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Unidad PLASTICIDAD Y

ENDURECIMIENTO POR DEFORMACION 1

PRESENTACION

La plasticidad de los metales es la característica que los diferencia frente a las cerámicas, y que les ha permitido una gran implantación desde los tiempos antiguos en todos los lugares del mundo en numerosas aplicaciones industriales y agrícolas en la conformación de piezas y útiles: puntas de lanza, azadas, aperos, son algunos ejemplos. Además, la plastificación permite el endurecimiento del metal consistente en aumentar su límite elástico aún perdiendo ductilidad. Es el primer proceso que el hombre descubrió para endurecer los metales y aleaciones: La deformación plástica aplicada mediante trabajo mecánico, conocida como acritud. La aplicabilidad del proceso se mejora cuando se dispone de un procedimiento complementario que permita recuperar, total o parcialmente, las características resistentes iniciales, bien porque: • La ejecución del proceso haya sido deficiente. • Se desee mayores niveles de deformación que los permitidos en una sola etapa. El proceso complementario es el denominado recocido contra acritud, destinado a recuperar las características resistentes iniciales como consecuencia de la regeneración de la estructura cristalina, pero no a recuperar la forma inicial. El campo de aplicación de los procesos de endurecimiento por deformación plástica, es amplio, porque la deformación plástica es una cualidad que identifica el estado sólido metálico. Es importante el endurecimiento por deformación plástica en las aleaciones porque algunas aleaciones no disponen de otra posibilidad de endurecimiento. Y es conveniente la aplicación de procesos de deformación plástica porque ellos nos permiten controlar la microestructura, tamaño y forma de los granos, lo que es variable en las características resistentes. FCM 4 / 51

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2 2.1

LA DEFORMACION PLASTICA OBTENCION DE PIEZAS MEDIANTE PROCESOS DE DEFORMACION PLASTICA EN CALIENTE Y FRIO

2.1.1 Objetivo de la experiencia Estudiar diferentes procesos de conformación de piezas por deformación plástica del material. Ver un vídeo resumen del proceso de laminación en caliente y forja. 2.1.2 Notas sobre el vídeo de laminación en caliente y forja

2.1.3 Notas sobre el proceso de laminación en laboratorio

2.1.4 Notas sobre el proceso de trefilado de alambre

2.1.5 Notas sobre las piezas diversas conformadas plásticamente: Materiales laminados, forjados, extruidos, embutidos, etc.

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2.1.6 Notas sobre la estructura de granos en la forja

2.2

EXPERIENCIA SOBRE LA DEFORMACION POR DESLIZAMIENTO

2.2.1 Objetivo de la experiencia Investigar los mecanismos de deformación por deslizamiento en aleaciones. Observar la microestructura de una chapa de acero laminado en caliente y en frío. Analizar la deformación acumulada en la zona de rotura. 2.2.2 Materiales empleados

2.2.3 Descripción del proceso y equipos

2.2.4 Dibuja el aspecto de las microestructuras de las diferentes muestras observadas

2.3

CAUSAS DEL ENDURECIMIENTO DESLIZAMIENTO

POR

DEFORMACION

POR

2.3.1 Objetivo de la experiencia Conocer los métodos de observación de las consecuencias del movimiento de dislocaciones por la acción de esfuerzos externos, en los metales, observación de los escalones externos, aumento de la rugosidad, etc. FCM 4 / 53

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Otras técnicas para identificar las dislocaciones que actúan en el interior de los sólidos son las de microscopía electrónica de transmisión y la de picaduras de corrosión, que comentamos a continuación. A. Microscopía electrónica de transmisión (MET o TEM). La técnica más adecuada para observar las dislocaciones en el interior del metal es la microscopía electrónica de transmisión. La probeta es una lámina muy delgada, del orden de 0.05-0.5 micras, del material a examinar. El espesor de la lámina debe ser lo suficientemente delgada como para permitir la transparencia al flujo de electrones que provienen del cañón del microscopio. Alto voltaje

Fuente de electrones Fuente de electrones

Anodo

Lentes condensadoras

Lentes dobles Detección de la radiación secundaria y reflejada

Muestra

Objetivo

Apertura Lentes electrónicas intermedias Proyector Lentes electrónicas proyectoras

Imagen de la señal transmitida Imagen final Sistema óptico electrónico

a) b) Figura 4.1. Esquema del microscopio electrónico de transmisión.

La imagen genérica se realiza en el microscopio electrónico de transmisión, figura 4.1, en virtud a los principios siguientes: 1 - La absorción del flujo electrónico en función del espesor o calidad diferenciada del material determina gradientes de intensidad recibida sobre la placa fotográfica. 2 - La difracción de los electrones que atraviesan el material, si encuentran las condiciones enunciadas por la ley de Bragg. La observación de dislocaciones se realiza de acuerdo con este segundo principio, por difracción de los planos reticulares cerca de las dislocaciones, especialmente los que observan una doblez local de los planos. La difracción provoca la no recepción de rayos en la placa y la FCM 4 / 54

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imagen oscura. En la figura 4.2 se observa este mecanismo de difracción. En la figura 4.2a, las dislocaciones con doblez sobre el plano de deslizamiento en una lámina de 2 µm de espesor y la imagen a que daría lugar, figura 4.2b, por el microscopio electrónico. En la figura 4.2c se observa una imagen SEM de dislocaciones en la aleación AlCuMg.

Traza de falla de apilamiento sobre la laminilla laminilla

Patrón de franjas de la falta de apilamiento

2000 Å

Tres dislocaciones sobre el plano de deslizamiento

Traza del plano de deslizamiento sobre la laminilla Imagen transmitida

a)

b)

c) Figura 4.2. a y b) Imágenes de dislocaciones en microscopía electrónica. c) Diagrama de rayos a través de la lente objetivo que ilustra el origen del contraste de difracción.

Un microscopio electrónico de transmisión que opera de 100 a 200 KV, emite radiaciones de longitudes de onda de 0.025 - 0.037 Å, resolviendo detalles menores a 10 Å. Los aumentos máximos del MET se encuentran en el campo de 100 a 200.000 X. B. Picaduras de corrosión (Etch pits). Una dislocación cuña o hélice, existe como consecuencia de un defecto de la estructura cristalina, con menor densidad atómica. Así pues ésta será una línea de la estructura con mayor actividad ante reactivos apropiados. En forma inversa, el ataque químico apropiado a las superficies metálicas se

Figura 4.3. Picaduras de corrosión en cristales de LiF. FCM 4 / 55

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magnificará en primer lugar en los puntos de intersección de las dislocaciones del metal sobre su superficie. Esto dará lugar a figuras de corrosión, Etch Pits en lenguaje anglosajón, con la sección indicada en la figura 4.3. 2.3.2 Descripción del proceso y equipos

2.3.3 Observación microscópica de las dislocaciones

2.4

EXPERIENCIA SOBRE LA DEFORMACION POR MACLADO

2.4.1 Objetivo de la experiencia Investigar los mecanismos de deformación por maclado en aleaciones. Observar la microestructura de zinc que muestra los granos maclados. 2.4.2 Material empleado, descripción del proceso y equipos utilizados

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2.4.3 Dibuja el aspecto de la microestructura del material tras el ataque, indicando la forma y distribución de las maclas

3

ABLANDAMIENTO DE LA ESTRUCTURA CON ACRITUD El recocido contra acritud por deformación plástica tiene los objetivos de: 1 - Ablandar el metal deformado para seguir deformando o dejarlo en condiciones de alto alargamiento. 2 - Permitir la obtención del grano equiaxial a partir de los dendríticos. 3 - Controlar el tamaño de grano equiaxial resultante del proceso, con la consiguiente correlación que tiene sobre las características resistentes.

3.1

EXPERIENCIA SOBRE EL EFECTO EN LAS MECANICAS DEL RECOCIDO CONTRA ACRITUD

CARACTERISTICAS

3.1.1 Objetivo de la experiencia Investigar el efecto que las variables intervinientes en le proceso de recocido de recristalización, tiempo y temperatura, tienen sobre las características mecánicas, proporcionadas por la dureza HRb, de un cobre electrolítico laminado en frío. Comprobación de las características mecánicas de un acero al carbono, laminado en caliente, en frío y con recocido de recristalización. 3.1.2 Materiales, proceso y equipos de ensayo

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3.1.3 Resultados obtenidos

3.2

EXPERIENCIA SOBRE EL RECOCIDO CONTRA ACRITUD

3.2.1 Objetivo de la experiencia Investigar las transformaciones microestructurales que se suceden tras los procesos de endurecimiento por deformación y posterior recocido de recristalización. 3.2.2 Materiales Probetas de bronce al aluminio (90% de Cu y 10% de Al), tomadas tras diferentes procesos: 1- colada, 2- deformación por laminación, 3 - recristalización, y, 4- engrosamiento de grano. Probetas de acero de embutición, tras procesos de laminación en frío, recristalización y engrosamiento de grano. 3.2.3 Dibuja el aspecto de las diferentes microestructuras de los materiales, tras los diferentes procesos de obtención y tratamiento. Bronce al aluminio

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Acero de embutición

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CUESTIONES PROPUESTAS POR LAS EXPERIENCIAS

1. Desde el punto de vista de su estructura, comenta ¿qué ventajas presentan las piezas obtenidas por deformación plástica frente a las obtenidas por colada? 2. Señala las diferencias existentes entre los productos obtenidos por deformación en caliente y los obtenidos por deformación en frío desde el punto de vista de las tolerancias dimensionales y aspecto superficial. 3. ¿Qué parámetro característico del material separa los campos de deformación en caliente y deformación en frío? 4. Razona ¿qué debe determinar si una pieza ha sufrido deformación o no?. Señala que experiencias o ensayos deben realizarse y el significado de los resultados obtenidos. 5. Define el término textura; señala algún método de aplicación donde la anisotropía sea una ventaja. 6. ¿Qué tipo de materiales son susceptibles de endurecimiento por deformación en frío: metales puros, aleaciones metálicas, cerámicas, polímeros termoplásticos o polímeros termoestables? 7. Señala tres ejemplos de productos metálicos obtenidos por deformación en caliente. 8. Señala tres ejemplos de productos metálicos obtenidos por deformación en frío. 9. Una cadena de trefilado incluye una sucesión de hileras de trefilado y hornos de recocido. ¿Por qué es necesario incluir las etapas de recocido intermedias? 10. Posiblemente en Navidades descorchéis alguna botella de cava. Observaréis que algunas veces, el alambre que sujeta el tapón se rompe al intentar aflojarlo. ¿Cual creéis que puede ser la causa? ¿Qué recomendaríais al fabricante para evitar ese problema?

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ALUMNO APELLIDOS: GRUPO DE PRÁCTICAS:

NOMBRE: FECHA DE ENTREGA:

RESPUESTAS DE LAS CUESTIONES A RESOLVER

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