Recocido contra acritud Informe de laboratorio N° 1 – Ciencia de Materiales II
UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA “Año de la Integración Integración Nacional y el Reconocimiento de Nuestra Diversidad”
Informe de Laboratorio N° 2 “Recocido de recristalización”
Alumno
Código
Jiménez Valenzuela Nohelia Luz
20120010H
Gregorio Salazar All
20120180K
Firma
Curso: Curso :
Ciencia de los Materiales II
Código: Código :
MC 115
Profesor: Ing. Luciano Zamora Sección: Sección: “A” Fecha de entrega: entrega : 09 de octubre del 2013
2013-II
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Recocido contra acritud Informe de laboratorio N° 1 – Ciencia de Materiales II
OBJETIVO OBJ ETIVO DEL EXPERIMENTO EXPERIMENTO
Observar cómo varían las propiedades mecánicas del metal (Cu) luego de someterlo a un recocido de recristalización recristal ización luego de, previamente, haberlo sometido a un trabajo en frío o deformación plástica.
Conocer los mecanismos de recristalización, las transformaciones que ocurren en las estructuras cristalinas en el metal.
Realizar los
respectivos ensayos
de dureza y
metalografía metalografía
a los
materiales escogidos (Cu) para el trabajo en frío a distintos valores de deformación longitudinal y sometidos posteriormente a recocido.
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FUNDAMENTO TEÓRICO Recocido de recristalización
Recristalización significa volver a cristalizar lo que significa que los átomosen un sistema han perdido su estado de equilibrio. Durante el procesado y fabricación de metales y aleaciones, a veces es necesario tratar térmicamente al material trabajado en frío para ablandarlo y aumentar así su ductilidad y disminuir su acritud. Si la temperatura de tratamiento es lo bastante elevada durante un intervalo de tiempo suficiente, la estructura del metal trabajado en frío pasará a través de una serie de cambios, denominados: a) Recuperación, restauración o alivio de tensiones b) Recristalización c) Crecimiento de grano o coalescencia
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Recuperación
Cuando un metal fuertemente deformado se calienta en el rango de temperatura de recuperación, justo debajo de la temperatura de recristalización, se relajan las tensiones internas del metal. Durante la recuperación, se suministra suficiente energía térmica como para permitir el reordenamiento de las dislocaciones en configuraciones de menor energía. La recuperación de muchos metales trabajados en frío genera una estructura de subgranos con límites de grano de ángulo pequeño. E l proceso de recuperación se llama poligonización, y frecuentemente es un cambio estructural que precede a la recristalización. La energía interna del metal recuperado es menor que luego de estar trabajado en frío, puesto que disminuye la cantidad de dislocaciones. Durante este proceso, la resistencia de un metal trabajado en frío disminuye ligeramente, pero aumenta su ductilidad significativamente.
Recristalización
Cuando se calienta un metal trabajado en frío a una temperatura suficientemente alta, se nuclean nuevos granos libres de deformación en la estructura del metal recuperado, e inician su crecimiento, formando una estructura de material recristalizado.
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La recristalización tiene lugar a través de dos mecanismos principales: 1. Un núcleo aislado puede expandirse con un grano deformado. 2. Un límite de grano de ángulo grande puede emigrar hacia una región fuertemente deformada del metal.
Para los dos casos, la estructura del lado cóncavo de límite que se mueve está libre de deformación y tiene una energía interna relativamente baja, mientras que la estructura del lado convexo de la interfase que se mueve está altamente deformada con una gran densidad de dislocaciones y una elevada energía interna. El movimiento del límite de grano se produce, por tanto, lejos del centro de curvatura del citado límite.
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Crecimiento d e grano o coalescencia
Se debe a la aplicación de temperaturas más altas que la temperatura de recristalización, a medida que aumenta la energía térmica, la ubicación de los átomos es cada vez mayor por lo que se va expandiendo cada vez más. Por lo que esto hace que el tamaño de grano sea grande, lo cual no es siempre recomendable pero tiene sus aplicaciones.
Ensayos d e dureza
Es la oposición que ofrecen los materiales a alteraciones como la penetración, la abrasión, el rayado, la cortadura, deformaciones permanentes, etc.
El ensayo Rockwell: El durómetro Rockwell utiliza como penetrador un cono de diamante o una bola de acero, y mide la dureza por la profundidad de penetración. Es el más extendido debido a que se puede aplicar a todos los materiales y porque la dureza se obtiene por medición directa. Sean estos los resultados de la dureza Rockwell:
Probeta sin deformar. Probeta deformada. Dureza en la probeta deformada es mayor.
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Ensayos metalográficos
Determinan las características micro estructurales de un metal relacionándolas con sus propiedades física, químicas y mecánicas. Para realizar este ensayo es necesario preparar muestras representativas, es decir que no presenten alteraciones. Estas serán las vistas en el microscopio metalográfico:
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Probeta sin deformar
La cantidad de grano en la dirección vertical se Probeta deformada
incrementa.
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EQUIPOS E INSTRUMENTOS UTILIZADOS Para el recocido de recristalización de las probetas: •
8 Probetas de Cu
•
Horno de recocido
Para la metalografía: •
04 Lijas al agua ( 600, 800, 1000, 1500)
•
Equipo para el lijado de la probeta
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Alcohol
•
•
Ácido nítrico
•
Polvo abrasivo (alúmina)
Pulidora
•
•
Microscopio metalográfico
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Para la medición de la dureza: •
Durómetro Rockwell digital
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PROCEDIMIENTO Recocido de recristalización Insertamos a las probetas de Cu en el horno y las calentamos hasta la temperatura de recristalización del Cu durante un tiempo adecuado.
Preparación de la probeta para la metalografía Una de las caras que fue cortada se lijara, se pulirá, se le realizara el ataque químico (ácido nítrico) y finalmente se llevara al microscopio.
Ya en el microscopio metalográfico se observara la microestructura de cada probeta y se tomara una fotografía a la vista obtenida.
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Medición de la dureza Se midió la dureza de las probetas deformadas en la cara que fueron lijada usando la escala Rockwell H.
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CÁLCULOS Datos de la medición de la dureza (Escala Rockwell H)
Material
Deformación
Medida de
(%)
dureza
Cobre
10
61.2
Cobre
15
60.1
Cobre
20
61.7
Cobre
30
63.7
Cobre
45
66.1
Cobre
50
57.2
Cobre
70
49.3
Cobre
80
26.8
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An tes del rec oc id o:
Metalografía
Cu 20%
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Cu 35%
Cu 45%
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Cu 55%
Cu 80%
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CUESTIONARIO 1. Descr iba los mecanismos de la recristalización.
La recristalización tiene dos mecanismos principales: a) Un núcleo aislado puede expandirse con un grano deformado. b) Un límite de grano de ángulo grande puede emigrar hacia una región fuertemente deformada del metal.
2. Al aumentar la temperatura para la recristalización , aumenta o disminu ye el tiempo para completar la recristalización. Explique.
El tiempo para completar la recristalización disminuye si aumentamos la temperatura de recristalización. Esto es debido a que habrá un mayor flujo de energía térmica con lo que se generará una mayor rapidez en el ordenamiento de las dislocaciones lo que disminuirá el tiempo.
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3. La temperatura de recristalización disminuye al aumentar la pureza del material. Explique por qué.
La presencia de impurezas o de elementos de aleación disminuye la velocidad de recristalización.
Estas impurezas tienden a segregarse junto a los bordes de granos, formando atmósferas que los sujetan, dificultando su movimiento y retardando así la recristalización. El efecto varía de un elemento a otro como se ve en el caso de P y Ag en Cu. Cuanto mayor sea la cantidad y más fina la distribución de impurezas insolubles, más fino será el tamaño final de grano, lo que se explica con el hecho de que no solo aumentan la nucleación, sino también actúan como barreras al crecimiento de los granos.
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4. ¿Qué efecto produce el recocido en un material deformado? Explique detalladamente, en el caso de su pr obeta de cobr e.
El recocido produce una disminución de las tensiones internas en el material que fueron acumuladas luego de la deformación en frío produciéndose un ordenamiento de la estructura cristalina a una de menor energía. Con respecto a sus propiedades, la dureza disminuye, su ductilidad aumenta, la resistividad eléctrica disminuye y su tamaño de grano aumenta. Para mi probeta de Cu con 20% de trabajo en frío. Luego de la deformación en frío y antes del recocido.
Luego del recocido
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5. Grafiq ue Dureza VS Deformación (%)
Las probetas que tenían un mayor grado de deformación son las que disminuyeron más su dureza en comparación a las que tenían menos deformación.
6. ¿A qué se llama recocido co ntra acritud? Es aquel recocido que tiene por objetivo destruir el endurecimiento producido por la deformación en frió de los metales y hacer una estructura cristalina para así darle buen brillo y conductividad eléctrica. Aplica a todos los metales que se endurecen por deformación en frió. Este tratamiento se da cuando no se enfría adecuadamente y no se logran las propiedades a las que se quería llegar y busca la cristalinidad, ósea de que tenga buen brillo y que sea mejor conductor. 7. ¿Con el recoci do de
recris talización, la energía intern a aumenta o
disminu ye del metal?
Con el recocido de recristalización, la energía interna acumulada por el trabajo en frío disminuye. Esto es debido a que existe un ordenamiento de las dislocaciones y una disminución de estas.
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CONCLUSIONES •
Luego de la deformación en frío aumentó su dureza, en el recocido disminuyó esta propiedad.
•
Luego del recocido de recristalización, el tamaño de grano aumenta.
•
La toma de color oscuro de las probetas son consecuencias de un recocido.
•
Debido a las manchas y comparándolas con imágenes de aleaciones en el laboratorio notamos que la probeta trabajada no era cobre puro, sino que se trataba de un latón rojo, que es una aleación de cobre pobre en zinc.
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RECOMENDACIONES
•
Es muy importante que se haga un buen lijado de la cara que se va a someter a la metalografía, puesto que esto permitirá apreciar con mucha más claridad la forma y el tamaño de los granos en el metal.
•
Se debería delegar la responsabilidad de la toma de datos a un estudiante y que este pase a los grupos los datos y las fotografías tomadas, de esta manera la información sería más ordenada y fidedigna.
•
La mayoría de las probetas deberían llevarse adecuadamente preparadas para el ensayo de dureza, esto es con las caras paralelas.
•
Hubiera sido ideal que se hubiese usada la misma escala Rockwell que se usó para medir la dureza en el ensayo de deformación en frío.
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BIBLIOGRAFÍA •
William F. Smith. “ Fundamentos de ciencia e ingeniería de materiales ”, Editorial McGrawHill, 1998.
http://es.wikipedia.org/wiki/Metalograf%C3%ADa
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Cuaderno de apuntes de clase. 2013-2
http://es.wikipedia.org/wiki/Dureza
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