UNIVERSIDAD DE ATACAMA DEPARTAMENTO DE METALURGIA

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UNIDAD 4 RECUPERACION Y RECRISTALIZACION
(RECOCIDO) Objetivo Explicar los diferentes
fenómenos de recuperación y recristalización que
suceden en materiales
Cuando un metal a sufrido deformación plástica se
dice que tiene acritud
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• Fenómeno de recristalización
• Se deforma plásticamente un metal
• Se calienta el metal hasta una temperatura del
  orden de la mitad de la temperatura de fusión y
  se mantiene un tiempo t

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Temperatura de trabajo en frío Una regla empírica
aproximada es suponer que la deformación plástica
corresponde al trabajo en frío si este se efectúa
a temperaturas menores de la mitad del punto de
fusión medido sobre una escala absoluta.
Laminado (rolado)
Forjado
Trefilado
Extrusión
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Embutido
Estirado
Doblado
Disipación en forma de calor Energía de
deformación (10)
Energía del trabajo mecánico
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• Características del trabajo en frío
• Elevada densidad de dislocaciones (1081012
  líneas de dislocación/cm2)
• Simultáneamente se puede endurecer el metal y
  producir la forma deseada
• Es un método económico para producir grandes
  cantidades de pequeñas piezas ya que no se
  requieren de fuerzas elevadas ni de equipos de
  conformado costosos.
• Durante el trabajo en frío la ductilidad, la
  conductividad eléctrica y la resistencia a la
  corrosión se deterioran.
• Los esfuerzos residuales y el comportamiento
  anisotrópico adecuadamente controlados pueden ser
  benéficos.
• Algunas técnicas de procesamiento por
  deformación solo pueden efectuarse si se aplica
  trabajo en frío (es decir, si la deformación
  endurece el material)

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Algunas técnicas de procesamiento por deformación
solo pueden efectuarse si se aplica trabajo en
frío (es decir, si la deformación endurece el
material)
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• Procesos que permitirán aproximar el metal al
  estado de equilibrio
• La reducción del número de defectos puntuales,
  por migración y anulación recíproca en pozos
  (dislocaciones, uniones de grano)
• La aniquilación mutua de dislocaciones de signo
  opuesto
• La reordenación de las dislocaciones en redes
  más estables de deslizamiento
• La absorción de las dislocaciones por los
  limites de grano
• La reducción del área total de las superficies
  que limitan los granos
• La elevación de la temperatura del metal provoca
  el retorno de las propiedades, o a la estructura,
  de un estado más estable.

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Microestructura con acritud los granos
deformados son inestables, al someter esta
estructura a temperaturas elevadas, el material
puede ablandarse y es posible que se generen una
nueva microestructura
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Recocido

• Tratamiento cuyo objeto es destruir mediante un
  calentamiento, la estructura distorsionada por el
  trabajo en frío y hacer que adopte una forma
  libre de deformaciones.
• Este proceso se realiza totalmente en el estado
  sólido, y el calentamiento va seguido normalmente
  de un enfriamiento lento en el horno desde la
  temperatura de trabajo.
• El proceso de recocido puede dividirse en tres
  fases
• Restauración o recuperación
• Recristalización
• Crecimiento de grano.

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• Restauración o recuperación
• Todos los fenómenos de recocido que se presentan
  antes de la aparición de granos nuevos sin
  deformación.
• Recristalización
• Es la nucleación de los granos nuevos sin
  deformación
• Crecimiento de grano.
• Consumo gradual de la matriz trabajada en frío
  debido el crecimiento de estos granos

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La fuerza impulsora para la etapa de recuperación
y recristalización es la energía almacenada de la
matriz trabajada en frío. La fuerza impulsora
para el crecimiento de los granos es únicamente
la curvatura de los límites de granos.
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Fracción de energía almacenada en el cobre con
relación a la energía mecánica, en función de la
tasa de deformación, para dos valores de tamaño
de grano
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• Energía almacenada
• Cuando una aleación se deforma plásticamente, se
  producen defectos en la red cristalina, y estos
  defectos, junto con la deformación elástica
  sirven como mecanismos para el almacenamiento de
  energía en la aleación.
• a) Mecanismos de almacenamiento de energía
• Deformación elástica la energía de deformación
  elástica representa solamente de un 5 a 10 de la
  energía total que se ha almacenado
• Defectos reticulares durante el trabajo en frío
  se producen dislocaciones, vacancias, átomos
  intersticiales, fallas de apilamiento y límites
  de maclas.

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• b) Variables que afectan la cantidad de energía
  almacenada
• Pureza la adición de átomos de impurezas a un
  metal incrementa la cantidad de energía
  almacenada (aparentemente estos átomos estorban
  el movimiento de las dislocaciones y se
  multiplican)
• Deformación los procesos más complejos de
  deformación producen energías almacenadas más
  altas (Una tensión simple activa solo dos planos
  de deslizamiento en un metal FCC, mientras que la
  extrusión activará el deslizamiento en las cuatro
  posibles familias de planos de deslizamiento)
• Temperatura la deformación a temperatura más
  baja incrementa la cantidad de energía almacenada
  (mayor interacción entre defectos)
• Tamaño de grano la cantidad de energía
  almacenada se incrementa al disminuir el tamaño
  de grano (la densidad de dislocaciones producidas
  por deformación es inversamente proporcional al
  tamaño de grano)

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Cambio de las propiedades durante el recocido
(liberación de la energía almacenada)
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• 1) Restauración o recuperación
• a) Restauración de la resistividad eléctrica
• b) Liberación de la energía almacenada
• c) Restauración de las propiedades mecánicas
• d) Restauración de la estructura
• - Disminución de defectos puntuales en el
  interior de los granos
• - Movimiento de las dislocaciones
• -Reordenamiento de éstas en configuraciones
  nuevas (poligonización)

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Mecanismos de recuperación
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• Restauración de la resistividad

Cuando se eleva la temperatura, se observa una
disminución de la resistividad, lo que puede
atribuirse a la migración y eliminación de
vacancias y una reducción de la densidad de
dislocaciones

• Níquel 99,85 (70 deformación)
• resistividad eléctrica
• densidad
• energía almacenada

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b) Liberación de energía almacenada (calorimetría)
Cobre
Níquel

• Dureza
• Resistividad elec.
• Energía liberada

• Resistividad elec.
• Densidad
• Energía liberada

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• c) Restauración de las propiedades mecánicas
• Las propiedades mecánicas son poco sensibles a
  los defectos puntuales, ya que solo la agrupación
  de vacancias provocan un endurecimiento.
• La evolución de las propiedades mecánicas
  dependen fundamentalmente del comportamiento de
  las dislocaciones

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• Metales de baja energía de falla de apilamiento
  las propiedades mecánicas solo evolucionan en
  la etapa de recristalización (aleaciones de
  cobre, níquel)
• Metales con alta energía de falla de apilamiento
  (donde es más fácil una reordenación importante
  de las dislocaciones) se produce una restauración
  notable de las propiedades mecánicas antes de la
  recristalización (Fe?)

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d) Restauración de la estructura (microscopía
óptica, electrónica y DRX) La variación de la
estructura se puede observar en metales donde se
produce la restauración de las propiedades
mecánicas antes de la recristalización (metales
con alto valor de energía de falla de
apilamiento)
Coalescencia de dislocaciones para formar bordes
de grano de ángulo pequeño
Poligonización después de flexión (a) monocristal
(b) deslizamiento por flexión (c) poligonización
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(b)
(a)
(c)
Poligonización de un monocristal de Fe-Si (a)
Después de flexión (b) 1 h a 850 ºC (c) 1 h a
1060ºC
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Poligonización del Al
Poligonización del Cu
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• Para que las dislocaciones se alineen debe haber
  deslizamiento y trepado.
• En general, en los materiales policristalinos,
  podemos decir que
• La poligonización requiere un exceso de
  dislocaciones de borde
• Se produce únicamente a temperatura de
  recuperación más alta, ya que debe existir
  trepado de dislocaciones
• Produce subgranos de tamaño 10 veces más grande
  que los que se producen vía condensación de
  laberintos o grupos de dislocaciones

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Fotografía de granos Latón, con redisposición de
dislocaciones
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• 2) Recristalización
• La recristalización es un proceso que se
  desarrolla por nucleación y crecimiento.
• Los sitios preferenciales de nucleación de los
  nuevos granos son las regiones más deformadas,
  como bordes de grano, planos de deslizamiento, y
  en zonas de alta energía como precipitados de
  segunda fase y, también, en torno a inclusiones
  no metálicas
• Si el núcleo se forma rápidamente y crece con
  lentitud, se formarán muchos cristales antes de
  que se complete el proceso de recristalización,
  es decir, el tamaño final del grano será pequeño.
  En cambio, si la velocidad de nucleación es
  pequeña comparada con la velocidad de
  crecimiento, el tamaño de grano será grande

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• La recristalización ocurre debido a la
  nucleación y crecimiento de nuevos granos que
  contienen pocas dislocaciones.
• El crecimiento de estos nuevos granos ocurre en
  los bordes de celda de la estructura
  poligonizada, eliminando la mayoría de las
  dislocaciones.
• Los nuevos granos recristalizados adoptan formas
  más o menos regulares, debido a las anisotropías
  de su velocidad de crecimiento.
• Cuando los granos entran en contacto unos con
  otros, se acaba la fase llamad recristalización y
  se entra en la fase llamada crecimiento de grano
• Como se ha reducido de manera importante el
  número de dislocaciones, el metal recristalizado
  tiene baja resistencia, pero una elevada
  ductilidad.

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Esquema de zonas altamente deformadas en trabajo
en frío, donde surgen los nuevos granos.
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Inicio de la recristalización alrededor de
inclusiones de óxidos de un hierro altamente
deformado
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Granos recristalizados en un matriz deformada
hierro electrolítico recocido a 575 ºC después de
una deformación de 15
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Cinética de la recristalización La etapa de
recristalización se produce por la nucleación de
granos nuevos sin deformación, que crecen y
consumen la matriz trabajada en frío. La
velocidad de recristalización (volumen
recristalizado por unidad de tiempo) se expresa
como
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• A una temperatura dada, la velocidad de
  recristalización (volumen recristalizado por
  unidad de tiempo) parte de cero, crece y pasa por
  un máximo

Cinética de recristalización del aluminio a 350
ºC, deformado por tracción 5
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• Efecto de la deformación, pureza y tamaño de
  grano sobre G
• Al incrementar la energía almacenada se
  incrementará la velocidad de crecimiento (aumento
  de deformación o disminución de tamaño de grano)

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• Al disminuir la pureza, disminuye la velocidad
  de crecimiento, por disminuir la movilidad del
  límite del grano

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• Efecto de la deformación, pureza y tamaño de
  grano sobre N
• la velocidad de nucleación de la
  recristalización se incrementa con la
  deformación.

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• A menor tamaño de grano, mayor es la velocidad
  de nucleación (los granos pequeños producen
  deformaciones locales más altas, lo cual aumenta
  la velocidad de nucleación)

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• El efecto de la pureza sobre la velocidad de
  nucleación no esta bien definido, Sin embargo,
  como las impurezas incrementan la cantidad de
  energía almacenada para un de deformación dado,
  se espera que la velocidad de nucleación se
  incremente con la presencia de impurezas.

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Leyes de la recristalización

• La recristalización se produce solamente después
  de una cierta deformación inicial, llamada
  acritud crítica.

Acritud crítica diámetro de los granos, d, en
función de la deformación ?
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• Cuando menor es la deformación, más elevada es
  la temperatura de recristalización (La
  temperatura de recristalización corresponde a la
  temperatura aproximada a la que un material
  altamente trabajado en frío se recristaliza por
  completo en una hora)

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Variación de la temperatura de recristalización
con la cantidad de deformación
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• A mayor porcentaje de deformación inicial, menor
  tamaño de grano recristalizado

Variación del tamaño de grano recristalizado en
función del tamaño de grano inicial
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• Si la temperatura de recristalización aumenta,
  el tiempo de recocido disminuye

Grafico recristalización versus tiempo de
recocido
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Sin embargo, un metal puede ser recocido sobre un
rango de temperaturas
Diagrama temperatura tiempo de recristalización
de un acero
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• Cuando más grande es la dimensión de los granos
  iniciales, mayor es la deformación requerida para
  producir la recristalización, en unas condiciones
  dadas de temperatura y tiempo.
• El tamaño de los granos recristalizados depende
  principalmente del porcentaje de deformación

Tamaño de grano recristalizado de un latón ? en
función de la deformación inicial, para dos
diferentes valores de tamaño de grano inicial
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Recristalización a 760 ºC de una probeta de
hierro ? después de deformación por tracción
variando de 7 a 2,9
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• La temperatura de recristalización disminuye
  cuando mayor es la pureza del metal

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Fuerza impulsora de la recristalización La
energía almacenada, en forma elástica, por las
dislocaciones producidas durante la deformación,
constituye la fuerza motriz para la formación y
crecimiento de nuevos granos (éstos aparecen en
las zonas más fuertemente deformadas.
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• 3) Crecimiento de grano
• En un metal completamente recristalizado, la
  fuerza impulsora para el crecimiento de los
  granos corresponde a la disminución de la energía
  asociada con los bordes de grano.
• El crecimiento de los nuevos granos se produce
  por movimiento de la interfase grano
  recristalizado-grano deformado
• Los bordes de grano tienden a moverse hacia el
  centro de la curvatura
• El ángulo entre tres bordes de grano es de
  alrededor de 120º

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Crecimiento de burbujas en dos dimensiones
51
Equilibrio de las tensiones interfaciales de tres
granos
Mecanismo de crecimiento de los granos (las
flechas indican las direcciones de crecimiento)
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• Tamaño de grano
• Grado de deformación previa Un aumento en la
  deformación previa favorece la nucleación y, como
  consecuencia, la obtención de un tamaño final de
  grano pequeño.
• Permanencia a temperatura Cualquiera sea la
  temperatura de recocido, cuanto mayor es el
  tiempo que permanece a dicha temperatura, mayor
  es la facilidad que tiene el grano para crecer y,
  por tanto, mayor es su tamaño final.
• Temperatura de recocido Una vez sobrepasada la
  temperatura de recristalización, cuanto menor sea
  la temperatura mas fino será el tamaño de grano
  final
• Duración del calentamiento Cuanto menor sea el
  tiempo que se tarda en alcanzar la temperatura de
  recocido mas fino será el tamaño de grano final
• Impurezas insolubles Una gran cantidad de
  impurezas insolubles pequeñas, uniformemente
  distribuidas, favorecerá la obtención de una
  estructura de grano fino (las impurezas aumentan
  la nucleación y actúan como barreras que
  obstruyen el crecimiento de los granos).

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Esquema de un proceso total de recocido con sus
respectivas microestructuras.