Endurecimiento
Introducción
El endurecimiento es un
proceso metalúrgico para aumentar la dureza de los metales por transformación
térmica (enfriamiento y templado), tensión inducida mecánicamente
(endurecimiento por deformación), precipitación (mediante tratamiento térmico y
posterior envejecimiento), fortalecimiento de la solución sólida (por ejemplo,
carburación) o reducción del tamaño de grano del material.
Todos los métodos de
endurecimiento se caracterizan por el aumento de los defectos o dislocaciones
de la estructura cristalina.
Endurecimiento por solución sólida
El método se
fundamenta en la incorporación de átomos en forma de impurezas a los
materiales, los cuales se disuelven en una solución sólida sustitucional o intersticial.
Estos átomos introducidos obstaculizan el desplazamiento de las dislocaciones,
impidiendo su avance y, en consecuencia, generando un endurecimiento del
material.
Bolivar, R. (2020, 17 de noviembre) Endurecimiento por solución sólida. YouTube.
Por precipitación y dispersión
Por precipitación
El endurecimiento por precipitación es un proceso de
tratamiento térmico utilizado para aumentar el límite elástico de la mayoría de
las aleaciones, así como algunos aceros y aceros inoxidables, proporcionando además una excelente resistencia a altas temperaturas en las
superaleaciones.
Generalmente, el proceso comienza con un recocido o
tratamiento de solución. Durante la etapa de envejecimiento, el metal se
calienta a temperaturas muy elevadas y luego se enfría para evitar la formación
de precipitados en la aleación. El siguiente paso implica el envejecimiento del
metal al calentarlo nuevamente, pero por debajo de la temperatura de
solubilidad, con el objetivo de modificar la solubilidad de los precipitados.
El endurecimiento por precipitación se distingue del
revenido debido a que requiere que el material se mantenga a temperaturas más
altas durante un período de tiempo más prolongado.
Este proceso no solo resulta en aleaciones más
resistentes, sino que también mejora la facilidad de mecanizado, reduce la
flexibilidad y aumenta la resistencia a la tracción.
Por dispersión
El endurecimiento
por dispersión es un proceso de difusión en estado sólido en el cual pequeñas
partículas de dispersión submicrónicas de una nueva fase precipitan dentro de
la matriz cristalina con el objetivo de endurecer la aleación, dificultando el
movimiento de las dislocaciones.
Las aleaciones que experimentan endurecimiento
por dispersión presentan características mesomórficas, lo cual implica un
estado intermedio híbrido entre cristalino y amorfo.
Por deformación
Se trata de un
fenómeno en el cual un metal dúctil experimenta un aumento en su dureza y
resistencia a medida que se deforma plásticamente.
Este proceso es conocido
como endurecimiento por deformación o trabajo en frío debido a que ocurre a
temperaturas por muy debajo del punto de fusión del metal, siendo la interacción
repulsiva entre las dislocaciones responsable de este efecto.
Al introducir
nuevas dislocaciones mediante la deformación plástica, la resistencia al
movimiento de estas se incrementa debido a la presencia de otras dislocaciones,
lo que resulta en un aumento de la dureza del metal.
Por límites de grado y por fibra
La deformación por límite de grano, también conocida como
deformación por límite de tamaño de grano, es un fenómeno que ocurre en
materiales policristalinos cuando se someten a cargas o deformaciones. Se
refiere al proceso en el cual la deformación se concentra y se acumula
principalmente en los límites entre los granos del material.
En los materiales policristalinos, la estructura consiste en múltiples cristales o granos, los cuales están separados por interfaces llamadas límites de grano. Estos límites de grano pueden actuar como obstáculos para el movimiento de las dislocaciones, que son defectos lineales en la estructura cristalina responsables de la deformación plástica.
Cuando se aplica una carga o se somete el material a deformación,
las dislocaciones se acumulan y se mueven preferentemente a lo largo de los
límites de grano, en lugar de atravesar los granos individuales. Esto provoca
un endurecimiento del material a medida que la deformación se concentra en los
límites de grano, lo que dificulta aún más el movimiento de las dislocaciones y
aumenta la resistencia del material a la deformación plástica.
Según la ley de
Hall-Petch, cuanto más pequeño es el tamaño promedio de los granos en un
material policristalino, mayor será su resistencia a la deformación plástica.
Esto se debe a que los límites de grano actúan como obstáculos para el
movimiento de las dislocaciones, que son los defectos lineales responsables de
la deformación plástica.
En un material
con granos más grandes, las dislocaciones pueden moverse más libremente a
través de los granos y la deformación plástica es más fácil. Sin embargo,
cuando el tamaño promedio de los granos se reduce, hay más límites de grano
presentes en el material. Estos límites de grano interfieren con el movimiento
de las dislocaciones, lo que hace que la deformación sea más difícil y aumenta
la resistencia del material.
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