UNIDAD 4
RECUPERACIÓN
Y
RECRISTALIZACIÓN
UNIDAD 4: RECUPERACION Y RECRISTALIZACION (RECOCIDO)
Objetivo: Explicar los diferentes fenómenos
recristalización que suceden en materiales
de
recuperación
y
¿Por qué estudiar los procesos de deformación y recocido?
- Porque la gran mayoría de los artefactos metálicos están
elaborados mediante deformación (conformado).
- Porque ocupando los procesos de deformación y recocido puede
modificarse la estructura cristalina y por tanto las propiedades
mecánicas de los materiales.
Cuando un metal a sufrido deformación plástica se dice que tiene acritud
Recocido:
Recuperación
Recristalización
Tiempo
Crecimiento
de grano
Temperatura de trabajo en frío
Una regla empírica aproximada es suponer que la deformación plástica
corresponde al trabajo en frío si este se efectúa a temperaturas menores de la
mitad del punto de fusión medido sobre una escala absoluta.
Laminado
Forjado
Trefilado
Extrusión
Conformado:
Laminado
(rolado)
Forjado
Extrusión
Trefilado
Embutido
Estirado
Doblado
Disipación en forma de calor
Energía del trabajo mecánico
Energía de deformación (10%)
Características del trabajo en frío:
-Durante el trabajo en frío solo el 10% de la energía es ocupada en deformación
el resto se transforma en calor.
-Elevada densidad de dislocaciones (108–1012 líneas de dislocación/cm2)
- Simultáneamente se endurecer el metal y producir la forma deseada
- Es un método económico para producir grandes cantidades de pequeñas
piezas ya que no se requieren de fuerzas elevadas ni de equipos de
conformado costosos.
- Durante el trabajo en frío la ductilidad, la conductividad eléctrica y la
resistencia a la corrosión se deterioran.
- Los esfuerzos residuales y el comportamiento anisotrópico adecuadamente
controlados pueden ser benéficos.
- Algunas técnicas de procesamiento por deformación solo pueden efectuarse si
se aplica trabajo en frío (es decir, si la deformación endurece el material)
Efecto del trabajo en frío sobre las propiedades y microestructura
Efecto del trabajo en frío sobre las propiedades y microestructura
Efecto del trabajo en frío sobre las propiedades y microestructura
Ejercicio: Una barra de Aluminio 6061 de 20 cm de largo y 3 cm de diámetro, se
somete en una primera etapa a una deformación de 2%, luego se retira
completamente la carga:
¿Qué fuerza debió aplicarse a la pieza?
¿Cuál es el esfuerzo a la fluencia que podría soportar, la pieza deformada?
¿Qué largo posee ahora la pieza?
Energía almacenada del trabajo en frío:
•La energía almacenada en el
material es pequeña menor al 10%.
•Se generan defecto (puntuales,
lineales y planares) en el material.
•Se estima que entre el 80-90% de
la energía almacenada se debe a
la generación de dislocaciones.
•Se
generan
elásticas.
deformaciones
•Se estima que entre el 5-10% de
la energía almacenada se debe a
deformación elástica.
Energía almacenada del trabajo en frío:
Cuando una aleación se deforma plásticamente, se producen defectos en la
red cristalina, y estos defectos, junto con la deformación elástica sirven
como mecanismos para el almacenamiento de energía en la aleación.
a) Mecanismos de almacenamiento de energía
- Deformación elástica: la energía de deformación elástica representa
solamente de un 5 a 10% de la energía total que se ha almacenado
Energía 
1
2
  
1
E
2
2
- Defectos reticulares: durante el trabajo en frío se producen dislocaciones,
vacancias, átomos intersticiales, fallas de apilamiento y límites de maclas.
Variables que afectan la cantidad de energía almacenada
Entre las principales variables que afectan la energía almacenada
durante el trabajo en frío son:
- Pureza: la adición de átomos de impurezas a un metal incrementa la cantidad
de energía almacenada (aparentemente estos átomos estorban el movimiento de
las dislocaciones y se multiplican)
- Deformación: los procesos más complejos de deformación producen energías
almacenadas más altas (Una tensión simple activa solo dos planos de
deslizamiento en un metal FCC, mientras que la extrusión activará el
deslizamiento en las cuatro posibles familias de planos de deslizamiento)
- Temperatura: la deformación a temperatura más baja incrementa la cantidad
de energía almacenada (mayor interacción entre defectos)
- Tamaño de grano: la cantidad de energía almacenada se incrementa al
disminuir el tamaño de grano (la densidad de dislocaciones producidas por
deformación es inversamente proporcional al tamaño de grano)
Recocido
Tratamiento cuyo objeto es destruir mediante un calentamiento, la estructura
distorsionada por el trabajo en frío y hacer que adopte una forma libre de
deformaciones (es un tratamiento térmico diseñado para eliminar los efectos
del trabajo en frío).
Este proceso se realiza totalmente en el estado sólido, y el calentamiento va
seguido normalmente de un enfriamiento lento en el horno desde la
temperatura de trabajo.
El proceso de recocido puede dividirse en tres fases:
 Restauración o recuperación
 Recristalización
 Crecimiento de grano.
 Restauración o recuperación: Todos los fenómenos de recocido que se
presentan antes de la aparición de granos nuevos sin deformación.
 Recristalización: Es la nucleación de los granos nuevos sin deformación
 Crecimiento de grano: Consumo gradual de la matriz trabajada en frío
debido el crecimiento de estos granos.
RECOCIDO / RESTAURACIÓN
a).- Liberación de la energía almacenada
Restauración o recuperación
b).- Restauración de la resistividad eléctrica
c).- Restauración de las propiedades mecánicas
d).- Restauración de la estructura:
Disminución de defectos puntuales
Movimiento de las dislocaciones (poligonización)
a) Liberación de energía almacenada (calorimetría)
Níquel
Cobre
(1) Resistividad elec.
(1) Dureza
(2) Densidad
(2) Resistividad elec.
(3) Energía liberada
(3) Energía liberada
b) Restauración de la resistividad
Cuando se eleva la temperatura, se observa una disminución de la
resistividad, lo que puede atribuirse a la migración y eliminación de
vacancias y una reducción de la densidad de dislocaciones
Níquel 99,85% (70%
deformación)
(1) resistividad eléctrica
(2) densidad
(3) energía almacenada
c) Restauración de las propiedades mecánicas
 Las propiedades mecánicas son poco sensibles a los defectos puntuales,
ya que solo la agrupación de vacancias provocan un endurecimiento.
 La evolución de las propiedades mecánicas dependen fundamentalmente
del comportamiento de las dislocaciones
 Metales de baja energía de falla de apilamiento : las propiedades
mecánicas solo evolucionan en la etapa de recristalización (aleaciones de
cobre, níquel)
 Metales con alta energía de falla de apilamiento (donde es más fácil una
reordenación importante de las dislocaciones) se produce una restauración
notable de las propiedades mecánicas antes de la recristalización (Fe)
d) Restauración de la estructura (microscopía óptica, electrónica y
DRX)
La variación de la estructura se puede observar en metales donde se produce
la restauración de las propiedades mecánicas antes de la recristalización
(metales con alto valor de energía de falla de apilamiento)
Poligonización después de flexión (a)
monocristal (b) deslizamiento por flexión
(c) poligonización
Coalescencia de dislocaciones
para formar bordes de grano de
ángulo pequeño
(a)
(b)
(c)
Poligonización de un monocristal de Fe-Si (a) Después de flexión
(b) 1 h a 850 ºC (c) 1 h a 1060ºC
Para que las dislocaciones se alineen debe haber deslizamiento y trepado. En
general, en los materiales policristalinos, podemos decir que:
- La poligonización requiere un exceso de dislocaciones de borde
- Se produce únicamente a temperatura de recuperación más alta, ya que debe
existir trepado de dislocaciones
Poligonización del Al
Poligonización del Cu
Mecanismos de recuperación
Temperatura
Mecanismo
Baja
-
Media
Alta
Migración de defectos puntuales hacia sumideros
(límites de grano, dislocaciones, etc.)
-
Combinación de defectos puntuales
-
Nuevo arreglo de dislocaciones
-
Aniquilación de dislocaciones
-
crecimiento de subgranos
-
Trepado de dislocaciones
-
Aglutinación de dislocaciones
-
Poligonización
RECOCIDO / RECRISTALIZACIÓN
Es un proceso que se desarrolla por nucleación y crecimiento, los sitios
preferenciales de nucleación de los nuevos granos son las regiones más
deformadas, como bordes de grano, planos de deslizamiento, y en zonas de alta
energía como precipitados de segunda fase y, también, en torno a inclusiones no
metálicas
 La recristalización ocurre debido a la nucleación y crecimiento de nuevos
granos que contienen pocas dislocaciones.
 El crecimiento de estos nuevos granos ocurre en los bordes de celda de la
estructura poligonizada, eliminando la mayoría de las dislocaciones.
 Los nuevos granos recristalizados adoptan formas más o menos
regulares, debido a las anisotropías de su velocidad de crecimiento.
 Cuando los granos entran en contacto unos con otros, se acaba la fase
llamad recristalización y se entra en la fase llamada crecimiento de grano
 Como se ha reducido de manera importante el número de dislocaciones,
el metal recristalizado tiene baja resistencia, pero una elevada ductilidad.
Inicio de la recristalización alrededor de inclusiones de óxidos
de un hierro altamente deformado
Granos recristalizados en un matriz deformada: hierro electrolítico
recocido a 575 ºC después de una deformación de 15%
Fuerza impulsora de la recristalización: La energía almacenada, en forma
elástica, por las dislocaciones producidas durante la deformación, constituye la
fuerza motriz para la formación y crecimiento de nuevos granos (éstos
aparecen en las zonas más fuertemente deformadas.
Efecto de la temperatura y tiempo sobre la recristalización:
Progress of recrystallization and resulting grain
structure of AlMg5Mn after hot compression at
various temperatures and quenching after holding
times indicated
 A una temperatura dada, la velocidad de recristalización (volumen
recristalizado por unidad de tiempo) parte de cero, crece y pasa por un máximo
Cinética de recristalización del aluminio a 350 ºC,
deformado por tracción 5%
Efecto de la deformación, pureza y tamaño de grano
sobre la nucleación y velocidad de crecimiento
 Al incrementar la energía almacenada se incrementará la velocidad de
crecimiento (aumento de deformación o disminución de tamaño de grano)
 Al disminuir la pureza, disminuye la velocidad de crecimiento, por disminuir
la movilidad del límite del grano
 La velocidad de nucleación de la recristalización se incrementa con la
deformación.
Efecto de la deformación sobre la recristalización:
Relación tiempo temperatura para la
recristalización completa de circonio.
Energía
de
activación
para
la
recristalización del circonio como
función del trabajo en frío.
Efecto de la deformación sobre la recristalización:
A mayor porcentaje de deformación inicial, menor tamaño de grano
recristalizado
A menor tamaño inicial, menor tamaño de grano recristalizado
Variación del tamaño de grano recristalizado en función
del tamaño de grano inicial y deformación
 A menor tamaño de grano, mayor es la velocidad de nucleación (los granos
pequeños producen deformaciones locales más altas, lo cual aumenta la
velocidad de nucleación)
Efecto de la pureza y tamaño de grano inicial sobre la recristalización:
Efecto de las impurezas sobre la
temperatura de recristalización de
aluminio laminado en frío 80%.
Elemento
Ni
Co
Fe
Ag
Sn
Te
Aumento T °C
0
15
15
80
180
240
Aumento de la temperatura de
recristalización del Cu puro por la
adición de 0,01 % at. de los elementos
indicados.
Leyes de la recristalización
 La recristalización se produce solamente después de una cierta
deformación inicial, llamada acritud crítica.
Acritud crítica: diámetro de los granos, d, en función de la deformación 
 Cuando menor es la deformación, más elevada es la temperatura de
recristalización (La temperatura de recristalización corresponde a la
temperatura aproximada a la que un material altamente trabajado en frío se
recristaliza por completo en una hora)
 A mayor porcentaje de deformación inicial, menor tamaño de grano
recristalizado
Variación del tamaño de grano recristalizado en función
del tamaño de grano inicial
 Si la temperatura de recristalización aumenta, el tiempo de recocido
disminuye
Grafico % recristalización versus tiempo de recocido
Sin embargo, un metal puede ser recocido sobre un rango de temperaturas
Diagrama temperatura – tiempo de recristalización de un acero
 Cuando más grande es la dimensión de los granos iniciales, mayor es la
deformación requerida para producir la recristalización, en unas condiciones
dadas de temperatura y tiempo.
 El tamaño de los granos recristalizados depende principalmente del
porcentaje de deformación
Tamaño de grano recristalizado de un latón  en función de la deformación
inicial, para dos diferentes valores de tamaño de grano inicial
Ejercicio:
Determine la energía de activación para el proceso de recristalización de cobre
deformado en frío un 98%.
Determine el tiempo que tardaría en recristalizar este cobre a 90°C.
RECOCIDO / CRECIMIENTO DE GRANO
3) Crecimiento de grano
 En un metal completamente recristalizado, la fuerza impulsora para el
crecimiento de los granos corresponde a la disminución de la energía
asociada con los bordes de grano.
 El crecimiento de los nuevos granos se produce por movimiento de la
interfase grano recristalizado-grano deformado
 Los bordes de grano tienden a moverse hacia el centro de la curvatura
 El ángulo entre tres bordes de grano es de alrededor de 120º
Crecimiento de burbujas en dos dimensiones
La diferencia de presión entre el interior y exterior de una burbuja de jabón
puede expresarse:
Donde R es el radio de la burbuja y σ la tensión
superficial.
Las burbujas de mayor
tamaño crecen a expensas
de las pequeñas.
Efecto de los átomos de impureza y segundas fases en el crecimiento
de grano
Una gran cantidad de impurezas insolubles
pequeñas,
uniformemente
distribuidas,
favorecerá la obtención de una estructura de
grano fino.
Tamaño de grano:
 Grado de deformación previa: Un aumento en la deformación previa favorece
la nucleación y, como consecuencia, la obtención de un tamaño final de grano
pequeño.
 Permanencia a temperatura: Cualquiera sea la temperatura de recocido,
cuanto mayor es el tiempo que permanece a dicha temperatura, mayor es la
facilidad que tiene el grano para crecer y, por tanto, mayor es su tamaño final.
 Temperatura de recocido: Una vez sobrepasada la temperatura de
recristalización, cuanto menor sea la temperatura mas fino será el tamaño de
grano final
 Duración del calentamiento: Cuanto menor sea el tiempo que se tarda en
alcanzar la temperatura de recocido mas fino será el tamaño de grano final
 Impurezas insolubles: Una gran cantidad de impurezas insolubles pequeñas,
uniformemente distribuidas, favorecerá la obtención de una estructura de grano
fino (las impurezas aumentan la nucleación y actúan como barreras que
obstruyen el crecimiento de los granos).
Esquema de un proceso total de recocido con sus respectivas microestructuras.
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Capitulo IV - Metalurgia