UNIVERSIDAD DE CARABOBO. FACULTAD DE INGENIERÍA. ESCUELA DE INGENIERIA MECÁNICA. DEPARTAMENTO DE MATERIALES Y PROCESOS DE FABRICACIÓN. LABORATORIO DE MATERIALES.
Práctica No.:
11
Título de la Práctica: Recristalización. Nombre y Apellidos:
Juan Mendoza.
Cédula de Identidad: 19723414. Grupo:
62.
Profesor:
Anahi Santeliz.
Preparador:
Francesco Di Carlo.
Observaciones:
19/07/2011
1.
INTRODUCCIÓN.
El proceso de recristalización de los aceros, conocido también como recocido de alivio de tensiones. Recocido contraacritud, recocido de regeneración, recocido de recuperación, recocido isotérmico subcritico, es un calentamiento de duración máxima de una hora, cuyo objetivo es destruir mediante el calentamiento la estructura distorsionada por un trabajo en frio o una deformación aplicada. El recocido va seguido seguido de un enfriamiento lento en el horno, tipo recocido, para obtener una microestructura libre de tensiones y por tanto modificar las propiedades mecánicas del material. [1]
Etapas del proceso de recristalización: Recuperación: durante la recuperación, una parte de la energía interna almacenada como energía de deformación es liberada debido al movimiento de dislocaciones (en ausencia de una tensión externa aplicada); esto ocurre como resultado del aumento de la difusión atómica a temperaturas elevadas. También se produce alguna reducción del número de dislocaciones, y las configuraciones de dislocaciones tienden a adoptar bajas energías de deformación de la red. Además, las propiedades físicas tales como las conductividades eléctricas y térmicas se recuperan hasta valores similares a los correspondientes a los estados pre deformados. [2] Recristalización: cuando un material trabajado en frio se calienta mas allá de cierta temperatura, la recuperación rápidamente elimina los esfuerzos residuales y produce la estructura poligonalizada de dislocaciones y se elimina la mayoría de las dislocaciones. Como se reduce mucho la cantidad de dislocaciones, el metal recristalizado tiene baja resistencia, pero gran ductilidad. La temperatura a la que aparece una microestructura de nuevos granos con muy baja densidad de dislocaciones se llama temperatura de di recristalización. El proceso de formación de nuevos granos por tratamiento térmico de un material trabajado en frio se llama recristalización. La temperatura de recristalizacion depende de muchas variables y no es una temperatura fija como la temperatura de fusión de elementos o los elementos componentes. [3] Crecimiento del grano: después que ha terminado la recristalización, los granos libres de deformación continúan creciendo si la muestra metálica es dejada a la temperatura elevada, fenómeno que se denomina crecimiento de grano, no está necesariamente precedido por la restauración y la recristalización; puede ocurrir en todos los materiales policristalinos, tanto metálicos metálicos como las cerámicas. Existe una energía asociada con los límites de grano. A medida que el grano crece en tamaño, el área total de limite de grano disminuye, `produciendo una reducción en la energía total; esta es la fuerza motriz para el crecimiento del grano. [2] La temperatura a la cual ocurre este proceso de recristalización se denomina “temperatura de recristalización” y se ha definido como la temperatura a la cual en una hora recristaliza completamente
el material previamente deformado ( o con elevado grado de acritud). Por tanto para dos muestras del mismo material, con diferentes grados de acritud la temperatura de recristalización será diferente. [1] La temperatura de recristalización de un metal determina si el trabajo en caliente o en frio está siendo cumplido o no. El trabajo en caliente de los metales tomo lugar por encima de la recristalización o rango de endurecimiento por trabajo. El trabajo en frio debe hacerse a temperaturas abajo del rango de recristalización y frecuentemente es realizado a temperatura ambiente. Para el acero la recristalización permanece alrededor de 500 a 700ºC, aunque la mayoría de los trabajos en caliente del acero se hacen a temperaturas considerablemente arriba de este rango. No existe tendencia al endurecimiento por trabajo mecánico hasta que el límite inferior del rango recristalino se alcanza. Algunos materiales tales como el estaño y el plomo, tienen un bajo rango recristalino y pueden trabajarse en caliente a temperatura ambiente, pero la mayoría de los metales comerciales requieren de
algún calentamiento. Las composiciones aleadas tienen una gran influencia sobre todo en el rango de trabajo conveniente, siendo el resultado acostumbrado aumentar la temperatura del rango recristalino. Este rango también puede incrementarse por un trabajo anterior en frio. [1]
2.
OBJETIVOS.
General: Estudiar el proceso de recristalización en los aceros, las variables que lo controlan y los resultados que se generan en los materiales sometidos a este proceso. Específicos: Observar el efecto de la deformación plástica sobre la microestructura de un acero. Estudiar las consecuencias de defroamcion de un acero sobre sus propiedades
mecanicas.
Determinar la temperatura de recristalizacion de alambre deformado plansticamente.
3.
LISTA DE MATERIALES Y EQUIPOS.
Materiales: 5 muestras de acero (0.1% C) una de las muestra estaba laminada en caliente el resto estaban trefiladas todas de diámetros variables. 5 muestras de acero (0.1% C) una de las cuales estaba trefilada el resto tenían tratamiento térmico a diferentes temperaturas todas con un diámetro de 2.83 mm.
Equipos: Microscopio aptico, marca: unión, modelo: Mc80268, capacidad: 50- 1000x, apreciación--, año: 1994. Microscopio metalográfico Marca: Unión. Modelo: mc 86267. Inventario: 120622. Televisor toshiba. Computadora de escritorio, procesador: Intel® Core™ 2 duo. Inventario: 039316. Calculadora CASIO fx-350 ES.
4.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.
Actividad Nº 1: Variación de las propiedades mecánicas Realice según los los datos dados (diámetro, área, esfuerzo máximo, esfuerzo de fluencia, porcentaje de deformación total, porcentaje de acritud) acritud) tablas y gráficos requeridos (esfuerzo máximo vs. % de acritud, esfuerzo de fluencia vs % de acritud y deformación unitaria vs % de acritud). Realice según los datos dados para un alambre de 3,17 mm de diametro ( temperatura de recocido, esfuerzo máximo, esfuerzo de fluencia, porcentaje de deformación) tablas y gráficos requeridos ( esfuerzo máximo vs temperatura de recocido, esfuerzo de fluencia vs temperatura de recocido, porcentaje de deformación vs temperatura de recocido)
Actividad Nº 2: Microestructura
Observar las muestras de alambre de 3,17mm de diámetro con corte longitudinal y preparadas metalográficamente con el microscopio a 200x y tomar nota de las diferentes observaciones realizas. Determinar mediante observación de la microestructura la temperatura de recristalización.
5.
RESULTADOS OBTENIDOS.
Actividad Nº 1: Variación de las propiedades mecánicas. Tabla 1.1. Tabla de datos adjuntos para la realización de tablas y gráficos requeridos.
Diámetro(mm)
Condición
Cm(kg)
Cf(kg)
6.3
laminado en caliente
1270
950
27
4.76
trefilado
1000
860
8
3.97
trefilado
780
725
7
3.17
trefilado
570
530
5
2.38
trefilado
343
320
4
L
Tabla 1.2. Tabla de datos adjuntos para la realización de gráficos y tablas requeridas.
Condición
Cm(kg)
Cf(kg)
trefilado (sin recocido)
343
320
4
T+REC 440
323
318
2.5
T+REC 540
305
303
1.8
T+REC 640
173
140
25
T+REC 740
160
127
30
L
Partiendo de los datos anteriores y empleando las siguientes ecuaciones se obtuvieron las tablas 1.4 y 1.5 además de conocer que la longitud inicial lo de la muestra es 50mm. A= Donde:
(1)
A: área de la muestra en mm2 D: diámetro de la muestra en mm (2) Donde: : Esfuerzo de fluencia. Cf : Carga de fluencia. (3) : Esfuerzo máximo. Cm: Carga máxima. (4) : Porcentaje de elongación. : Variación de la longitud. (5) : Porcentaje de acritud. : Área inicial. : Area final. Por ejemplo para el alambre de 3,17mm de diámetro trefilado.
A=
=7,89mm2
Kg/mm2
=72,24 Kg/mm2
=10%
=74,68% Luego de la aplicación de las formulas para cada dato de la tabla se obtienen las tabla 1.3 y 1.4
Tabla 1.3. Datos de porcentajes de elongación y reducción de área vs esfuerzos.
Área (mm )
Esfuerzo máximo (Kg/mm2)
Esfuerzo de fluencia (Kg/mm2)
%ε (mm/mm)
% de acritud
6,3
31,17
40,744
30,478
54
0
4,76
17,795
56,195
48,328
16
42,92
3,97
12,378
63,015
58,571
14
60,28
3,17
7,89
72,24
67,173
10
74,68
2,38
4,44
77,25
72,072
8
85,72
Diámetro (mm)
2
Tabla 1.4. Datos de porcentajes de elongación y reducción de área vs esfuerzos para diferentes tratamientos térmicos. térmicos.
Esfuerzo de fluencia (Kg/mm2)
%ε (mm/mm)
Diámetro (mm)
T. recocido (ºC)
Esfuerzo máximo (Kg/mm2)
3,17
-
72,24
67,17
10
3,17
440
67,80
64,63
16
3,17
540
65,27
62,73
20
3,17
640
41,82
34,22
56
3,17
740
36,75
28,52
56
Figura 1. Curvas de % de acritud vs esfuerzo máximo, de fluencia y porcentaje de deformación.
Figura 1. Curvas de % de acritud vs esfuerzo máximo, de fluencia y porcentaje de deformación.
Actividad Nº 2: Microestructura. Tabla 2.1. Resultados de la observación o bservación de muestras de alambre vistas al microscopio a 200X para diferentes %A
Diámetro de la muestra (mm)
Observaciones realizadas
6,3
Granos más grandes y con mayores índices de deformación en los bordes que en el centro. En el centro los granos parecen aun equiaxiales
4,76
Granos más grandes y con mayores índices de deformación en los bordes que en el centro. Levemente más deformados que la muestra de mayor diámetro.
3,97
Achatamiento general no tan profundo de los granos de ferrita en dirección longitudinal. La perlita mantiene su forma
3,17
El achatamiento se ve incrementado, la perlita ya muestra rastros de deformación. Los límites de grano ya no se ven tan definidos como en muestras anteriores.
2,38
El achatamiento está generalizado y en gran medida tanto en los granos de ferrita como en los de perlita. Los límites de granos se ven aun menos definido que en las muestras anteriores.
Tabla 2.2. Resultado de la observación a 200X de un mismo alambre para diferentes temperaturas temperaturas de recocido.
Temperatura de recocido (ºC)
Observaciones
440
Granos deformados, sin ningún cambio al respecto de cómo se encontraban antes del recocido.
540
En los bordes se aprecia la aparición de nuevos granos equiaxiles (más grandes mientras más cercanos al borde estén) pero en el centro aun se ven muy deformados.
640
Los granos de ferrita ya se han regenerado e incluso han comenzado a crecer en las zonas cercanas a los bordes. Los granos de perlita aun no se regeneran por completo.
La ferrita ya he experimentado un notable crecimiento de granos y los granos de perlita se han regenerado (la muestra presenta solo granos equiaxiales)
740
6.
ANALISIS DE RESULTADOS.
Actividad Nº 1: Variación de las propiedades mecánicas. La influencia del grado de deformación de un material en sus propiedades mecánicas en ocasión resulta favorable, como por ejemplo el incremento de la resistencia. Pero en otras es favorable hacer desaparecer ese rastro de deformación para evitar una excesiva fragilidad producto de su gran dureza. Es aquí donde surge como herramienta muy útil la recristalización tal y como ha quedado demostrado en la práctica. Para la muestra de alambre con diferentes grados de deformación se ve como al aumentar el % de acritud aumenta tanto el esfuerzo a la fluencia así como también se ve incrementado el esfuerzo máximo y disminuyendo su ductilidad lo que justifica el porqué es cada vez menor el porcentaje de elongación. Para deformar este el material se aplica una cierta energía que queda acumulada en el material si se excede el límite de fluencia queda acumulada dentro del material. Ahora bien, en la tabla 1.2 se refleja cómo cambian las propiedades mecánicas de uno de los alambres sometidos a recocido, se aprecia como disminuyen los esfuerzos máximos y de fluencia así como se aumenta el porcentaje de elongación dado que este tratamiento permite la liberación de esas tensiones internas que aumentan la resistencia del material, esto acurre por la regeneración que sufre el material con la temperatura que transforma los granos deformados en granos equiaxiales. Actividad Nº 2: Microestructura. El conformado de metales ocasiona en estos unos aumentos de la resistencia. Esta deformación no acurre de forma homogénea como se puedo visualiza sí no que acurre de los bordes al centro. Ahora para probetas con mayor porcentaje de deformación se observa como los granos van achantando coda ves más. Como se quiere determinar la temperatura de recristalización (temperatura que garantiza en una hora la recristalización, Se ve en las muestras como van disminuyendo las propiedades mecánicas a medidas que se aumenta la temperatura de recocido, la micruestruxtura se va regenerando de a poco y se va restituyendo granos y perdiendo o aliviando tensiones dentro del material. La temperatura de recristalización depende del porcentaje de acritud y otros factores por lo que tal vez para un mismo material, dependiendo que se uso e historia de deformación pueden tener mayor temperatura de recristalización Al hacer un breve análisis a los resultados obtenidos vemos que aunque para todos los casos hubo cierta recuperación la verdadera temperatura de recristalización es aquella que en una hora garantiza la recuperación por completo de la microestructura. En este caso 740ºC 7.
CONCLUSIONES.
La temperatura de recristalización cambia con la deformación. Mientras más % de acritud posea un acero menor es su temperatura de recristalización. La deformación de un metal es mayor en el borde del material que en el centro. La recrsitalización favorece la ductilidad de los aceros. Un mismo material puede tener diferente propiedades mecanicas, dependiendo si ha sido sometido a recrisatalización o no. La deformación favorece la resistencia de un acero.
8.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.
[1] Iriza Castro M. J. (2011). “Manual de Practicas del laboratorio de Materiales 2da Parte)”. Publicaciones Ingeniería U.C. Carabobo, Venezuela. Practica 8 p 1-.6
(Manual Preliminar,
[2] Callister W. D. Jr. “Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales”. Reverté, S. A. México D. F., México, p. 178-180. [3] Askeland D.R. Phule P. P. (2006). “La Ciencia e Ingeniería de los Materiales”. Thomson. 4ª Edición México D. F., México, p. 335-337.
