Tratamiento térmico de recocido de regeneración

UNIVERSIDAD DEL ZULIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE MECÁNICA
CÁTEDRA: Materiales para Ingeniería
INFORME
Práctica Nº 2
TRABAJO EN FRIO − TRATAMIENTO TERMICO DE RECOCIDO DE REGENERACION
Maracaibo, Julio de 2004.
INTRODUCCION
En el siguiente informe se estudiará el comportamiento de dos temas principales en la asignatura de
Materiales para Ingeniería como los es el trabajo en frío y el recocido de regeneración. Estos dos temas son de
gran importancia ya que mediante ellos se le puede propinar a cualquier material, en este caso el latón, las
características de forma y de microestructura que se desee, dependiendo de las necesidades que se presenten.
El trabajo en frío, o mejor conocido como laminación, se utiliza para deformar y endurecer el latón
simultáneamente; estos trabajos de mucha utilidad en cuanto a piezas pequeñas y además se obtienen
excelentes tolerancias dimensionales y acabados superficiales a través de este proceso. Estos trabajos se
realizaron mediante la utilización de una maquina especial denominada laminadora, la cual se define
posteriormente.
El recocido de regeneración, el cual se realizó en un horno de recocido, se emplea para eliminar los efectos
del endurecimiento causados por la laminación.
MARCO TEÓRICO
TRABAJO EN FRÍO
El trabajo en frío o labrado en frío es el proceso de esforzamiento o deformación de un material en la región
plástica del diagrama esfuerzo − deformación, sin la aplicación deliberada de calor.
El trabajo (o labrado) en frío significa la conformación de un metal a baja temperatura (por lo general, la
temperatura del ambiente).
El trabajo en frío da por resultado un gran incremento en la resistencia de fluencia, acrecienta la resistencia
última y la dureza, y disminuya la ductilidad.
LAMINACIÓN EN FRÍO
Es un proceso cuyo objetivo de este proceso es obtener chapas finas por medio de la reducción a frío
controlada, garantizando al producto homogeneidad de espesor, planicidad y rugosidad adecuada a las etapas
siguientes.
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La reducción del espesor se obtiene a través de los esfuerzos de compresión y tracción realizados por cilindros
de laminación.
RECOCIDO
Es un tratamiento térmico en el cual se reduce la dureza de una microestructura con acritud mediante
permanencia a temperatura elevada. Con el fin de poder apreciar detalles de la evolución microestructural
correspondiente a este tratamiento, es necesario analizar el significado de los siguientes cuatro términos:
acritud, restauración, recristalización y crecimiento de grano.
La acritud significa deformación mecánica de un material a temperaturas relativamente bajas. El área de
acritud se define en relación a la reducción relativa del área de la sección transversal del material, causada por
procesos como el laminado. Mientras mas aumente el grado de acritud, la dureza y resistencia del material
aumentan. Este proceso se denomina endurecimiento por acritud. El mecanismo responsable de este tipo de
endurecimiento se basa en la resistencia a la deformación plástica opuesta por la elevada densidad de
dislocaciones que se generan durante el proceso de deformación en frío.
La restauración es la etapa más sutil del recocido. En esta etapa no existe ningún cambio en la
microestructura. Sin embargo, la movilidad de los átomos es la suficiente para disminuir la concentración de
defectos puntuales en el interior de los granos y, en algunos casos, permitir el movimiento de las dislocaciones
hacia posiciones menos energéticas. Este proceso lleva asociada una modesta disminución de dureza y puede
ocurrir a temperaturas justo por debajo de las necesarias para producir cambios significativos en la
microestructura.
La recristalización es el resultado desde el punto de vista microestructural de una permanencia de
temperaturas en la cual la movilidad de los átomos es la suficiente para afectar a las propiedades mecánicas.
Se nuclear nuevos granos equiaxiales y libres de tensiones en las regiones de la microestructura con acritud
sometidas a elevadas tensiones. Estos granos crecen al mismo tiempo hasta que llegan a constituir la totalidad
de la microestructura. En esta etapa el tamaño de grano disminuye con el grado de acritud.
Crecimiento de grano. La microestructura que se obtiene durante la recristalización aparece de forma
espontánea. Dicha microestructura es estable en comparación con la estructura correspondiente al estado
original con acritud. Sin embargo, la microestructura de recristalización contiene una elevada concentración
de bordes de grano. La reducción de esas entrecaras de alta energía constituye un método para lograr una
mayor estabilización de un sistema.
HORNOS PARA RECOCIDO
Son hornos diseñados para alcanzar temperaturas de trabajo de 1.100º C −1.400º C máximas capaces de
provocar el cambio necesario en la estructura metalográfica del metal a tratar. En la versión de horno
eléctrico, se prevee una entrada de gas protector (generalmente nitrógeno) a la cámara de tratamiento con el
fin de proteger a las piezas a tratar contra la descarburación.
Cuando se trata de hornos a combustibles líquidos o gaseosos, la regulación del circuito de combustión
permite obtener en la cámara de tratamiento una atmósfera oxidante, neutra o reductora.
Hornos de Recocido
OBJETIVOS
• Estudiar el efecto del trabajo en frío en algunos materiales sobre:
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♦ Microestructura (Deformación de los granos, orientación, tamaño de grano)
♦ Correlacionar la microestructura con los cambios en las propiedades mecánicas (Dureza,
Resistencia a la Tracción) debido al trabajo en frío.
• Estudiar el efecto del tratamiento térmico de regeneración (Recuperación, Recristalización, Crecimiento de
grano), sobre la microestructura y propiedades mecánicas (Dureza, Resistencia a la Tracción) de algunos
materiales.
MATERIALES
Barra rectangular de aleación 70% Cu y 30% Zn (Latón 70/30).
Laminadora.
Horno de Recocido.
Microscopio Metalográfico.
Lijas para desbaste.
REACTIVOS DE ATAQUE
REACTIVO I
17% Ácido Fosfórico
17% Ácido Acético
66% Ácido Nítrico
REACTIVO II
50 ml. Hidróxido de Amonio
50 ml. Agua Destilada
X ml. Peróxido de Hidrógeno
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
• Tomar una muestra del extremo de la barra, prepararla para el análisis metalográfico, tomar fotografía
a 100x y 200x, luego medir dureza.
• Seccionar la barra en tres partes iguales de longitud. Someterla a deformación plástica por laminación
con los siguientes porcentajes de laminación (en base a su espesor): 20%, 40%, 60% y 80%.
• Preparar las muestras laminadas para análisis metalográfico, tomar fotografías a 100x y 200x, medir
dureza.
• Aplicar tratamiento térmico de Recocido de Regeneración a las muestras laminadas a una temperatura
de 650 ºC y durante un tiempo de permanencia en el horno de 1 hora.
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• Preparar las muestras recocidas para análisis metalográficos, tomar fotografías a 100x y 200x, medir
dureza.
OBSERVACIONES
• Las muestras serán laminadas de tal manera que las superficies a preparar metalográficamente estén
perpendicular a la superficie de los rodillos del laminador.
• La superficie a preparar para análisis metalográfico serán en todos los casos, la sección transversal de
la barra.
• Realizar como mínimo cinco mediciones de dureza, que no presenten una diferencia a ± 5 unidades de
dureza.
RESULTADOS OBTENIDOS
FOTOS 1 Y 2
Fotos tomadas a 200x y 400x, respectivamente.
Latón antes de ser sometido a laminación.
En este estado el espesor de la barra es de 12.2 mm.
FOTOS 3 Y 4
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Fotos tomadas a 200x y a 400x, respectivamente.
Latón después de ser sometido a Recocido.
El tratamiento térmico del recocido se realizó a una temperatura de 650 ºC durante un intervalo de tiempo de
1 hora.
FOTOS 5 Y 6
Fotos tomadas a 200x y 400x, respectivamente.
Latón sometido a 20% de laminación.
En este estado el espesor disminuyo a 9.6 mm.
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FOTOS 7 Y 8
Fotos tomadas a 200x y a 400x, respectivamente.
Latón sometido a 40% de laminación.
En este estado el espesor de la barra fue de 7.2 mm.
FOTOS 9 Y 10
Fotos tomadas a 200x y 400x, respectivamente.
Latón sometido a 60% de laminación.
En este estado el espesor de la barra midió 5 mm.
FOTOS 11 Y 12
6
Fotos tomadas a 200x y 400x, respectivamente.
Latón sometido a 80% de laminación.
En este estado el espesor de la barra es de 2.5 mm.
A continuación se presenta un cuadro del comportamiento de la dureza de la barra de latón en sus diferentes
estados
Entrega
Recocida
20%
40%
60%
80%
Rockwell B
78
31,5
77
85
92
88
Rockwell B
79
34,5
75,5
86
94
89
Rockwell B
81,5
33,5
80
86
89
92
:
PREGUNTAS
Qué efecto produce el trabajo en frío en la microestructura del latón
Durante la deformación, los granos giran alargándose también, causando que algunas direcciones y planos
cristalográficos se alineen. En consecuencia, se desarrollan orientaciones preferenciales o texturas. Este efecto
produce un comportamiento anisotrópico.
En procesos como el laminado, se produce tanto direcciones como planos preferenciales, generando una
textura de capas superpuestas.
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Las propiedades de una hoja laminada dependen de las direcciones en las que aplicamos el esfuerzo. Si la hoja
o lamina esta orientada adecuadamente con el esfuerzo aplicado durante su uso, se puede conseguir altas
resistencias. S in embargo puede ocurrir una falla prematura si aplicamos un esfuerzo en dirección diferente.
La textura, como podría esperarse, se hace más intensa cuando se incrementa la cantidad de deformación.
Explique como influye la cantidad de trabajo en frío sobre la ductilidad, resistencia y dureza del latón.
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 dependa de la estructura reticular se
ven afectadas por la deformación plástica o por el trabajo en frío. La resistencia a la tensión, la resistencia a la
cadencia o fluencia y la dureza aumentan, mientras que la ductilidad, representada por el porcentaje de
alargamiento, disminuye. La dureza suele aumentar en el primer 10% de reducción, en tanto que la resistencia
a la tensión aumenta más o menos linealmente. La resistencia a la cedencia aumenta más rápidamente que la
resistencia a la tensión, así que a mayor intensidad de deformación plástica, el intervalo entre las resistencias
de cedencia y de tensión disminuye.
Como influiría en incremento de porcentaje de laminación en la dureza, resistencia a la tracción, fluencia,
fatiga, ductilidad y tenacidad del latón.
El incremento del % de laminación en el latón va aumentando la dureza respectivamente, aumentando así
también la resistencia a la tracción, la ductilidad disminuye, por eso también disminuye la resistencia a la
fluencia y a la fatiga.
Cual es la influencia del tratamiento térmico de recocido de regeneración con respecto a la microestructuras y
dureza del latón
El tratamiento de recocido de regeneración influye en la dureza del latón disminuyéndola, ya que elimina los
efectos de trabajo en frío, y en la microestructura regenera el tamaño del grano a su forma inicial.
Cómo influiría un incremento y una disminución de la temperatura y del tiempo del tratamiento del recocido
de regeneración del latón
El recocido de regeneración se realiza para eliminar los efectos residuales producidos mediante el trabajo en
frío, esto se hace a una temperatura determinada; y se incrementa esta temperatura se cambiarían las
propiedades mecánicas del material ya que estaríamos por encima de la temperatura de recristalización y no es
lo deseado el proceso de recocido; de lo contrario si se disminuye la temperatura del recocido de regeneración
no se eliminarían todas las tensiones internas del material que se produjeron en el trabajo en frío y no
obtendríamos los efectos deseados.
Defina trabajo en frío y explique sus ventajas y limitaciones.
Es una deformación de un metal por debajo de la temperatura de recristalización, durante el trabajo en frío
aumenta el numero de dislocaciones, haciendo que el metal endurezca al mismo tiempo que se modifica su
forma.
Ventajas y limitaciones.
• Se puede simultáneamente endurecer el metal mientas le damos la forma final deseada.
• Se obtienen excelentes tolerancias dimensionales y acabados superficiales a través del proceso de
trabajo en frío.
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• El proceso de trabajo en frío es un método de bajo costo para producir grandes cantidades de piezas
pequeñas.
• La ductilidad, la conductividad eléctrica y la resistencia a la corrosión se deterioran por el trabajo en
frío. Sin embargo, el trabajo en frío reduce la conductividad eléctrica en menor grado que los demás
procesos de endurecimiento.
• Los esfuerzos residuales y el comportamiento anisotrópico pueden generarse durante el trabajo en
frío.
Explique los factores más importantes que afectan el proceso de recristalización en los metales y aleaciones.
Se consideran tres factores importantes cuando se selecciona un tratamiento térmico de recocido: temperatura
de recristalización, tamaño de los granos recristalizados y temperatura de crecimiento del grano.
Temperatura de recristalización: en ellas influyen diversas variables del procesamiento.
• La temperatura de recristalización disminuye cuando se incrementa la cantidad de trabajo en frío, Un
tamaño menor de grano original trabajado en frío reduce también la temperatura de recristalización al
generar mas lugares con alta densidad de dislocaciones (los anteriores limites de grano).
• Los metales puros se recristalizan a temperaturas menores a las aleaciones endurecidas por solución sólida.
• Al incrementar el tiempo de recocido se reduce la temperatura de recristalización. Por eso hay mayor
tiempo disponible para la nucleación y el crecimiento de nuevos granos recristalizados.
• La temperatura de recristalización depende de la aleación. Por lo común las aleaciones de mayor punto de
fusión tienen una temperatura mayor a la temperatura de recristalización
Tamaño del grano recristalizado: Existen algunos factores que influyen también en el tamaño de los granos
recristalizados. La reducción de la temperatura de recocido, el tiempo para lograrla o el tiempo de recocido
reducen el tamaño del grano minimizando las posibilidades de crecimiento de grano.
Temperatura de crecimiento del grano: La duración y el costo del tratamiento suelen reducirse
considerablemente si se realiza a temperaturas mayores. Sin embargo, debe prevenirse el crecimiento del
grano. Esta también se aplica a otros tipos de tratamientos térmicos.
Explique las tres etapas del recocido de regeneración.
Recuperación: es un tratamiento térmico de baja temperatura diseñado para reducir los esfuerzos residuales.
Recristalización: ocurre por la nucleación y el crecimiento de nuevos granos que contienen pocas
dislocaciones. Cuando el metal es calentado por encima de la temperatura de recristalización
aproximadamente 0.4 veces la temperatura absoluta de fusión del metal, la recuperación rápida elimina los
efectos residuales y produce la estructura de dislocaciones poligonizadas.
Crecimiento de grano: a temperaturas de recocido muy grandes, la energía asociada con la excesiva área del
borde del grano, sumada a la energía de las dislocaciones atrapada en los bordes, hace a la estructura fina
inestable a temperaturas altas. Para reducir esta energía los granos empiezan a crecer y ciertos granos eliminan
a los más pequeños.
CONCLUSION
Después de haber analizado dichos procesos y de haber tenido la oportunidad de realizar la práctica, llegamos
a la conclusión de que estos son de suma importancia en el campo de la ingeniería.
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Por ejemplo el trabajo en frío; como en la practica trabajamos con piezas pequeñas fue de mucha utilidad y
nos permitió hacer un laminado con varios porcentajes permitiendo que el proceso fuese menos costoso,
rápido de realizar, con la única desventaja de que el latón se endureció; pero para darle la ductilidad deseada
también se realizo un recocido de regeneración para eliminar tensiones y permitirle al material ganar la
tenacidad requerida.
También se pudo observar que mediante el tratamiento de recocido se aumenta el tamaño de grano y su
ductilidad, además realizando un nuevo tratamiento de recocido es posible que la microestructura del material
vuelva a su estado original.
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