Recuperación y Recristalización Consecuencias de la deformación plástica (trabajado en frío):...
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Recuperación y Recristalización
Consecuencias de la deformación plástica (trabajado en frío):
Dislocaciones en Al deformado 8% en frío
Deards, 1992
Antes de la deformación
Después de la deformación
A. Aumento de la densidad de dislocaciones (aumento de la dureza y pérdida de
ductilidad)
B. Deformación de granos
Castro Riglos (CAB) 2010
Procesos comunes para modificar la forma de un material:
laminado
trefilado
Producen granos deformados y con alta densidad de dislocaciones
Microscopía Electrónica de Transmisión
Tubos laminados de ZrNb para Reactor Nuclear de Embalse
Microscopía Electrónica de Transmisión
Dislocaciones en tubos laminados de ZrNb para Reactor Nuclear de Embalse
Centro Atómico Bariloche – Centro Atómico Ezeiza
α-Cu-Zn
Fe-0.3-0.4%C
Endurecimiento por trabajado (deformación plástica)
Callister
pérdida de ductilidadaumento de la tensión de fluencia
Aumento de la densidad de dislocaciones por deformación
Material recocido: 1010 m/m3
Material fuertemente deformado: 1015 m/m3
Energía acumulada en dislocaciones: ∆E (1/2) Gb2 ∆
G b ∆Eacero 75 GPa 0,2 nm 15 J/mol
Proceso/ reacción Energía j/moloxidación 106
Solidificación (sobreenfriamiento de 1K)
8 - 22
Transformación polimórfica(sobreenfriamiento de 1K)
1 - 8
Energía acumulada por deformación plástica
15
coarsening 0,7 - 7
1. Recuperación
Eliminación de defectos puntuales y aniquilación y reacomodamiento de dislocaciones sin cambios en el tamaño de grano.
2. Recristalización
Crecimiento de granos libres de dislocaciones sobre granos deformados (movimiento de bordes de grano). La fuerza impulsora es la reducción de energía elástica almacenada en dislocaciones.
3. Crecimiento de grano
La fuerza impulsora es la reducción de la energía de superficie de los bordes de grano.
¿Cómo recuperar ductilidad?Se realiza un recocido a alta temperatura (T > TF /3), para activar la difusión. Existen tres procesos diferenciados que pueden ocurrir durante el recocido:
Fuente: Bhadeshia
Repulsión Atracción
Aniquilación
1. Recuperación
Trepado + deslizamiento
Deslizamiento
1. Aniquilación de dislocaciones de signo opuesto
2. Redistribución de dislocaciones hacia configuraciones de menor energía.
1. RecuperaciónMovilidad de dislocaciones se activa con
temperatura.
Poligonización
2. Recristalización:
Nucleación y crecimiento de nuevos granos libres de dislocaciones.
Estimulada por la inhomogenidad de la densidad de dislocaciones
http://www.youtube.com/watch?v=Cy_rYNc0UAY
t = 0s t = 3s, 580ºC
t = 4s, 580ºC t = 8s, 580ºC
t = 15 min, 580ºC t = 10 min, 700ºC
Estado inicial:Trabajado (deformado) en frío.
Callister
2. Recristalización
Grano sin dislocaciones creciendo hacia granos con alta densidad de dislocaciones
Efecto de la temperatura sobre el proceso de recristalización
Al-Mg-Mn
Imágenes tomadas luego de un tiempo fijo de recocido, a temperaturas progresivamente mayores.
Los granos recristalizados son claros; los granos deformados son oscuros.
Aumenta la fracción de volumen recristalizada con la temperatura de recocido.
T
Efecto del tiempo y la temperatura sobre la recristalización
t
% rec.T1 > T2 > T3 > T4
1 2 3 4
1/ = A exp (-Q/kT)
Definición Temperatura de recristalización: es la temperatura para la cual la recristalización es completa luego de 1 hora de recocido.
Temperatura de recristalización vs. grado de deformación en frío
Fe
Callisterrecuperación recristalización
Callister
Metal Temperatura de recristalización (K)
Temperatura de fusión (K)
Plomo (Pb) 269 600
Estaño (Sn) 269 505
Cinc (Zn) 283 693
Aluminio (Al) 353 933
Cobre (Cu) 393 1358
Latón (Cu-Zn) 748 1173
Niquel (Ni) 643 1728
Hierro (Fe) 723 1811
Tungsteno (W) 1473 2683
Temperaturas de recristalización
Tamaño del grano recristalizado vs. grado de deformación en frío
Ashby-Jones II
recuperación recristalización
http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/abstracts/recrystallise.grain.size.html G. Hopkin and H. K. D. H. Bhadeshia
83% deformación 89% deformación
93% deformación
Variación del tamaño de grano recristalizado con la deformación inicial
Resumen: recuperación y recristalización
Deformación en frío
Recuperación (poligonalización) Recristalización
Material recristalizado por completo: granos con poca deformación
Ashby-Jones II
Efecto de la recuperación y recristalizacion sobre las propiedades mecánicas
Callister
Arrastre de Zener: como controlar el crecimiento de grano:
Bhadeshia
Arrastre de Zener: fuerza de arrastre de un precipitado
r
F = sin () 2 r cos ()
Fmax = r
Fmax = r
Bhadeshia
N : densidad de partículas por unidad de volumen
f: fracción de volumen; f = (4/3) r3. N
: densidad de partículas por unidad de área; = 2 r N = 3f / 2r2
Fuerza de arrastre (P):
P = Fmax . = r 3 f / 2 r2
P = 3 f / 2 r
Arrastre de Zener: Fuerza de arrastre por una fracción de volumen f de precipitados esféricos de radio r
Bhadeshia
10 ppmw oxygen 110 ppmw oxygen 140 ppmw oxygen
270 ppmw oxygen 350 ppmw oxygen 560 ppmw oxygen
Efecto de la densidad de partículas sobre el tamaño de grano recristalizado
Bhadeshia