José Miguel Vergara
Metalurgia
Proceso de Endurecimiento de los Metales
Trabajo en Frío
Trabajo en Caliente
Efectos del proceso de trabajo en frío
Efectos del Proceso en Trabajo Caliente
Curso = Metodos Tecnicas y Modelos de Enseñanza.pdf
Endurecimiento metales mecanizado
1. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR
INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA
ANTONIO JOSÉ DE SUCRE
EXTENSIÓN SAN FELIPE
Participante: José Miguel Vergara
Facilitador:
Asignatura:
Especialidad:
Ing. Henry Ramírez
Metalúrgica
Mecánica
Proceso de Endurecimiento Mecanizado de los Metales
Julio, 2021
2. Proceso de Endurecimiento Mecanizado de los Metales
Dentro de los procesos de fabricación
mecánica de piezas, el mecanizado es uno de
los procedimientos más empleados, que
permite fabricar piezas con una geometría,
dimensiones y acabados superficiales acorde
a las necesidades de fabricación. Aunque es
habitual el empleo del mecanizado para la
fabricación de piezas metálicas, también es
muy común el uso de los procedimientos de
mecanizado para fabricar piezas hechas de
otros materiales, como puedan ser, plásticos,
materiales compuestos, entre otros.
3. En este sentido, el proceso mecanizado de los
metales, se trata de un proceso que busca eliminar
porciones de una pieza de metal (viruta) para
lograr los requisitos de forma, tamaño, entre otros,
deseados en una pieza metálica para su uso en la
producción final de un producto.
Proceso Mecanizado
Por lo tanto, el mecanizado, en general, se define como un proceso de
fabricación mecánica de piezas realizado mediante el procedimiento de
conformado del material, y que puede clasificarse en diferentes tipos:
Proceso de Endurecimiento Mecanizado de los Metales
Conformado por desprendimiento de material (también llamado
mecanizado por arranque de virutas).
Conformado por deformación plástica de la pieza (mecanizado por
deformación).
Conformado añadiendo nuevo material (moldeo).
4. Proceso Mecanizado
Proceso de Endurecimiento Mecanizado de los Metales
El proceso más extendido en la industria es el mecanizado, en especial el
mecanizado por arranque de viruta y comparado con otros métodos de
fabricación se pueden tener las siguientes ventajas:
Se consigue una alta precisión dimensional en sus operaciones
Pueden realizar una amplia variedad de formas.
No cambia la micro estructura del material por lo que conserva sus
propiedades mecánicas.
Se consigue texturas superficiales convenientes para los distintos
diseños.
Son procesos fáciles de automatizar siendo muy flexibles.
Requiere poco tiempo de preparación.
Poca variedad de herramienta.
5. El proceso de mecanizado también tiene desventajas respecto a los demás
procesos de producción, sobre todo respecto a los de conformado por
deformación plástica y los de fundición:
Genera material de desecho en muchos casos no reciclable
Requieren una mayor energía de proceso
Los tiempos de producción son elevados
El tamaño de las piezas está limitado al permitido por la máquina
herramienta
Suelen ser poco económicos cuando el tamaño de lote es muy elevado
Proceso Mecanizado
Proceso de Endurecimiento Mecanizado de los Metales
6. El proceso de mecanizado al igual que todos los demás procesos tiene
ventajas y desventajas, de allí que radica la importancia de saber elegir el
más conveniente al momento de manufacturar un producto, dado que el
mecanizado es uno de los procesos de manufactura más importante y más
utilizado para transformar el metal en la industria y que se puede obtener
gran precisión en el acabado de la pieza, los acabados que se obtienen son
mejores que otros procesos de manufactura, se pueden obtener piezas de
distintas formas y figuras y se puede manejar una amplia gama de
materiales.
Proceso Mecanizado
Proceso de Endurecimiento Mecanizado de los Metales
7. El mecanismo de endurecimiento posee una fuerte relación con el
movimiento de dislocaciones. Esta relación dislocaciones-prop.
Mecánicas es la que condicionará el endurecimiento.
La capacidad de un metal para deformarse plásticamente depende de la
capacidad de las dislocaciones para moverse.
Las técnicas de endurecimiento se basan en la restricción e impedimento
del movimiento de las dislocaciones, dotando al material de más dureza
y resistencia.
Endurecimiento
Proceso de Endurecimiento Mecanizado de los Metales
Es innegable que la estructura es un factor primordial para definir el
comportamiento mecánico de los sólidos. Este parámetro depende de la
composición química y los procesamientos térmicos y mecánicos
posteriores, entre los que se incluyen fundición, sinterización, trabajado en
caliente, y tratamientos térmicos. Estas etapas de la producción afectan las
propiedades mecánicas debido a su efecto en el tamaño de grano,
gradientes de concentración, inclusiones, huecos, fases metaestables,
fases dispersas y otros tipos de imperfecciones cristalinas.
Mecanismos de Endurecimiento
8. Proceso de Endurecimiento Mecanizado de los Metales
El endurecimiento por afino del grano (también denominado “de Hall-Petch”)
es consecuencia de que los bordes de grano actúan como una barrera
infranqueable para el movimiento de las dislocaciones, y que el número de
dislocaciones dentro de un grano, afecta a cómo éstas pueden trasmitir su
efecto a granos vecinos a través de los bordes. El tamaño de grano de un
material depende del tratamiento térmico posterior a la deformación
plástica, o bien de la velocidad de solidificación.
Afinamiento del grano
9. Proceso de Endurecimiento Mecanizado de los Metales
Afinamiento del grano
El borde de grano actúa como punto de fijación, impidiendo la propagación
de las dislocaciones. Por un lado, la estructura reticular de los granos
adyacentes difiere en la orientación, por lo que se requeriría más energía
para cambiar de dirección de deslizamiento. Además, el límite de grano es
una región desordenada con campos de tensión muy elevados.
Cuando varias dislocaciones que se mueven en el sentido indicado en la
Fig. VII.1 por efecto de un esfuerzo aplicado, se encuentran con esos
campos elásticos y se detienen cada vez a mayor distancia provocando un
apilamiento de las mismas.
Esto aumenta la tensión interna acumulada y obstaculiza el inicio de la
plasticidad, aumentando la resistencia a la fluencia del material.
10. Proceso de Endurecimiento Mecanizado de los Metales
En la laminación, estirado y otros procesos de
deformación en frío, aproximadamente el 90%
de la energía aplicada se disipa como calor. El
resto se almacena en la red cristalina
aumentando así la energía interna entre 0,01 a
1,0 calorías/gramo, según el punto de fusión o el
contenido de aleación en el material. La energía
almacenada aumenta con la cantidad de
deformación aplicada hasta alcanzar un valor de
saturación, y es mayor cuando la temperatura
de deformación es menor. Parte de este
almacenamiento puede atribuirse a la formación
de vacancias y parte a energía de maclado y de
fallas de apilamiento, pero en su mayoría se
debe a la generación e interacción de las
dislocaciones. Su densidad aumenta de 106 a
1012 dislocaciones por centímetro cuadrado al
pasar de un material totalmente recocido a uno
severamente endurecido.
Deformación en frío
11. Proceso de Endurecimiento Mecanizado de los Metales
Por lo general, la dureza y el límite elástico aumentan con la deformación en frío. Los
granos de un material deformado en frío tienden a alargarse y a adquirir una
orientación cristalográfica preferente (“textura”). Si la deformación es elevada, la
densidad disminuye ligeramente; al mismo tiempo disminuye la conductividad
eléctrica y aumenta la expansión térmica (Fig. VII.3a). Además, produce un
importante aumento en la reactividad química que conduce a una mayor velocidad de
corrosión.
Deformación en frío
12. Proceso de Endurecimiento Mecanizado de los Metales
Los efectos nocivos de la deformación
en frío pueden eliminarse por medio de
un tratamiento térmico: recocido de
recristalización. En este tratamiento se
distinguen tres etapas: recuperación,
recristalización y crecimiento de grano.
Durante la recuperación no se observan
cambios en la estructura de los granos.
La conductividad eléctrica se aproxima a
la del metal recocido y los rayos X
indican, sin lugar a dudas, la disminución
de tensiones internas en la red cristalina.
Esto explica por qué los tratamientos
térmicos de recuperación tienen tanta
aplicación industrial.
Deformación en frío
La fuerza promotora de los procesos de recuperación y recristalización es la
energía de deformación almacenada.
13. Proceso de Endurecimiento Mecanizado de los Metales
A una temperatura superior a la de recuperación, se
inicia un proceso de sustitución de la estructura
deformada, por granos totalmente libres de tensiones.
Esto indica el comienzo de la recristalización. Este
valor se determina fácilmente por medios mecánicos
ya que la dureza y la resistencia disminuyen muy
rápidamente mientras que la ductilidad aumenta.
Como es de esperar la densidad de dislocaciones
disminuye también en forma apreciable. Un aumento
de la temperatura de tratamiento térmico a niveles
superiores a los del intervalo de recristalización
produce un aumento rápido en el tamaño de grano.
Deformación en frío
Desde un punto de vista práctico, la temperatura de recristalización se
define como aquella a la cual se obtiene una estructura de granos
totalmente nueva (o bien, un 95% de granos recristalizados) en un período
de una hora. Normalmente se encuentra alrededor de 0,4 de la temperatura
de fusión (en K) de la aleación.
14. Proceso de Endurecimiento Mecanizado de los Metales
Un método común para aumentar la
dureza y el límite elástico de un
material, así como su velocidad de
endurecimiento, es la aleación por
soluciones sólidas. En la figura indica el
efecto de varios solutos en el límite
elástico del cobre (tensión convencional
de 1%).
La efectividad del soluto depende de la
diferencia de tamaño con respecto al
solvente, y del porcentaje agregado. Si
el átomo de soluto es más grande que
el del solvente, se inducen campos de
compresión, mientras que si es más
pequeño, son de tracción. La presencia
de cualquiera de los dos obstruye el
movimiento de las dislocaciones.
Endurecimiento por Solutos
Efecto de elementos aleantes sobre el límite
elástico convencional (1%) para cobre
policristalino a temperatura ambiente
15. Proceso de Endurecimiento Mecanizado de los Metales
En muchas aleaciones, incluyendo ciertos aceros, el principal mecanismo de
endurecimiento disponible se basa en la posibilidad de fomentar el fenómeno de
precipitación de forma adecuada.
Un ejemplo típico se manifiesta en aleaciones de Al, cuya utilización en la industria
aeronáutica es de capital importancia por su buena relación peso-resistencia, y que
también se utiliza ampliamente en otros campos industriales. Se trata de aleaciones de
Al, a la que se incorporan diversos elementos aleantes con la finalidad de generar una
masa adecuada de precipitados, distribuidos homogéneamente en el interior de los
granos de la aleación, de forma de alcanzar el máximo grado de endurecimiento
posible.
Son aleaciones endurecibles por envejecimiento, de las que existen diversas marcas
comerciables, siendo una de las más difundidas la que se conoce como “duraluminio”.
Los elementos aleantes incorporados, tales como Cu, Fe, Mg, Ti, Mn, etc., forman
habitualmente compuestos con el Al, base de la aleación, o entre sí.
Endurecimiento por Precipitación
16. Proceso de Endurecimiento Mecanizado de los Metales
Las piezas deseadas generalmente se procesan hasta obtener su geometría final,
para luego ser sometidas al tratamiento de envejecimiento requerido para modificar
sus propiedades. Contando con la composición adecuada y efectuando el
tratamiento correcto, la dureza y resistencia de estas aleaciones se puede
cuadruplicar respecto de esas mismas propiedades medidas antes del tratamiento.
Endurecimiento por Precipitación
17. Proceso de Endurecimiento Mecanizado de los Metales
La transformación martensítica es una reacción
por cizallamiento que ocurre sin difusión de
materia, y se presenta en sistemas en los
cuales existe una transformación invariante,
controlada por difusión, que puede suprimirse
por enfriamiento rápido. La fase martensítica
se forma a partir de la fase de alta temperatura,
la cual es retenida a temperaturas inferiores a
la de equilibrio de la transformación invariante.
Transformación Martensítica
Estas reacciones representan una tendencia en el sistema a formar una
estructura cristalina que se aproxime a la del equilibrio Una muestra de
martensita vista al microscopio aparece como placas lenticulares que
dividen los granos de la matriz; estas partículas se tocan, mas nunca se
cruzan una a otra.
18. Proceso de Endurecimiento Mecanizado de los Metales
La forma lenticular hace mínima la distorsión en la matriz que produjo la
placa martensítica.
Otra característica de la reacción martensítica es la gran velocidad de
crecimiento de las placas; casi un tercio de la velocidad del sonido. Esto
indica que la energía de activación para el crecimiento de una placa es muy
baja y, por lo tanto, es la energía de nucleación la que determina la
cantidad de martensita formada bajo una condición determinada.
Transformación Martensítica
19. Proceso de Endurecimiento Mecanizado de los Metales
La martensita empieza a formarse cuando la fase original se enfría por debajo
de la temperatura crítica Ms, y la transformación termina a la temperatura
inferior, Mf. Al disminuir la temperatura por abajo de Ms, aumenta la fuerza
promotora para la transformación, con lo cual se incrementa la formación de
núcleos que pueden crecer en ese momento determinado. La deformación
mecánica promueve la formación de martensita a temperaturas superiores a
Ms.
La transformación martensítica se presenta en un gran número de aleaciones
entre las que se incluyen Fe-C, Fe-Ni, Fe-Ni-C, Fe-Mn, Cu-Zn, Au-Cd, y en
algunos metales puros como Li, Zr, Co. Pero sólo produce endurecimiento en
los aceros con contenido de carbono superior al 0,3 %.
Transformación Martensítica
20. Procesos de Trabajo en Frío y Caliente
Los procesos que mejoran las características de los metales
por deformación mecánica, con o sin calor.
Existen los siguientes tratamientos mecánicos:
Proceso de Deformación de Trabajo en Caliente
Consisten en calentar un metal a temperatura determinada para luego,
deformarlo golpeándolo fuertemente. Con esto se afina el tamaño del grano
y se eliminan del material sopladuras y cavidades interiores, con lo que se
mejora su estructura interna.
21. Procesos de Trabajo en Frío y Caliente
Proceso de Deformación de Trabajo en Caliente
Si se trabaja el material por encima de esta temperatura se conoce como
trabajo en caliente; por abajo de esta temperatura se conoce como trabajo
en frío.
Este proceso se describe generalmente como trabajar un
material por encima de su temperatura de recristalización.
Posteriormente a deformación plástica en caliente se inicia
la formación de núcleos que dan origen a nuevos granos
libre de tensión con un tamaño acorde al tiempo de
solidificación y orientados al azar.
Cuando un material se deforma plásticamente a una temperatura
elevada, dos efectos opuestos tienen lugar al mismo tiempo: uno
de endurecimiento debido a la deformación plástica, y otro de
reblandecimiento debido a la recristalización.
Para un grado de intensidad de trabajo dado, debe haber alguna
temperatura a la cual estos dos efectos se balancearán.
1
2
3
4
22. Procesos de Trabajo en Frío y Caliente
Proceso de Deformación de Trabajo en Caliente
Características
La mayoría de las formas metálicas se producen a partir de lingotes
colados. Para fabricar hojas, placas, varillas, barras, alambres, etc., de
los lingotes, el método más económico es el de trabajado en caliente; sin
embargo, en el caso del acero, trabajar en caliente el material hace que
reaccione el oxígeno conforme se enfría hasta la temperatura ambiente y
se le forma una capa de óxido oscuro característica, llamada escama.
Ocasionalmente, esta escama puede producir dificultades durante las
operaciones de maquinado o de formación.
No es posible fabricar material trabajado en caliente a un tamaño exacto,
debido a los cambios dimensionales que tienen lugar durante el
enfriamiento.
23. Procesos de Trabajo en Frío y Caliente
Proceso de Deformación de Trabajo en Caliente
Características
La temperatura a la cual se termina en el trabajado en caliente
determinará el tamaño de grano disponible para el trabajo ulterior en frío.
Inicialmente se utilizan temperaturas más altas para promover la
uniformidad en el material, y los grandes granos resultantes permiten
una reducción en dimensiones más económicas durante la primera parte
del trabajo subsecuente. Conforme el material se enfría y el trabajado
continúa; el tamaño de grano disminuirá, llegando a ser muy fino justo
arriba de la temperatura de recristalización.
El control adecuado de la temperatura de recocido determinará el
tamaño final de grano requerido para el trabajado en frío ulterior. Aunque
el material de grano grueso tiene mejor ductilidad, la no uniformidad de
la deformación de un grano a otro origina un problema en la apariencia
de la superficie. Por tanto, la selección del tamaño de grano es factor
determinado por la operación de formación en frío específica que se
utilizará.
24. Procesos de Trabajo en Frío y Caliente
Proceso de Deformación de Trabajo en Frio
Consiste en deformar el metal a
temperatura ambiente, bien sea
golpeándolo, o por trefilado o laminación.
Estos tratamientos incrementan la dureza
y la resistencia mecánica del metal y,
también, acarrean una disminución en su
plasticidad.
Un material se considera trabajado en frío si sus granos están en una
condición distorsionada después de finalizada la deformación plástica.
Todas las propiedades de un metal que dependan de la estructura
reticular se ven afectadas por la deformación plástica o por el trabajado
en frío.
25. Procesos de Trabajo en Frío y Caliente
Proceso de Deformación de Trabajo en Frio
Características
La resistencia a la tensión, la resistencia a la fluencia y la dureza
aumentan, mientras que la ductilidad, representada por el porcentaje de
alargamiento, disminuye
La distorsión de la estructura reticular impide el flujo de electrones y
disminuye la conductividad eléctrica. Este efecto es leve en metales
puros, pero apreciable en aleaciones
El incremento en energía interna, sobre todo en las fronteras de grano,
hace al material más susceptible a la corrosión intergranular, con lo cual
se reduce la resistencia a la corrosión. Una forma de evitar el
agrietamiento por el esfuerzo de corrosión es aliviar los esfuerzos
internos mediante un tratamiento térmico adecuado después del trabajo
en frío, y antes de poner al material en servicio.
26. Procesos de Trabajo en Frío y Caliente
Proceso de Deformación de Trabajo en Frio
Características
Los efecto puede de la deformación en frío pueden ser disminuidos o
eliminado mediante tratamiento térmico.
El material trabajado en frío puede mantenerse a estrechas tolerancias;
está libre de escamas superficiales, pero requiere de más potencia para
deformarse; por tanto, es más costoso producirlo.
27. Efectos del Trabajo en Frío sobre el Metal
El endurecimiento por deformación es un fenómeno
por el cual un metal dúctil se hace más duro y
resistente a medida que es deformado plásticamente.
A veces también se denomina acritud, o bien
endurecimiento por trabajo en frío, debido a que la
temperatura a la cual ocurre es "fría" en relación a la
temperatura de fusión del metal. La mayoría de los
metales se endurecen por deformación a temperatura
ambiente.
El fenómeno de endurecimiento por deformación se
explica en base a las interacciones entre los campos
de deformación de las dislocaciones. La densidad de
dislocaciones en un metal aumenta con la
deformación. En consecuencia, la distancia media
entre dislocaciones disminuye. En promedio, las
interacciones dislocación-dislocación son repulsivas.
El resultado neto es que el movimiento de una
dislocación es limitado debido a la presencia de otras
dislocaciones.
A medida que la densidad de dislocaciones aumenta, la resistencia al movimiento de
éstas debido a otras dislocaciones se hace más pronunciada. Así el esfuerzo
necesario para deformar el metal aumenta con el porcentaje de deformación en frio.
28. Efectos del Trabajo en Frío sobre el Metal
Características del Trabajo en Frío
Existen ventajas y limitaciones en el endurecimiento de un metal mediante el
trabajo en frío o endurecimiento por deformación:
1. Simultáneamente se puede endurecer el metal y producir la forma final
deseada.
2. Mediante el proceso de trabajo en frío es posible obtener tolerancias
dimensionales y terminados superficiales excelentes.
3. El proceso de trabajo en frío es un método económico para producir
grandes cantidades de pequeñas piezas, ya que no requiere de fuerzas
elevadas ni de equipo de conformado costoso.
4. Algunos metales, como el magnesio tienen un número limitado de sistemas
de deslizamiento y a temperatura ambiente son más bien frágiles; por lo
que sólo es posible realizar un grado reducido de trabajo en frío.
5. No existe crecimiento de grano ya que no hay oportunidad para el
crecimiento del grano.
Ocurre lo contrario, es decir, reducción de grano. Un 80% de reducción de
trabajo en frío hace que los granos se reduzcan en cinco veces el tamaño
original.
29. Efectos del Trabajo en Frío sobre el Metal
Mecanismos de Endurecimiento por Deformación
Cuando se aplica un esfuerzo superior al límite elástico, las dislocaciones empiezan
a deslizarse, generando un aumento en la densidad de dislocaciones en un metal al
incrementar el trabajo en frio. El movimiento de dislocaciones se limita debido a la
presencia de otras dislocaciones, a medida que la densidad de las dislocaciones
aumenta.
Para entender los mecanismos de endurecimiento es importante la relación entre el
movimiento de las dislocaciones y el comportamiento mecánico de los metales.
Debido a que la deformación plástica macroscópica corresponde al movimiento de
un gran número de dislocaciones, la capacidad de un metal para deformarse
plásticamente depende de la capacidad de las dislocaciones para moverse.
Puesto que la dureza y la resistencia (tanto a la deformación plástica como a la
tensión) están relacionadas con la facilidad con la cual la deformación plástica
puede ocurrir, la resistencia mecánica se puede aumentar reduciendo la movilidad
de las dislocaciones. Por lo tanto se requiere de grandes fuerzas mecánicas para
iniciar la deformación plástica. Por el contrario, si se facilita el movimiento de las
dislocaciones, mayor será la facilidad con que un metal podrá deformarse, y será
más dúctil y menos resistente.
30. Efectos del Trabajo en Frío sobre el Metal
Propiedades en Función del Porcentaje de Trabajo en Frio
El cambio de sus propiedades se debe a la deformación de los granos y a
las tensiones que se originan, cuando un metal ha recibido este tratamiento
se dice que tiene acritud. La acritud se caracteriza por que el metal adquiere
un aumento de dureza y este fenómeno es considerable, cuando mayor es
la deformación.
Comportamiento anisotrópico: A
lo largo del proceso de
deformación (rolado), los granos
giran y al mismo tiempo se
alargan, haciendo que ciertas
direcciones y planos
cristalográficos queden alineados.
En consecuencia, se desarrollan
orientaciones, es decir, texturas
preferenciales, causando un
comportamiento anisotrópico.
31. Efectos del Trabajo en Frío sobre el Metal
Propiedades en Función del Porcentaje de Trabajo en Frio
Esfuerzos residuales: Los esfuerzos residuales se desarrollan durante la
deformación. Una pequeña parte del esfuerzo aplicado quizás
aproximadamente el 10 % queda almacenada en el interior de la estructura
en forma de una intrincada red de dislocaciones. Los esfuerzos residuales
incrementan la energía total de la estructura.
Los esfuerzos residuales
no están uniformemente
distribuidos en todo el
metal deformado. Por
ejemplo, puede haber
altos esfuerzos
residuales a la
comprensión en la
superficie de una placa
laminada, mientras en su
centro quedan
almacenados esfuerzos
a la tensión elevados.
Los esfuerzos residuales también afectan la
capacidad de la pieza para soportar una carga, Si
se aplica un esfuerzo a la tensión a un material
que ya tenga esfuerzos residuales a la tensión, el
esfuerzo total actuando sobre la pieza es la suma
de los esfuerzos aplicado y residual. Pero sí están
almacenados esfuerzos a la compresión en la
superficie de una pieza metálica, un esfuerzo a la
tensión aplicado primero deberá equilibrar los
esfuerzos residuales a la compresión. Ahora la
pieza pudiera ser capaz de soportar una carga
mayor a la normal.
32. Efectos del Trabajo en Frío sobre el Metal
Dislocaciones
En los primeros estudios de los materiales se constató que la resistencia
teórica de un cristal perfecto es muy superior al valor medido
experimentalmente. Durante los años 30, se pensó que esta discrepancia
en la resistencia mecánica se podía explicar por la existencia de un tipo de
defecto lineal cristalino que desde entonces se ha llamado dislocación. Sin
embargo, no fue hasta la década de los cincuenta cuando fue confirmada la
existencia de tal defecto mediante observación directa con el microscopio
electrónico de transmisión. Desde entonces se ha desarrollado una teoría
de dislocaciones.
33. Efectos del Trabajo en Frío sobre el Metal
Dislocaciones
Los dos tipos básicos de dislocaciones son la dislocación de borde y la
dislocación de tornillo.
En una dislocación de borde, existen distorsiones localizadas de la red
alrededor del borde de un semiplano adicional de átomos, el cual también
define la dislocación
34. Efectos del Trabajo en Frío sobre el Metal
Dislocaciones
Una dislocación de tornillo puede ser visualizada como el resultado de una
distorsión de cizalladura; la línea de la dislocación pasa a través del centro
de una espiral, formada por rampas de planos atómicos. Muchas
dislocaciones en los materiales cristalinos tienen tanto componentes de
tornillo como de borde; entonces se denominan dislocaciones mixtas.
35. Efectos del Trabajo en Frío sobre el Metal
Dislocaciones
La deformación plástica corresponde al movimiento de un gran número de
dislocaciones. Una dislocación de borde se mueve en respuesta a una
cizalladura aplicada en una dirección perpendicular a la línea de la
dislocación; la mecánica del movimiento de las dislocaciones se muestra en
la Figura:
36. Efectos del Trabajo en Frío sobre el Metal
Dislocaciones
El proceso mediante el cual se produce la deformación plástica por el
movimiento de dislocaciones se denomina deslizamiento. El plano a lo largo
del cual se mueve la dislocación se denomina plano de deslizamiento, tal
como se indica en la Fig. 5. La deformación plástica macroscópica
corresponde simplemente a la deformación permanente que resulta del
movimiento de dislocaciones, o sea deslizamiento, en respuesta a una
tensión de cizalladura aplicada.
Virtualmente todos los materiales contienen algunas dislocaciones que son
introducidas durante la solidificación, la deformación plástica, o como
consecuencia de tensiones térmicas que resultan del enfriamiento rápido. El
número de dislocaciones, o sea la densidad de dislocaciones de un material,
se expresa como la longitud total de dislocación por unidad de volumen o, lo
que es equivalente, al número de dislocaciones que cruza la unidad de área
de una sección al azar. Las unidades de densidad de dislocación son
milímetros de dislocación por milímetro cubico o sencillamente por
milímetro.
37. Efectos del Trabajo en Frío sobre el Metal
Dislocaciones
Varias características de las dislocaciones son importantes con respecto a
las propiedades mecánicas de los metales. Estas incluyen los campos de
tensiones que existen alrededor de las dislocaciones, los cuales determinan
la movilidad de éstas, así como su capacidad para multiplicarse.
Cuando los metales son deformados plásticamente, una fracción de la
energía de deformación (aproximadamente 10%) es retenida internamente;
el resto es disipado en forma de calor. La mayor proporción de esta energía
almacenada es en forma de energía de deformación asociada con
dislocaciones. Existe una distorsión de la red de átomos alrededor de la
línea de la dislocación debido a la presencia del plano extra de átomos.
Como consecuencia, existen regiones en las cuales se producen
deformaciones de la red de compresión, de tracción y de cizalladura sobre
los átomos vecinos.
38. Efectos del Trabajo en Frío sobre el Metal
Dislocaciones
Estas distorsiones de la red pueden ser consideradas como campos de
deformaciones que irradian a partir de la línea de la dislocación. Las
deformaciones se extienden en los átomos vecinos, y su magnitud
disminuye con la distancia radial a la línea de la dislocación.
39. a) Laminación en frío
Es un proceso similar al de laminación en caliente:
nos ahorramos el calentamiento del material, pero ello
conlleva que la capacidad de deformación es mucho
menor.
Sin embargo se consiguen mejores acabados tanto
en calidad superficial como en dimensiones., con
mejores precisiones y muy buena calidad superficial.
Técnicas de Deformación para trabajo en Frio
Efectos del Trabajo en Frío sobre el Metal
b) Estampación en frío
Se introduce chapa entre dos matrices y se deforma
mediante golpe de prensa, en uno o varios pasos
progresivamente. De esta forma se fabrican por
ejemplo gran parte de los componentes metálicos de
la carrocería del coche.
40. c) Extrusión en frío
Se utiliza el mismo procedimiento que para la
extrusión en caliente. Al igual que en otros
procedimientos, en frío estamos limitados en la
deformación a conseguir, por lo que se emplea en
materiales dúctiles (plomo, estaño, aluminio, cobre,
...), pero mejora la precisión y la calidad superficial.
Técnicas de Deformación para trabajo en Frio
Efectos del Trabajo en Frío sobre el Metal
d) Doblado y curvado
Planchas, tubos o alambres son deformados entre un
punzón y una matriz. Si el radio de curvatura de la
deformación es pequeño, se llama plegado, y si es
grande curvado.
41. e) Embutición
El objetivo de este procedimiento es conseguir
piezas con una forma similar a la de una matriz
definida. Para ello se coloca una plancha de
material sobre una matriz y mediante el golpe del
punzón o por medio de presión, se consigue la
forma deseada.
Técnicas de Deformación para trabajo en Frio
Efectos del Trabajo en Frío sobre el Metal
f) Trefilado
Consiste en disminuir de forma progresiva la
sección de un alambre o varilla (normalmente
de menos de 6 mm de diámetro) haciéndolo
pasar mediante tracción por un orificio con la
sección deseada.