UNIVERSIDAD DE ORIENTENCLEO DE ANZOATEGUIESCUELA DE INGENIERA Y CIENCIAS APLICADASDEPARTAMENTO DE MECNICA

SECCION DE MATERIALES Y MANUFACTURALABORATORIO DE METALURGIA(LABORATORIO DE INGENIERA MECNICA II)

Informe de la Prctica N 7Recristalizacin

Revisado por: Realizado por:Prof. Glorys Lpez. Villarroel, Daniel C.I. 23.536.274 Velasco, Cesar C.I. 25.313.174 Garca, Gustavo C.I. Carrero, Jos C.I. 24.226.609 Mrquez, Stevenson C.I. 26.434.885 Seccin: 22 Barcelona, Mayo de 2015RESUMEN

La prctica se fundament en la descripcin de la deformacin plstica, recristalizacin y crecimiento de grano de probetas metlicas. Las muestras se separaron en 4 grupos, cada grupo presento dimensiones iniciales iguales, luego se les evalu la dureza a cada muestra antes de ser deformada y despus de la deformacin, posteriormente se sometieron 5 muestras a un proceso de recocido de recristalizacin y se determino la dureza despus del recocido, con la finalidad de determinar la influencia que ejerce este tipo de calentamiento en las muestras. Cabe destacar que se dejo una muestra en condicin original (no se deformo). Finalmente se pulieron las probetas y se hizo el estudio de microscopa ptica. Se observo la morfologa y tamao de grano de las muestras en condicin original, deformada y recocida isotrmicamente. Se obtuvo que debido a la recristalizacin y crecimiento de grano que se produce en los materiales ablandan su estructura y alivian tensiones internas.

INDICEPag.RESUMEN..II

I. INTRODUCCIN..4

II. OBJETIVOS5

2.1. Objetivos generales.5

2.2. Objetivos especficos5

III. MARCO TERICO..6

IV. EQUIPOS, MATERIALES Y SUSTANCIAS..8

4.1 Equipos.8

4.2 Materiales.8

4.3 Sustancias8

V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL9

VI. RESULTADOS..10

VII. ANLISIS DE LOS RESULTADOS11

VIII. CONCLUSIONES.23

VIII. REFERENCIAS.24

X.APNDICES25

10.1 Apndice A: Muestra de clculo.

10.2 Apndice B: Anexos

10.3 Apndice C: Asignacin.

I. INTRODUCCIN

Desde el punto de vista industrial el trabajado en fro de los metales es un proceso importante a la hora de mejorar ciertas propiedades mecnicas, pero esta viene acompaada con una deformacin plstica, la cual se refleja a nivel de los granos como un alargamiento. La recristalizacin consiste en transformar los granos alargados de un metal que ha sufrido una deformacin en fro en granos equiaxiales o polidricos calentando el material por encima de una temperatura mnima para cada metal o aleacin.

La razn por la cual se estudian los procesos de deformacin plstica y recristalizacin es porque afectan la estructura interna y las propiedades de los metales y aleaciones. La importancia principal de la recristalizacin es ablandar el material y restaurarle su ductilidad. Adicionalmente se puede tambin controlar el tamao del grano.

El siguiente informe se centra en el estudio del proceso de deformacin plstica que se les hace a las muestras ,as como el procedimiento ms idneo para obtener condiciones favorables microestructurales despus de ocurrido este proceso, como lo es la aplicacin de un tratamiento trmico de recocido, que permita a travs del aumento progresivo de la temperatura del material se lleve a cabo la recristalizacin y crecimiento de sus granos, para que as, dejen como resultado un tamao de grano equiaxial favorable para sus propiedades mecnicas.

II. OBJETIVOS2.1. General2.1.1 Evaluar aspectos mecnicos generados durante la deformacin plstica y recristalizacin de probetas metlicas a fin de que puedan describir el efecto que tienen estos procesos en la estructura interna y propiedades de los metales y aleaciones metlicas.

2.2. Especficos

2.2.1 Deformar probetas de un mismo material en las siguientes condiciones: Original. Deformadas plsticamente en compresin a diferentes porcentajes de reduccin. Recocidas isotrmicamente luego del proceso de deformacin.

2.2.2 Evaluar la dureza de las probetas en las condiciones: original, deformada y deformada con recristalizacin posterior.

2.2.3 Correlacionar la estructura granular y dureza de las probetas con las variables que rigen el proceso de deformacin y recristalizacin de los metales.

III. MARCO TERICO

Cuando se deforma plsticamente un metal a temperaturas bastante inferiores a la de su punto de fusin, se dice que el metal ha sido trabajado en fro. La mayor parte de la energa empleada en esta deformacin se disipa como calor, almacenndose una pequea fraccin como energa de deformacin. sta ltima se acumula en forma de dislocaciones y de defectos puntuales, por ejemplo: ruptura de enlaces y vacancias. Como el aumento de densidad de dislocacin no es pareja, se producen zonas de mayor densidad, lo que lleva a la generacin de celdas. Cuando se calienta este material ocurren dos procesos que disminuyen la energa interna almacenada: recuperacin y recristalizacin. Adems de los procesos antes mencionados y dependiendo del tiempo y de la temperatura a la que se caliente el material, puede presentarse un tercer proceso denominado crecimiento de grano, ste ocurre cuando se contina el recocido luego de completarse la recristalizacin.

Cuando el metal trabajado en fro es calentado hasta el intervalo de temperaturas de recuperacin, que est justamente por debajo del intervalo de temperaturas de recristalizacin, se eliminan tensiones internas dentro del metal, dicho procesos es conocido como recuperacin y pues durante la misma, se suministra suficiente energa trmica como para permitir a las dislocaciones que se reordenen en configuraciones de menor energa. La recuperacin de muchos metales trabajados en fro, produce una estructura subgrano con fronteras de grano de pequeo ngulo. El proceso de recuperacin se denomina poligonizacin, y frecuentemente es un cambio estructural que precede a la recristalizacin. Durante la recuperacin, la resistencia de un metal trabajado en fro se reduce ligeramente, pero aumenta significativamente su ductilidad.

Posterior a la recuperacin ocurre la recristalizacin y mediante dos mecanismos principales: un ncleo aislado puede expandirse dentro de un grano deformado y una frontera de grano de gran ngulo puede emigrar a una regin ms deformada del metal. En cada caso, la estructura del lado cncavo de la frontera que se mueve est libre de deformacin y tiene una relativamente baja energa interna, mientras que la estructura del lado convexo de la intercara que se mueve est altamente deformada con una gran densidad de dislocaciones y gran energa interna. El movimiento de la frontera de grano se produce, por tanto, lejos del centro de curvatura de la frontera. Por consiguiente, el crecimiento de un nuevo grano en expansin durante la recristalizacin primaria conduce a un decrecimiento global de la energa interna del metal por la sustitucin de regiones deformadas por regiones libres de deformacin.

Cuando el metal trabajado en fro se le sigue aumentando a una temperatura suficientemente alta, los nuevos granos libres de deformacin en la estructura de metal recuperado comienzan a crecer, esto es debido a que los granos grandes poseen una menor rea superficial por unidad de volumen, a este proceso se le conoce como crecimiento y se efecta posterior a la recristalizacin. Se presentan menos tomos que abandonan la frontera de la unidad de grano pequeo, y los granos ms grandes crecen a costa de los ms pequeos. El grano, despus del endurecimiento y la recristalizacin, puede tener unas dimensiones mayores o menores que el grano original. El tamao de grano depende de la temperatura del recocido de recristalizacin, de su duracin, del grado de deformacin preliminar y de la composicin qumica del metal la formacin de grandes granos como resultado del recocido disminuye fuertemente la plasticidad del metal.

IV. EQUIPOS, MATERIALES Y SUSTANCIAS

4.1. Equipos: 1. Microscopio metalogrfico de plataforma invertida con cmara incorporada. Marca Unin. Modelo MC85974.2. Durmetro Rockwell. Marca: Willson Mechanical. Modelo: 3.J.R. Apreciacin 1RA. 3. Mquina semiautomtica de disco de pulido con pao para almina de 0.3 m. Marca: BUELHER. Modelo: 30-5160. Voltaje: 115V.4. Mquina semiautomtica de disco de pulido con pao para almina de 1 m. Marca: BUELHER. Modelo: 30-5160. Voltaje: 115V.5. Secador Elctrico. Voltaje: 110V.6. Bancos de pulido de 47x48 cm.7. Horno para tratamientos trmicos.

4.2. Materiales: 1. Probetas de aluminio y cobre.2. Lijas de diferentes tamaos de grano (de 80 hasta 1500).3. Algodn.4. Pinzas.5. Figuras y grficas (anexo reflejado en referencia [2])

4.3. Sustancias: 4. Agua.5. Alcohol isopropilico al 70% v/v.6. Brisol.7. Nital al 2%.8. Almina con tamao de grano de 0,3m y 1m.V. PROCEDIEMIENTO EXPERIMENTAL

5.1 Se separaron las muestras por grupos y se marcaron.

5.2 Se midieron las muestras.

5.3 Se midi las durezas a las muestras antes, despus de la deformacin y luego de aplicado el tratamiento trmico de recocido.

5.4 Se deformaron las probetas desde la dimensin original hasta 30% de deformacin y la otra desde la dimensin original hasta 70% de deformacin.

5.5 Se le realizo un pulido mecnico a las muestras sometidas a estudio.

5.6 Se realizo un anlisis micro estructural a cada muestra.

5.7 Se recopilaron todos los datos.

5.8 Se analizaron y se incluyeron como parte de la prctica.

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VI. RESULTADOS

A continuacin, en la tabla 6.1 se muestra para cada grupo de probetas, se muestran las dimensiones, el porcentaje de deformacin con respecto a las dimensiones originales, la dureza de estas probetas, su morfologa y la condicin final en las que fueron clasificadas.

Tabla 6.1 Clasificacin de las probetas en estudio segn su condicin, dimensiones, morfologia y dureza.ProbetaDimensiones DxL (mm)% de deformacionDureza Rockwell AMorfologia GranularCondicion

OriginalDeformadaRecristalizadaGranos D(micras)

OriginalFinalEquiaxialesAlargadosOriginalDeformadaInicio RecRec TotalCrec GranoCondicion Final

1.1141404030,6XOriginal

1.214378,57---7,9XDeformada

1.314285,7---6,55XDeformada

1.414192,86---3,19XDeformada

1.5143,3575,072320,4XXXXCrec de grano

2.1141,589,29-1045,26XXXXCrec de Grano

2.214378,57254,46XXXRec Total

2.314192,86432,23XDeformada

2.414285,7168,1XXXXCrec parcial

3.1144,369,29124,78XXXRec Total

3.2142,8278,86-35,46XXXXCrec Parcial

3.3143,7373,369Rec (Visual)

3.4143,8672,4332Inicio de Rec (Visual)

4.119x1625x85010301

4.219x1537x3676317-3

VII. ANLISIS DE RESULTADOS

.Br. Gustavo Garca C.I: 24.829.337

ANLISIS DE RESULTADOS

Br. Daniel VillarroelC.I. 23.536.274

ANALISIS DE RESULTADOS

Br. Stevenson Mrquez C.I. 26.434.885

ANALISIS DE RESULTADOS

Br. Cesar VelascoC.I. 25.313.174

ANALISIS DE RESULTADOS

Br. Jos Carrero C.I. 24.226.609

VIII. CONCLUSIONES

1 Se pudo comprobar que a una mayor deformacin plstica, el material consigue mayor dureza.

8.2 Durante la deformacin plstica de un material, su dureza y resistencia aumentan pero su ductilidad disminuye.

8.3 Mayor porcentaje de deformacin favorece al ablandamiento del material cuando es sometido a tratamientos trmicos de recocido.

8.4 El recocido es un tratamiento trmico de calentamiento para los materiales que contribuye sustancialmente a mejorar las propiedades mecnicas de los metales o aleaciones.

8.5 El proceso de recristalizacin es de suma importancia conocerlo para el ingeniero mecnico, debido a que ste se encuentra ntimamente ligado con el diseo de piezas manufacturadas.

8.6 La importancia principal de la recristalizacin es ablandar el material.

8.7 La recristalizacin es un proceso que se desarrolla por nucleacin y crecimiento.

8.8 Los sitios preferenciales de nucleacin de los nuevos granos son las regiones ms deformadas.8.9 Al incrementar la energa almacenada se incrementar la velocidad de crecimiento (aumento de deformacin o disminucin de tamao de grano).

8.10 El tamao de grano depende de la temperatura de recocido de recristalizacin, de su duracin, del grado de deformacin preliminar y de la composicin qumica del metal.

8.11 El crecimiento de los nuevos granos ocurre en los bordes de celda de la estructura poligonizada, eliminando la mayora de las dislocaciones.

8.12 Cuando los granos entran en contacto unos con otros, se acaba la fase llamada recristalizacin y se entra en la fase llamada crecimiento de grano.

8.13 La velocidad de nucleacin de la recristalizacin se incrementa con la deformacin.

8.14 A menor tamao de grano, mayor es la velocidad de nucleacin.

IX. REFERENCIAS

[1] AVNER, S. Introduccin a la Metalurgia Fsica. Segunda edicin. Editorial McGraw-Hill. Mxico (1979).

[2] Lpez. G. Manual de Laboratorio de Metalurgia. Escuela de Ingeniera y Ciencias Aplicadas, UDO.

[3] Smith. William F. FUNDAMENTOS DE LA CIENCIA E INGENIERA DE MATERIALES. Tercera edicin. Mc Graw Hill / Interamericana de Espaa. Espaa, 1.998.

X. APNDICES

Apndice A. Muestra de Clculos

A.1. Clculo de las durezas tericas de las muestras en estudio, a las cuales no se les realiz estudio de dureza en el laboratorio.

Aplicando la ley general de Mezclas:

(Ec. A.1)

Donde, representa el porcentaje de fase presente en la microestructura, y su respectiva dureza.

En la Tabla B.1 (ver anexos) se pueden apreciar las distintas durezas tericas conocidas para los microconstituyentes del acero.

Tomando como ilustracin la muestra 1.1, de la Tabla 6.1, se obtienen los siguientes datos:

% f1: 60 % cementita % f2: 35% perlita fina %f3:5% grafitoLuego, de la tabla B.1 se obtienen los siguientes valores tericos:Df1 (cementita): 650 HB Df2 (perlita fina): 300 HB Df3 (grafito): 190 HB

Un clculo similar se efectu para cada una de las muestras estudiadas, sustituyendo en cada caso en la (Ec. A.1) sus porcentajes de fases presentes y las durezas tericas correspondientes de la Tabla B.1. Los resultados se pueden apreciar en la Tabla 6.1.

Apndice B. Anexos.

Fig. B.1 Muestra Fuente: Propia

Fig. B.2 Muestra Fuente: Propia

Fig. B.3 Muestra

Fuente: Propia

Fig. B.4 Muestra Fuente: Propia

Fig. B.5 MuestraFuente: Propia

Tabla B.1. Durezas tericas de los microconstituyentes del acero.MicroestructuraDureza (HB)

Ferrita90

Perlita 250

Perlita gruesa200

Perlita fina300

Bainita superior450

Bainita inferior500

Austenita380

Martensita600

Cementita700

Grafito190

Fuente: propiaApndice C. Asignacin

1) A) 5850 gramos de carbono 4734 gramos de silicio B) fundicin gris por la cantidad de carbono presente C) 722.2222 gramos2)

A) IA1; P70, matriz con tamao de grano 2, 50% grafito

B) IA8; P20, matriz con tamao de grano 2, 50% grafito

C) VI1; P20, matriz con tamao de grano 8, 50% grafito

3) ManganesoAumenta la templabilidad y contrarresta la fragilidad ocasionada por el azufre.

SilicioDesoxida, ayuda a sus propiedades elctricas y magnticas, mejora la dureza y la resistencia a la oxidacin.

AzufreIncrementa la maquinabilidad, pero perjudica el conformado en caliente.

FsforoIncrementa la resistencia mecnica, maquinabilidad y la resistencia a la corrosin.

4) Aparece en las fundiciones grises y en fundiciones especiales influyendo en sus propiedades y caractersticas, que dependern fundamentalmente de la forma, tamao y distribucin de dicho grafito. Es blando, untuoso, de color oscuro y alta conductividad, es el componente que provee la tonalidad oscura a la fundicin.En general al hablar de forma, tamao y distribucin del grafito, se refiere a su morfologa: Grafito Laminar: Genera gran discontinuidad en la matriz as induce fragilidad. Adems comunica una gran disminucin de las resistencia mecnica, dureza y lmite elstico. Reduce a cero la ductilidad, pero mejora la resistencia al desgaste, a la corrosin y la maquinabilidad. Se presenta en las fundiciones grises.

Grafito nodular: Debido a su forma redondeada no crean tanta discontinuidad en la matriz como las lminas originando fundiciones de mayor ductilidad. Se presenta en las fundiciones maleables.

Grafito esferoidal: Presenta morfologa de esferulita (cuerpos pequeos y redondeado), gran uniformidad y reparto lo que indica fundiciones de mejor calidad. De menor tamao que grafito nodular. Se presenta en fundiciones dctiles.5) Esteadita: Es un constituyente de naturaleza eutctica duro, frgil (300 a 350 Vickers) y de bajo punto de fusin (960C), que aparece en las fundiciones de alto contenido en fsforo (ms de 0. 15 % P)