Factores que Influyen en la Recristalización
- Se requiere un mínimo de acritud y una temperatura suficientemente elevada para que ocurra la recristalización.
- A menor acritud, mayor es la temperatura necesaria para iniciar la recristalización (para un tiempo de mantenimiento determinado a esa temperatura).
- Para un mismo grado de acritud, a mayor temperatura, menor es el tiempo necesario para iniciar la recristalización (para deformación plástica constante).
- A mayor acritud (mayor deformación plástica), menor es el tamaño de grano justo al completarse la recristalización.
- A mayor tamaño de grano antes de la deformación en frío, menor será el aumento de la dureza al deformar en frío (% de deformación).
Etapas del Proceso de Endurecimiento
Restauración
Se reduce ligeramente la energía interna del cristal al eliminarse o reordenarse las dislocaciones y pasar los átomos a posiciones de equilibrio. Sin embargo, no se produce movimiento de las juntas de grano. Se reducen las tensiones residuales y disminuye ligeramente la dureza y el límite elástico.
Recristalización
Se forman nuevos cristales libres de deformación entre los antiguos deformados. Los nuevos granos comienzan a formarse en los lugares con mayor acritud (preferentemente en las juntas de los granos deformados). El material recupera las propiedades que tenía antes de la deformación.
Crecimiento de Grano
Si continúa el calentamiento por encima de la temperatura de recristalización o se mantiene un mayor tiempo a esa temperatura, se produce el crecimiento del grano recristalizado. El tamaño de grano final aumenta con la temperatura y el tiempo de mantenimiento.
Métodos de Endurecimiento de Metales
Acritud
Cuando se deforma en frío un metal, se produce un aumento de su límite elástico y una disminución de su alargamiento a la rotura. Al deformar plásticamente en frío un material, aumenta el número de dislocaciones. Si se incrementa el número de dislocaciones de forma que se creen más de las que se eliminan, aumenta la probabilidad de que dos dislocaciones pertenecientes a planos distintos se bloqueen.
Solución Sólida
La presencia de átomos de elementos de aleación entre átomos del metal base (defectos puntuales, sustitucionales o intersticiales) distorsiona la estructura cristalina. Esta distorsión dificulta el avance de las dislocaciones. A temperaturas más altas, la red se dilata, disminuyendo la distorsión.
Precipitación
En comparación con el endurecimiento por acritud, se puede aumentar el límite elástico con una menor pérdida de ductilidad. Cuando se añade un porcentaje de un elemento de aleación por encima de la solubilidad de ese elemento a temperatura ambiente, se produce la precipitación de este elemento en forma de partículas endurecedoras. Las dislocaciones se encuentran con los precipitados, que obstaculizan su movimiento. Cuando el precipitado es lo suficientemente pequeño, la dureza crece con el precipitado. Por encima de un tamaño crítico, el precipitado pierde eficacia para endurecer el material. Si los precipitados se forman en junta de grano, no tienen efecto endurecedor. El máximo endurecimiento se obtiene cuando se forman precipitados pequeños y uniformemente distribuidos en el interior de los granos. A elevada temperatura, los precipitados se encuentran solubilizados y en el posterior enfriamiento hasta temperatura ambiente, los precipitados tienden a formarse en la junta de grano. Por tanto, para conseguir el endurecimiento es necesario realizar un tratamiento térmico.
Etapas:
- Tratamiento de solubilización para disolver todos los precipitados formados de manera no adecuada (en junta de grano).
- Enfriamiento rápido hasta temperatura ambiente para evitar la precipitación. El elemento aleante queda en sobresaturación.
- Si se deja transcurrir tiempo a temperatura ambiente o se aplica un tratamiento térmico a baja temperatura, se forman precipitados uniformemente distribuidos en el interior de los granos.
Dispersión
Dispersión de partículas (óxidos) en el estado líquido. Produce un mecanismo de endurecimiento combinado de endurecimiento por precipitación y endurecimiento por acritud. Debido a la diferencia del coeficiente de dilatación térmica entre los óxidos y la matriz metálica, esta se deforma plásticamente alrededor de los óxidos, induciendo un endurecimiento similar a la acritud. A diferencia de otros métodos de endurecimiento, permite endurecer a alta temperatura debido a que las partículas dispersadas suelen ser muy estables.
Afino de Grano
Cuanto menor es el tamaño de grano, mayor es el límite elástico del material debido a que las juntas de grano frenan el deslizamiento de las dislocaciones. Debido a la desorientación que existe entre granos, las dislocaciones deben cambiar de plano para seguir con su deslizamiento. Se acumulan en las juntas de grano. Además de endurecer, el afino del tamaño de grano permite reducir la fragilidad.