permiten que las juntas trepen.Mientras que en frío la deformación confiere acritud. luego en materiales en caliente (salvo los ultrarresistentes a alta temperatura. En definitiva. m va creciendo y depende del material. la tensión aplicada es pequeña.-La ley de Ludwick-Hollomon es diferente para la deformación en frío y en caliente: n C (a).. m 2.5.75TE. debe ser tal que TH(K)>0. por tanto.Deformación en frío: m=0.La tensión aplicada en caliente es menor que la que se aplicaría en frío para dar la misma deformación. cross slip). fáciles de conformar. En la deformación en frío se apilan los defectos creando campos de retrotensión.5. n0. m en caliente toma valores entre 0. en caliente la tensión dada por la ecuación de Ludwick-Hollomon no depende de la deformación m sufrida por el material.Deformación en caliente: n≈0.10 y 0.75..-La temperatura TH a que debe realizarse la deformación "en caliente". m apenas interviene (tramo pseudo horizontal). como se puede observar en el gráfico. 4. el material resulta menos resistente y más dúctil en caliente que en frío.Es una difusión que hace que el material pueda restaurar o recristalizar.TE puede tener lugar la autodifusión T=0. A partir de ahí para valores creciente de T. y que posibilita la difusión de vacantes y el movimiento de dislocaciones (trepado. Ello posibilita -con menores tensiones que para deformar en fríolograr grandes deformaciones sin que el material se agriete. en caliente hay posibilidad de que ablande.. Restauran dinámicamente durante la deformación en caliente. sucede en la zona de deformación y cuando es estática en la zona de salida . de alta energía de defectos de apilamiento ( SFE).DEFORMACION A ALTA TEMPERATURA (EN CALIENTE) Los metales y aleaciones con estructura cúbica centrada en las caras. Para la extrusión en caliente (GRAN VELOCIDAD DEFORMACIÓN ) primero se produce una restauración dinámica durante la deformación y. Ello no impide que. pueda producirse una recristalización estática estática entre pasadas o al final de la conformación en caliente Restauran tanto más cuanto mayor sea la deformación que se introduce Granos alargados similares a los agrios de tamaño d -1 Figura 1. La chapa así laminada tendrá granos alargados con morfología similar a granos agrios. pero no suelen llegar a recristalizar dinámicamente. resultando una estructura del perfil extruído de granos equiáxicos ( en una pasada de reducción elevada velocidad de deformación). se indica que esta energía de defectos de apilamiento (a) Extrusión. como el aluminio. Para la laminación en caliente (reducción de área o espesor de pequeña cuantía menor velocidad de deformación que en la extrusión) primero se produce una restauración dinámica durante la deformación y una restauración estática después de la deformación. CON ALTA ENERGÍA DE DEFECTOS DE APILAMIENTO ( SFE) . La recristalización dinámica durante la deformación en caliente suele producirse solamente en aleaciones de baja energía de defectos de apilamiento ( SFE) para grandes velocidades de deformación. aunque en su interior podrá apreciarse (por microscopía electrónica) la existencia de granos equiáxicos. (b) Laminación. a restaurar ampliamente por activación térmica. después. Deformación a alta temperatura de metales con alta Cuando se hace referencia a restauración dinámica. son propensos a perder acritud por poligonización y. Figura 1 comportamiento a la deformación en caliente de los metales o aleaciones. una recristalización estática. por tanto. posteriormente. Fe. …. se produce recristalización dinámica (para grandes velocidades de deformación) durante la deformación. En la laminación en caliente se produce restauración dinámica durante la deformación y recristalización estática poco después de la deformación.(a) Extrusión (b) Laminación.Deformación a alta temperatura de metales con baja energía de defectos de apilamiento (Jonas). Además de la restauración dinámica.. ( SFE) . seguida de recristalización estática.DEFORMACION A ALTA TEMPERATURA (EN CALIENTE) En metales y aleaciones con baja energía de defectos de apilamiento ( SFE) su comportamiento a extrusión en caliente difiere de los/las de alta energía (Figura 2). con lo que esa chapa tendría una estructura de granos equiáxicos regulares. ( SFE) Figura 2. 6 y 0. Se admite que el valor del diámetro d (en m) viene determinado por la igualdad: 1 a b log( Z ) d a y b: dos constantes empíricas del material (por ejemplo. para el Aluminio puro iguales a -0. si se emplea la misma velocidad de deformación d/dt.8 respectivamente) T=Temperatura R=Constante universal de los gases Q Q= Energía de activación para la difusión Z e RT Z = Parámetro de Zener-Hollomon.DEFORMACION A ALTA TEMPERATURA (EN CALIENTE) El diámetro medio de los subgranos disminuye con la temperatura de deformación. cualquiera que sea la temperatura T (por ejemplo. Velocidad de deformación ( s 1 ) En resumen: Se alargan los granosρ┴ Las dislocaciones se reorganizan dando subgranos de tamaño d-1 Se cancelan por restauración Recristaliza dando dgrano fino para la extrusión . la misma velocidad de laminación para pasar de un espesor E a otro e). Z e Qdef Qautodifusión RTdef Acero inoxidable ferrítico T def (d/dt) Z (i). T T movilidad de defectos capacidad de ablandamiento T difusividad movilidad atómica ablandamiento curvas bajas Curvas Z. A partir de ss un mismo valor de tensión. puede producir muchos valores de debido al ablandamiento dinámico por restauración. cuesta más deformar. En este caso.*< 2<ss: Hay ablandamiento por restauración dinámica (formación de subgranos relacionados con Z) y el material sigue el ablandamiento por restauración estatica y puede que por recristalización estática (iii). el nivel de es independiente del nivel de dado al material.. T = 917 ºC Curvas (d/dt). por tanto valores altos indican curvas altas y valores bajos. Al mantener la velocidad de deformación y aumentar la temperatura T (T2>T1). Si Z aumenta ( Z). pero si restaurará estáticamente. Los ablandamientos estáticos son la restauración y recristalización estática Restauración dinámica (Urcola).1<*: el material no ablanda por restauración dinámica. (ii).COMPORTAMIENTO EN CALIENTE DE METALES Y ALEACIONES (Curvas σ- ) Materiales con alta energía de defectos de apilamiento ( SFE) . sin recristalizar estáticamente. Antes de alcanzar el régimen estacionario se observa un régimen transitorio durante el cual la tensión σ aumenta rápidamente por acritud..2. la curva se situa por debajo (el material ablanda con la temperatura). . que hablan del nivel de las curvas (altura de ellas).3>ss: Lo mismo que antes pero seguro que hay recristalización estática. Si mantenemos la temperatura y (d/dt)2 > (d/dt)1 . la curva asciende. n. igual a cero)— cuando la deformación plástica supera aproximadamente 0.. . no depende de puesto que 1 y 2 necesitan el mismo valor de la tensión. como el Al y el Fe Se alcanza un régimen estacionario para σ —por equilibrio entre endurecimiento y ablandamiento (con valor del coeficiente de acritud. curvas bajas. 76Tf).25% C deformado en estado austenítico a 1100 °C (0. r< <0.8p: al superar r se alcanza un número crítico de defectos que nos da una restauración dinámica pero débil. conforme deformamos más. luego al igual que los materiales con alta energía de defectos de apilamiento ( SFE). Para altos valores de (d/dt) se ve la forma típica de la recristalización dinámica: después de un pico correspondiente al régimen transitorio se observa una caída de la tensión o ablandamiento producido por el comienzo de la recristalización dinámica.. Las curvas están más altas cuando el material es más duro... el material no ablanda dinámicamente.8p< < ss: sucederá una restauración dinámica débil si se compara con la recristalización dinámica (iniciada cuando = 0. En general.COMPORTAMIENTO EN CALIENTE DE METALES Y ALEACIONES Materiales con baja energía de defectos de apilamiento ( SFE) Cuando hay recristalización dinámica.8p.8p).Zona final <r : el material se endurece por deformación en caliente. las curvas ascienden cuando aumenta la velocidad de deformación y baja la temperatura de deformación (Tdef). el aspecto de las curvas σ- resulta diferente.Zona donde se sigue la ley de endurecimiento 2.Zona de ablandamiento por recristalización dinámica 3. predominará el endurecimiento por deformación. La figura 1 ilustra las curvas en un acero de 0. 1100 °C En la curva se distinguen varios dominios: 1. seguido de una tensión estacionaria resultado de la continua recristalización dinámica. Esta recristalización dinámica para > 0. Figura 1. 0. mayor es ablandamiento..Recristalización dinámica (Jonas) . que la velocidad de deformación viene determinada por la difusión de materia. propuesta por Ludwik Para cualquier aleación metalica monofásica. por tanto. (ley de comportamiento). la velocidad de difusión de un líquido en otro. para deformación a altas temperaturas y tamaños de grano superiores a 1 micra. la deformación en frío de un material metálico depende solamente de la acritud. no depende de (d/dt). puesto que A. y suele ajustarse a la relación = Kn. depende de la temperatura T y de la velocidad de deformación (d/dt) —para una temperatura dada. se llama ley de comportamiento. que para la deformación por creep. la de nucleación durante una solidificación .ECUACIONES QUE DESCRIBEN LOS PROCESOS DE RECRISTALIZACIÓN Y ABLANDAMIENTO (LEY DE COMPORTAMIENTO) En el conformado en caliente la dependencia de entre . responde a la relación: A sh e k Qdef RTdef (1) A y = Constantes del material k = Constante próxima a 5 para la mayor parte de los metales Z Qdef = Energía de activación para restauración dinámica Z = Parámetro de Zener-Hollomon A diferencia de la conformación a elevada temperatura. Nótese. en función de la temperatura (para tensión de fluencia constante 1) . que para cada tensión de fluencia aplicada. la de corrosión. y (d/dt). T. el valor de σ es tanto mayor cuanto mayor sea la (d/dt) requerida— pero no depende del grado de reducción (siempre y cuando se haya sobrepasado una cierta deformación umbral crítica). d/dt. es universal: sirve lo mismo para el conformado en caliente. o lo que es lo mismo. como por ejemplo. σ. Conviene subrayar que la ley de comportamiento [Ecuación (1)]. aunque ambos procesos difieren entre sí por las tensiones a aplicar y los mecanismos de deformación Velocidad de deformación. la de oxidación de un metal. y k son constantes. porque en el otro término se contempla cuanto de duro o blando es el material (). etc. La ley de comportamiento en frío es del tipo = f (). es independiente del tiempo. que se pueden controlar temperatura y velocidad de deformación y se denomina ecuación constitutiva del material. porque en uno de los términos aparecen las variables ingenieriles . la velocidad de deformación se incrementa Qdef exponencialmente con la temperatura: (Cte)e RTdef La velocidad de deformación sigue la ley de Arrhenius al igual que ocurre en otros casos. En la ley de comportamiento en caliente subyace. Obsérvese que para cada material metálico la tensión de fluencia en caliente. también. ECUACIONES QUE DESCRIBEN LOS PROCESOS DE RECRISTALIZACIÓN Y ABLANDAMIENTO (LEY DE COMPORTAMIENTO) Nota: En caliente: 1 h0 dh 1 dh d d h Ln Velocidad de conformado dt dt h0 h dt h dt h0 d f f dt no es función de Para diámetros de grano muy finos y comportamiento superplástico m igual al 1 . La ley de comportamiento es del tipo: A d e 2 Q RT Nos vamos a centrar en dos procesos: conformado industrial y fluencia “creep” . del diámetro de grano d. el valor de a depende. además. 75TE produce grandes deformaciones (e entre 0. entonces: >1. Ello requiere aplicar una tensión de fluencia acorde con la ley de comportamiento. realizado a temperaturas superiores a 0.5 y 5) a velocidades de deformación (d/dt) comprendidas entre 10-2 y 103 s-1.1. Qdef A sh e k RTdef Z Cuando la tensión aplicada es elevada. . quedando: ex shx ( x ) 2 Por tanto: A k A k k A sh k e k e Be 2 2 Be Z Ley exponencial de la deformación en caliente o en función de la velocidad de deformación Be Qdef e RTdef Ley exponencial de la deformación en caliente Se denomina "conformado o deformación en caliente" aquel que. con el fin de aumentar la productividad. con lo cual se puede despreciar el segundo término respecto al primero. las tensiones aplicadas son elevadas (20-100 MPa) y las velocidades de deformación (d/dt) también lo son (5 s-1 – 150 s-1 ).-CONFORMADO INDUSTRIAL En el conformado industrial en caliente.2 e x e x shx ( x ) 2 Cuando se tiene que: ex y e-x . La solidificación suele ser dendritica con defectos de microrrechupe.. En laminación el material debe tener buena calidad... superado el valor de pico (P) alargar más no cuesta más esfuerzo.En caliente. Inconvenientes de la deformación en caliente: 1. Alargamientos 25 veces más en caliente que en frío (la ductilidad total es mucho mayor. ya que al aumentar la temperatura. En caliente es difícil controlar las tolerancias dimensionales (figura) 3.La rugosidad superficial puede ser mala. Ra (Rugosidad media) 2. luego a altas temperaturas pueden soldarse de manera perfecta.7 % y además esta perdida no es homogénea (da aspecto de cráteres) . por lo tanto el nivel de tension () de la deformación en caliente es independiente de .La planicidad del material es mala. 2. macrorecchupe. T ). microsegregción y macrosegregación.El volumen total en peso de lo que se pierde por oxidación es del 0..Tredundante: FR (fuerza de rozamiento) 5. la oxidación superficial es mayor (la oxidación es un proceso difusional que depende de la temperatura) T Oxidación superficial RT (Rugosidad total).-CONFORMADO INDUSTRIAL Ventajas e inconvenientes de la deformación en frío respecto a la deformación en caliente y viceversa: Ventajas de la deformación en caliente : 1...Para una deformación dada () las tensiones de deformación promedio son pequeñas ( def ).Baja tolerancia dimensional.En caliente deformamos TC = (20-25)TF (frío).1.. 3. 4.6-0. 4. El microrrechupe es un hueco con superficies limpias.. El macrorecchupe no se puede eliminar pero se aminora.. máquinas de vapor.5TE suele ser inviable porque sometidos a cargas inferiores a su límite elástico.4-0. se ha encontrado que la fluencia comienza cuando: T> (0. las cargas que no provocan deformación permanente a temperatura ambiente sí pueden producir fluencia en los materiales. La deformación. en lugar de depender sólo de la tensión. Con carácter general. A temperatura ambiente. La fluencia es una lenta y continua deformación con el tiempo.2. se deforman plástica e intergranularmente. La temperatura a la cual los materiales experimentan fluencia depende de su punto de fusión.…— funcionan a temperaturas mucho más altas que la temperatura ambiente. reactores. la deformación de la mayoría de los metales y cerámicos depende de la tensión y. a efectos prácticos.5)TM para cerámicos donde TM es la temperatura de fusión en Kelvin.-FLUENCIA O “CREEP” Muchas estructuras —especialmente aquellas relacionadas con la energía. . como turbinas.3-0. t. pasa a depender ahora del tiempo y de la temperatura: = f (σ. que en castellano se denomina fluencia. T)sólido deformándose por fluencia(Comportamiento a alta temperatura) Fluencia: Proceso de deformación en caliente no deseado La utilización industrial de los materiales metálicos a temperatura superior a 0. plantas químicas. Este tipo de deformación. se conoce internacionalmente con el nombre de creep.4)TM para metales T> (0. es independiente del tiempo: = f (σ) sólido elástico/plástico (Comportamiento a baja temperatura) A medida que aumenta la temperatura. 6)Tf (temperatura equicohesiva) la resistencia mecánica de las juntas de grano es menor que la del interior de los granos (contrariamente a lo que ocurre a temperaturas inferiores a la equicohesiva).. transcristalina. Al observar la microestructura se aprecia que el interior de los granos no presenta deformación y que la rotura es intergranular (rotura por creep).-FLUENCIA O “CREEP” La figura 1 corresponde a la relación entre carga y tiempo de rotura para el aluminio de pureza 99. Por ello.Rotura por creep: tensiones y tiempos de rotura (De la Torre). Los ensayos en la zona de menor pendiente presentan roturas con deformación previa.3 %. Para temperaturas superiores a (0. se advierte que la rotura se produce al cabo de mayor tiempo y con menores alargamientos. Figura 1. Para cada temperatura puede observarse una línea quebrada formada por dos tramos de distinta pendiente. correspondiente a menores cargas aplicadas. (Sobre las curvas figuran los alargamientos a rotura). aunque resulte insuficiente para producir una deformación en el interior de los granos por deslizamiento y cross-slip de dislocaciones. ensayado a diversas temperaturas. puede. en la zona de mayor pendiente. sin embargo.5-0. En cambio. aplicando una tensión pequeña. por deslizamiento de juntas de grano . producirse una deformación intergranular.2. en el interior de los granos. FRACTURA TRANSGRANULAR LAS GRIETAS SE PROPAGAN CORTANDO LOS GRANOS . FRACTURA INTERGRANULAR LAS GRIETAS SE PROPAGAN A LO LARGO DE LAS FRONTERAS DE GRANO . si se considera parametrizable. (b) Tensión () frente al tiempo (t). stress-rupture – S/R-) (a). se obtiene como suma de tres regímenes: 0 t 1 e rt ss t Curva derivada a T=T1 Industrialmente interesa como y cual es la curva derivada de la /t.2.Curva: Deformación () frente al tiempo (t). el propio peso. Si hubiéramos tomado temperatura constante y tensiones crecientes.…). los gráficos que se obtendríamos serían homólogos El creep.-FLUENCIA O “CREEP” Interesa el estudio de dos curvas: (a) Deformación () frente al tiempo (t).. . presión en el interior de una tubería. es decir la referente a la velocidad de deformación. (Tensión-rotura. El gráfico es específico para tensión constante ( = Cte. Proceso dominante a baja temperatura (T10. Es un período donde participan las fases instantánea y transitoria. Caso típico del Pb a temperatura ambiente • II.. II SS III.Fluencia secundaria o estacionaria • • Coexisten los regímenes instantáneo y viscoso.Fluencia terciaria • • • Aumenta la velocidad de deformación Su duración es corta (tIII ) Coexiste el transitorio con el viscoso (t+v) .2. tIII) Es el periodo de más interés ingenieril por determinar una ley de comportamiento. Por difusión de lagunas y por climbing de dislocaciones va teniendo lugar una restauración o relleno de pequeñas oquedades... Comienza la formación de cavidades pero no se produce una descohesión permanente.3TE).Fluencia primaria • • La velocidad de deformación disminuye.-FLUENCIA O “CREEP” I. predominando el viscoso (i+v). La velocidad de deformación es constante • • • Es la etapa más duradera de las tres (tII > tI. donde la que domina es la segunda (i+t). 8 Luego: A sh e k Qcreep RTcreep Z e x e x x3 x5 shx x . Partiendo de la ecuación: σCreep « σlaminación. forja σCreep σ<0. de donde: [-Q/RT] = Cte exp[-Q/RT] = Cte=K2 K1K 2 k C k ( Ley potencial del creep para T Cte ) ... ( x ) 2 3! 5! A sh A A k k Sustituyendo: k Qcreep A k k e RTcreep x shx≈x k Z o bien (Ak=Cte=K1): Q creep RT creep k K1 e ( Ley del creep ) Tomamos un caso particular: T=Cte.Ley de comportamiento del creep. el efecto obstructor de los obstáculos (por ejemplo átomos de solutos disueltos. más dislocaciones serán desbloqueadas por segundo. La difusión atómica puede "desbloquear" las dislocaciones de sus obstáculos. más dislocaciones se deslizarán por segundo y mayor será la velocidad de deformación. el deslizamiento puede continuar (Figura 3) hasta el siguiente obstáculo. eliminando átomo a átomo el semiplano atómico extra hasta que pueda superar al precipitado. Este proceso es el "trepado" y.-la resistencia intrínseca de la red cristalina (b). El mecanismo de trepado desbloquea las dislocaciones sujetas por precipitados. como solutos u otras dislocaciones. y el movimiento de las dislocaciones desbloqueadas bajo una tensión aplicada es lo que origina la fluencia plástica. superados éstos. pero la dislocación puede moverse hacia arriba si los átomos de la parte inferior del semiplano son capaces de difundir hacia fuera (Figura 2). Para otros obstáculos. Esto explica la naturaleza progresiva y continua de la fluencia y el papel de la difusión. que empuja a la dislocación hacia fuera de su plano de deslizamiento. La fuerza de deslizamiento b por unidad de longitud está compensada por la fuerza de reacción f0 del precipitado. repitiéndose otra vez el ciclo completo. aparece una componente de la fuerza btan(θ). K1 k e Q RT La dependencia de la velocidad de fluencia con la tensión aplicada σ se debe a la fuerza de trepado: a mayor σ. el mecanismo de desbloqueo es similar.. precipitados formados por átomos de solutos no disueltos u otras dislocaciones). Pero a no ser que la dislocación interaccione con el precipitado en su plano medio (suceso muy improbable). Una fuerza mecánica puede hacer exactamente lo mismo y orientar la difusión de los átomos fuera de la dislocación "sometida a carga".Mecanismo de fluencia plástica (regida por la ley de potencias) La tensión requerida para deformar plásticamente un material cristalino es la necesaria para mover las dislocaciones contenidas en el cristal. Figura 2 Figura 3 . sólo puede ocurrir a temperaturas elevadas. Figura 1 ¿Cómo ocurre el desbloqueo? La figura 1 muestra una dislocación que no puede deslizarse porque un precipitado bloquea su trayectoria. La ley de Fick se estableció que la difusión está gobernada por diferencias en concentración. A su movimiento se oponen: (a). mayor será la fuerza de trepado btan(θ). La dislocación no puede deslizar hacia arriba cizallando planos atómicos. puesto que requiere de la difusión. El deslizamiento de los bordes de grano es un mecanismo auxiliar de este proceso para que no se creen huecos entre granos. a temperaturas mayores ( T)manda la difusión en volumen (se agrupan todas las líneas) y a temperaturas inferiores ( T) manda la difusión en juntas de grano (aunque la difusión a través de la superficie es la más rápida. por tanto. donde d es el tamaño de grano (pues cuando d se hace grande. la fluencia no se detiene. La difusión a través de la superficie es la más rápida. un material policristalino puede deformarse mediante el alargamiento de sus granos. La ecuación constitutiva es: D C ' Q RT C 2 2 e d d donde C y C' = CD0 son constantes. pero ahora los átomos difunden entre las caras de los granos cristalinos sin que las dislocaciones se vean implicadas.Mecanismo de fluencia por difusión Q k RT K1 e A tensiones bajas. aquí. Sin embargo. nos centramos en las otras dos) Figura 4 . σ. la difusión en los bordes de grano contribuye significativamente. A valores altos de T/TM. por difusión en volumen. en su lugar aparece un mecanismo alternativo. es decir. proporcional al coeficiente de difusión D y a la tensión σ (porque σ impulsa la difusión en la misma dirección que dc/dx lo hace en la ley de Fick) y la velocidad de fluencia varía con 1/d2. en respuesta a una tensión aplicada. Como se puede observar en la figura 4. cuando la difusión en volumen es baja. σ actúa otra vez como fuerza impulsora mecánica. seguida de la difusión en la junta de grano y la de volumen. aunque la velocidad de fluencia sigue siendo proporcional a σ. Elegida una temperatura T. la velocidad de fluencia disminuye rápidamente (n tiene un valor comprendido entre 3 y 8). La velocidad de fluencia es. Para valores pequeños de T/TM. este proceso de difusión tiene lugar a través de todo el cristal. los átomos tienen que difundir a mayores distancias). .Deslizamiento de juntas de grano o rotación de granos : el hueco aparece en un punto triple. Estos huecos se producen por cizallamiento. ruptura en puntos triples y Progresan las entallas y con eso la rotura (Vhuecos > Vtapones) cavitación. Mecanismo de descohesión intergranular (Dieter): En el límite de las etapas II y III empiezan a dominar los huecos y hasta rotura. La formación de otros huecos de cavitación que se efectua por: (i). (ii).. dañado estructural del material) contrarrestado con una velocidad de tapado de huecos.. La consecuencia es que los microvacíos crecen cada vez más deprisa hasta que la total unión entre ellos produce el colapso. V(Huecos de cavitación) = V(Taponamiento) Los huecos de dañado no progresan son inmediatamente tapados.Mecanismo de fluencia por descohesión intergranular En la etapa II hay una formación de huecos o cavidades denominadas huecos de cavitación (damage. ésta se reparte entre la sección del borde de grano que aún permanece intacta.Cizallamiento de dislocaciones sobre una junta de grano: el hueco aparece en la junta de grano Los microvacíos no pueden soportar/transmitir carga. el daño. mientras que (d/dt) es velocidad]. que se determinan de la misma manera que las constantes de fluencia [los exponentes tienen distinto signo porque tf es tiempo.Durante la fluencia. tf. fallando a deformaciones pequeñas (tan pequeñas como del 1 %). la velocidad de fluencia crece más deprisa que la tensión (Figura 2). tf. es mayor que la vida de diseño (con un factor de seguridad adecuado) .. se acumula. la sección de probeta que soporta la carga disminuye y (a carga constante) la tensión crece. a las cargas y temperaturas de diseño. en forma de defectos y cavidades internas. se expresa mediante una ecuación constitutiva muy similar a la de la fluencia: tf 1 A ' m Q e RT En esta expresión. Puesto que (d/dt) y σn son proporcionales. El tiempo hasta el fallo. La forma de la curva de fluencia en esta etapa (Figura 1) refleja que. a medida que las cavidades crecen. El daño aparece al comienzo de la tercera etapa de la curva de fluencia y aumenta a una velocidad progresivamente creciente. m y Q son las constantes de fallo por fluencia..la deformación de fluencia fldurante la vida de diseño es aceptable (b).la ductilidad de fluencia effl (deformación de rotura) es compatible con la deformación de fluencia aceptable (c)el tiempo hasta el fallo. En diseño a alta temperatura es importante asegurarse de que: (a). A'. En muchas aleaciones de alta resistencia el daño por fluencia aparece muy pronto en la vida de servicio del material. Las curvas S/R son las más usadas para el análisis del creep. Por tanto. . el cambio de pendiente de la recta es debida a los mecanismos de deformación del creep. Si se desea diseñar para una cierta vida a una cierta temperatura. la tensión a aplicar es menor. Rotura de junta de grano por mecanismo de cavitación.Curvas S/R (Tensión-Rotura) Los tiempos hasta el fallo se presentan normalmente en forma de diagramas de fluencia-rotura. se puede averiguar fácilmente la vida del material. Su utilidad es obvia: si se conocen la tensión y la temperatura. Como se puede observar si aumenta la temperatura. Se obtienen ensayando distintas probetas a tracción a distintas temperaturas (A): Roturas transgranulares: roturas con deformación previa en el interior de los granos (B): Roturas intergranulares: la rotura se produce al cabo de mayor tiempo y con menores alargamientos. la tensión de diseño queda determinada. Al observar microestructuras se aprecia que el interior de los granos no presenta deformación y que la rotura es intergranular (roturas por creep). Ventajas e inconvenientes de las curvas S-R y creep. porque apenas se puede parar la central para revisiones. En aeronáutica se admite el 1 % a las 10000 horas (se revisan más) . Las centrales térmicas exigen el comportamiento en creep para el 1 % de deformación a las 100000 horas. Quieren trabajar con esa especificación. ¿Cuándo ocurre el fallo?. (d/dt) = /t. (d/dt)fallo = fallo/tfallo = f/tf El alargamiento al fallo viene definido por la empresa: f(%)< 1 % (como en la aeronáutica). luego f=Cte la fija el comprador C2 . .. Figura 3 . (ii). con el valor de LMP obtenido con el ábaco. luego complementa a este último.Tiempo de trabajo conocido Obtenenos la temperatura de trabajo (Tf) Todo esto se complementa con el ábaco que se detalla en la figura 3 Figura 2 El parametro de Hollomon-Jaffe [ Ablandamiento después de revenido = T(K+logt)] establece el comportamiento del material ante los revenidos.Uso de los ábacos σ-LMP (Larson Miller Parameter) (Figura 1): tienen forma parabólica donde la propia curva también supone un punto de fallo. obtenemos log(tf) y con ello el tiempo de fallo (tf).Temperatura de trabajo conocida. fijando una tensión . se puede obtener: Figura 1 (i). Este parámetro relaciona t-T de manera similar a Larson-Miller. Con cada valor de la presión interior (Pi) se puede obtener una tensión de trabajo (σTra) y con ello cuanto durará a la temperatura de trabajo mediante la ley de Larson-Miller Por tanto. La tensión de trabajo en una tubería es σθ (circunferencial) (Figura 2). produciendo una relajación de la tensión. se estima que σ puede disminuir a la mitad de su valor inicial. el tornillo debería ser reapretado de vez en cuando para evitar fugas de vapor de la turbina. por ejemplo. Para calcular cada cuánto tiempo es necesario reapretar el tornillo. por ejemplo.Relajación por fluencia A desplazamiento constante. tr.Sustitución de la deformación elástica por la deformación de fluencia con el tiempo a alta temperatura La figura 1 muestra cómo la deformación de fluencia reemplaza gradualmente a la deformación elástica inicial σi/E. Obsérvese que sobreapretar el tornillo no ayuda tr n 1 (n 1) BE i mucho porque tr disminuye rápidamente a medida que σi aumenta. Consideremos un bulón roscado que sujeta una pieza rígida de forma que la tensión sobre su longitud es σi. En cualquier instante t: tot = el + fl (1) n Pero: el =σ/E y a temperatura constante: fl B Derivando (1). Si. sustituyendo en la ecuación (3) se obtiene: Los valores experimentales de n. Los tornillos de las carcasas calientes de las turbinas se deben apretar regularmente. A largo plazo. hay que especificar el margen tolerable de disminución de la tensión. la longitud entre las tuercas debe permanecer constante —esto es. la tensión necesaria para producir fluencia también disminuye con el tiempo (a este fenómeno se le denomina relajación de tensión). En esta geometría (Figura). teniendo en cuenta que tot = Cte y sustituyendo valores: Integrando entre σ = σi a t = 0 σ = σ a t = t obtenemos: 1 n 1 1 in1 1 d B n E dt (n 1) BEt (3) (2) Figura 1. σ = σi/2. El tiempo de relajación (que podemos definir arbitrariamente como el tiempo necesario para que la tensión se reduzca a la mitad) se puede calcular a partir de la ley de potencias de la fluencia. a medida que la tensión en el tornillo se relaja. la deformación total tot debe ser constante. Si.. los clips de plástico no son tan eficientes como los de acero porque. se tratara de un perno de la carcasa de un turbogenerador. Pero la deformación de fluencia fl se superpone a la deformación elástica el . . la fuerza con que sujetan el papel va disminuyendo lentamente. A y Q del material del tornillo nos permiten decidir con qué 2n1 1 (4) frecuencia será necesario apretar el tornillo. incluso a temperatura ambiente.
Report "Recristalizacion, Recuperación y Crecimiento Del Grano. Deformacion AltaTemperatura"