Tecnologia de los materiales

Endurecimiento por deformación y recocido

Relación entre el trabajo en frío y la curva esfuerzo-deformación unitaria

Si a una pieza de un determinado material se le aplica un esfuerzo (1 superior al límite elástico, se causa una deformación permanente, una deformación (1. Si con esta misma pieza, que ha sido sujeta al esfuerzo (1, se hace un ensayo de tensión al material, seencontrara que comenzara a deformarse plásticamente, a fluir, a un valor del esfuerzo (1. Se define el esfuerzo de fluencia como el esfuerzo necesario para iniciar el flujo plástico en el material ya deformado. Así, (1 es ahora el esfuerzo de fluencia del material. Cada vez que se aplique un esfuerzo más alto, se incrementarán tanto el límite elástico como la resistencia a la tensión y la ductilidad sereducirá. Si se sigue endureciendo el metal hasta que se igualen el límite elástico y la resistencia a la tensión y a la ruptura, ya no existe ductilidad. En este punto, ya no será posible volver a deformar el metal.
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Aplicando un esfuerzo que sobrepase el límite elástico original del metal, hemos endurecido por deformación, se ha trabajado en frío el metal, y al mismo tiempo sedeforma haciendo que adquiera una forma más útil.
Esta es la base de muchas técnicas de manufactura como el trefilado. Para moldear y endurecer al mismo tiempo un material por trabajo en frío, se usan muchas técnicas; por ejemplo, el laminado se usa para producir placas, laminas u hojas de metal. El forjado deforma los metales en la cavidad de una matriz, dado, troquel o molde, produciendoformas relativamente complicadas. En el trefilado o estirado se tira de una varilla metálica a través de un dado para producir un alambre o una fibra. En la extrusión, un material metálico se empuja a través de un dado para obtener productos de sección transversal uniforme, como varillas, tubos, o molduras de aluminio. El estampado profundo, se usa para formar el cuerpo de las latas de aluminiopara bebidas. El moldeo por estiramiento y el doblado se usan para conformar o moldear materiales en láminas.

Laminado

Forjado (matriz abierta y cerrada)

Extrusión (directa e indirecta)

Trefilado o estirado de alambre

Mecanismos de endurecimiento por deformación

Se obtiene el endurecimiento por deformación de un metal incrementando el número de dislocaciones. Antes de ladeformación, la densidad de dislocaciones es aproximadamente 106cm de líneas de dislocación por centímetro cúbico, esta es una concentración relativamente pequeña de dislocaciones.
Al aplicar un esfuerzo superior al límite elástico, las dislocaciones empiezan a deslizarse. Finalmente, una dislocación que se mueve sobre su plano de deslizamiento encontrará un obstáculo que fija los extremosde la línea de dislocación. Al continuar aplicando el esfuerzo, la dislocación trata de moverse arqueándose en el centro. La dislocación puede moverse tanto que produzca un lazo. Cuando finalmente la dislocación se toca a sí misma, se crea una dislocación nueva. La dislocación original sigue fija en sus extremos y podrá formar anillos de dislocación adicionales. Este mecanismo de generación dedislocaciones se llama fuente de Frank-Read.

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La densidad de dislocaciones puede incrementarse hasta 1012cm líneas de dislocación por centímetro cúbico de metal. Cuantas más dislocaciones existan, es más probable que interfieran unas con otras y que el metal tenga mayor resistencia.
Los cerámicos pueden contener dislocaciones e incluso pueden endurecerse por deformación enuna pequeña cantidad. Sin embargo, en los cerámicos las dislocaciones no son muy móviles. El resultado es que los cerámicos se comportan como materiales frágiles, y no es posible deformarlos y endurecerlos significativamente por trabajo en frío; la deformación puede ocurrir a temperaturas elevadas, aunque causada por deslizamiento de granos y otros fenómenos. De igual modo, materiales con...