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.

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:

• 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.

• 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

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.

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

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

	Rockwell B	Rockwell B	Rockwell B
Entrega	78	79	81,5
Recocida	31,5	34,5	33,5
20%	77	75,5	80
40%	85	86	86
60%	92	94	89
80%	88	89	92

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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.

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.

• 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.

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.