Práctica 5. Deformación Plástica GIOI 2024-2025 PDF

PRÁCTICA 5. DEFORMACIÓN PLÁSTICA. GIOI Curso 2024-2025 PRÁCTICA 5. DEFORMACIÓN PLÁSTICA ACTIVIDAD 1: DEFORMACIÓN PLÁSTICA 1.1 Introducción La mayoría de los metales se procesan fundiendo inicialmente el metal en un horno cuya misión es servir de depósito del metal fundido. Los elemento...

PRÁCTICA 5. DEFORMACIÓN PLÁSTICA. GIOI Curso 2024-2025 PRÁCTICA 5. DEFORMACIÓN PLÁSTICA ACTIVIDAD 1: DEFORMACIÓN PLÁSTICA 1.1 Introducción La mayoría de los metales se procesan fundiendo inicialmente el metal en un horno cuya misión es servir de depósito del metal fundido. Los elementos se pueden añadir al metal fundido para producir diferentes tipos de aleaciones. La fabricación de los productos semiacabados se realiza a partir de las formas sencillas de los lingotes. La producción de láminas y planchas tiene lugar laminando los lingotes para reducir su espesor. La producción de formas extruidas como acanaladuras y formas estructuradas se consigue por extrusión de los lingotes y la manufactura de barras y alambres a partir de los lingotes en barras. Todos estos productos, que se fabrican por trabajo del metal en frío y en caliente a partir de grandes lingotes se llaman productos de aleación forjados. A menor escala se puede dar forma a los metales fundidos introduciéndolos en un molde que tenga el aspecto del producto que se quiere fabricar, de forma que con algo de maquinado u otra operación de acabado se consiga finalmente el producto deseado. Los productos hechos de esta forma se llaman productos de fundición y las aleaciones usadas en su fabricación, aleaciones de fundición. Durante la fabricación y el procesado de metales y aleaciones a veces el material trabajado en frío se calienta para ablandarlo y de esta forma se aumenta su ductilidad. Si el metal es recalentado a la temperatura suficientemente alta según sus características y durante un tiempo suficiente la estructura del mismo sufrirá una serie de transformaciones en su microestructura que implican modificaciones en sus características mecánicas. Estos cambios son: 1. Recuperación o alivio de tensiones 2. Recristalización 3. Engrosamiento de grano 1.2 Material y equipos Para realizar la experiencia vamos a partir de dos metales, uno puro (cobre, de color rojo) y una aleación (latón, aleación de cobre con 40 % de cinc, de color amarillo). Los equipos a utilizar serán una laminadora de laboratorio, un medidor de espesores, un durómetro portátil y un conjunto de hornos de recocido. Las láminas de metal se encuentran recocidas (tratamiento térmico con el que se consigue el estado de máximo ablandamiento) y el objetivo consiste en ir provocándoles deformación plástica en frío, mediante reducción de espesor en una laminadora de laboratorio. La deformación de un material cuando se somete a laminación viene determinada por el grado de deformación o reducción de sección, S0 − Sf  = S0 siendo S0 y Sf, la sección inicial y final respectivamente; al tratarse de una geometría rectangular tenemos e0 ·a0 − e f ·a f = e0 ·a0 1  PRÁCTICA 5. DEFORMACIÓN PLÁSTICA. GIOI Curso 2024-2025 siendo e, el espesor y a, el ancho del material, suponiendo que el material solo sufre un incremento de longitud y el ancho se conserva constante nos quedará: e0 ·a0 − e f ·a0 = e0 ·a0 (e −ef) (1) = 0 e0 Laminadora Durómetro portátil Medidor de espesores Para poder determinar el grado de deformación, , utilizaremos un medidor de espesores y para hallar la dureza, para la que usaremos la escala Vickers (HV), nos serviremos de un durómetro portátil. 1.3 Procedimiento operatorio PARTE 1: OBSERVACIÓN DE PIEZAS OBTENIDAS A TRAVÉS DE PROCESOS DE DEFORMACIÓN EN FRÍO. ▪ Forja ▪ Laminación ▪ Extrusión ▪ Embutición 2  PRÁCTICA 5. DEFORMACIÓN PLÁSTICA. GIOI Curso 2024-2025 PARTE 2: ENDURECIMIENTO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA. Para asegurar que el espesor y la dureza se miden en la misma zona aproximadamente, realizamos un marcado para medir ambas en el mismo lugar. En total haremos un par de marcas en el eje longitudinal de las láminas. Una vez marcadas las muestras, mediremos el espesor inicial, e0, en el centro de todas las marcas y los resultados los trasladaremos a la tabla de resultados. Igualmente mediremos la dureza Vickers, HV, mediante el durómetro portátil (consultad el funcionamiento de los equipos de medida al profesor o ayudaos de la ficha que situada en el laboratorio junto al equipo). Con la laminadora parada, ajustaremos la distancia entre rodillos de laminación mediante la cruceta situada en la parte superior, (girando en sentido contrario a las agujas del reloj, se produce una aproximación entre rodillos de laminación). El espesor inicial de las chapas es aproximadamente de 1 mm. Una vez ajustada la separación, procederemos a iniciar el laminado de la siguiente manera: 1. Girar la cruceta un 1/4 de vuelta en sentido contrario a las agujas del reloj. 2. Poner en marcha la laminadora girando el interruptor a la posición derecha. 3. Introducir con ayuda de unas pinzas las muestras entre los rodillos de laminación. Es recomendable laminar los dos materiales de forma consecutiva, es decir una vez ajustado el espesor laminar el cobre y el latón al mismo espesor y no tener así que ajustar el espesor cada vez que tengamos que laminar. 4. Parar la laminadora girando el interruptor a su posición central. 5. Medir el espesor en todas las marcas de la muestra y trasladar el resultado a la tabla. 6. Medir la dureza en las mismas marcas de la muestra y trasladar el resultado a la tabla. 7. Repetir los puntos 1 a 6 veces hasta alcanzar aproximadamente 0,5 mm de espesor en la muestra. Realizad todo el procedimiento para ambas muestras, cobre y latón. Concluido el procedimiento calculad la deformación obtenida en cada marca y representad gráficamente la evolución de deformación resultante frente a dureza obtenida. El cálculo de la deformación se realiza según la fórmula (1), donde 0 siempre será el espesor inicial medido en el respectivo punto, y f , será el espesor después de cada una de las pasadas realizadas (i=1,…,6). i = (e0 − e i ) e0 Para cada etapa de laminado, calcular la media de la deformación y de la dureza en las dos marcas y representar sólo ésta. 3  PRÁCTICA 5. DEFORMACIÓN PLÁSTICA. GIOI Curso 2024-2025 Rodillos Crucetas PARTE 3: RECOCIDO DE RECRISTALIZACIÓN El recocido de recristalización, también llamado recocido contra acritud, es un tratamiento térmico que tiene como función regenerar la microestructura del material deformado plásticamente en frío, de tal modo que se recupera la plasticidad inicial del mismo (lógicamente disminuyendo su resistencia). Esto es, se le elimina la acritud (endurecimiento por deformación en frío) pero manteniendo la forma obtenida. Esta es una etapa básica en el conformado de metales por procesos de deformación (forja, laminación, embutición, etc). Este cambio de propiedades ocurre por la nucleación y crecimiento de nuevos granos cristalinos, libres de defectos (dislocaciones) a partir de los granos fuertemente deformados obtenidos después del proceso de laminado. Para realizar esta parte de la práctica, se utilizarán dos hornos con unas temperaturas de 350 y 380ºC (o las indicadas por el profesor), donde se tratarán, durante diversos tiempos, probetas de los dos materiales a las que se les ha dado un importante grado de acritud. Si hay tiempo, se pueden probar en un material dos grados de acritud diferentes (tres y seis pasadas, por ejemplo). Todas las probetas de cada material tendrán la misma dureza. Para cada temperatura, se establecerán unos intervalos de tiempo en los que hay que sacar las muestras (consultad al profesor). Tras sacarlas, se enfrían en agua (para acelerar la toma de datos, no porque afecte a las propiedades) y se mide su dureza. Una vez obtenidos todos los valores, se representará, para cada material la evolución de la dureza en función del tiempo de tratamiento a cada temperatura. PARTE 4: ESTRUCTURAS METALOGRÁFICAS Como se ha comentado, el recocido regenera la estructura del material. En esta parte de la práctica, se verán unas microestructuras correspondientes al mismo material, en distintos momentos del tratamiento de recristalización. 4  PRÁCTICA 5. DEFORMACIÓN PLÁSTICA. GIOI Curso 2024-2025 1.4 Bibliografía de referencia Fundamentos de ciencia de los materiales. Carlos Ferrer, Vicente Amigó, Mª Dolores Salvador. Tomo I. Editorial UPV. (Cap. 4). Introducción a la Ciencia de Materiales para Ingenieros. James F. Shackelford, Ed Pearson 6º Ed 2005. (Cap. 6, apartado 6.3). 5  PRÁCTICA 5. DEFORMACIÓN PLÁSTICA. GIOI Curso 2024-2025 ACTIVIDAD 1: INFORME DE PRÁCTICA 1. Influencia de la deformación plástica en frío en las propiedades mecánicas. Realizar la toma de datos para dos muestras de cada material, y posteriormente graficar los resultados calculados, interpretándolos Material: Cobre # e0 HV0 e1 1 HV1 e2 2 HV2 e3 3 HV3 e4 4 HV4 e5 5 HV5 e6 6 HV6 1 2 Med. Material: Latón # e0 HV0 e1 1 HV1 e2 2 HV2 e3 3 HV3 e4 4 HV4 e5 5 HV5 e6 6 HV6 1 2 Med. Dureza Vickers, HV Deformación, % 2. Influencia de la temperatura y tiempo de recocido en el tratamiento de recocido de recristalización. Representa la evolución de la dureza para los dos materiales, (o alternativamente un material con dos grados distintos de acritud) y las dos temperaturas evaluadas. 6  PRÁCTICA 5. DEFORMACIÓN PLÁSTICA. GIOI Curso 2024-2025 Comenta la influencia de la aleación, de la acritud (si se ha analizado) y de la temperatura de recocido en el tiempo de recristalización. 3. Microestructura de piezas deformadas y recocidas Observar la microestrura de piezas que han sufrido deformación plástica y las que han sido sometidas a una recristalización. Dibuja lo que observas Sin deformar Laminado Recocido 7  PRÁCTICA 5. DEFORMACIÓN PLÁSTICA. GIOI Curso 2024-2025 ACTIVIDAD 2: MACLADO 2.1 Introducción Dentro de la deformación plástica que podemos observar en los materiales, además de los mecanismo de deslizamientos, en determinadas estructuras aparece el mecanismo de maclado. Las maclas se identifican microestructuralmente como subgranos estrechos con bordes bastante rectilíneos y paralelos que dividen el monocristal inicial. Así, el maclado es un mecanismo, complementario al deslizamiento, por el cual la aleación queda endurecida al igual que sucedía con el deslizamiento. El maclaje es un movimiento de planos de átomos en la red, paralelo a un plano específico, de maclaje, de manera que la red se divide en dos partes simétricas diferentemente orientadas. La cantidad de movimiento de cada plano de átomos en la región maclada es proporcional a su distancia del plano de maclaje, de manera que se forma una imagen especular a través del plano de maclaje. Fig.2.1. Diagrama de maclado en red ccc. Las maclas se forman como resultado del esfuerzo cortante aplicado en dirección paralela al plano de maclaje y que queda en la dirección de maclaje. La componente del esfuerzo axial, normal al plano de maclaje, no tiene importancia en la formación de la macla. Al contrario que el deslizamiento, el esfuerzo cortante requerido para poder formarse una macla no es invariante respecto al plano de maclado, sino que pueden requerirse distintos valores en un campo bastante amplio. En el caso del zinc, los valores requeridos, oscilan entre 5 y 35 MPa. 2.2 Endurecimiento por maclado El maclado es un proceso de endurecimiento que siempre va asociado al deslizamiento, no puede considerarse por tanto independientemente. Esto significa que hay que considerarlo como mecanismo secundario al deslizamiento, y el endurecimiento que consigue debe ser consecuencia de multiplicar las acciones del endurecimiento por deslizamiento. En este sentido se justifica que las maclas incrementan el endurecimiento ya que: a) Dividen en tres partes la dimensión de los granos. b) Bloquea las dislocaciones que en ese momento estuvieran actuando en el monocristal con la consiguiente inhibición del deslizamiento. c) Dificulta el movimiento de bordes de grano por la propia resistencia a compresión que impone la macla cuando el grano tiende a su estirado. En consecuencia, el maclado es un mecanismo de endurecimiento que potencia la inhibición de flujo plástico por deslizamiento, por partición del grano y bloqueo de los bordes. 8  PRÁCTICA 5. DEFORMACIÓN PLÁSTICA. GIOI Curso 2024-2025 2.3 Procedimiento experimental Se verán al microscopio diversas muestras con maclas, identificando la macla dentro de los granos. 2.4 Bibliografía de referencia Fundamentos de ciencia de los materiales. Carlos Ferrer, Vicente Amigó, Mª Dolores Salvador. Tomo I. Editorial UPV. (Cap. 4). ACTIVIDAD 2: INFORME DE PRÁCTICA 2.1. Dibuja las muestras vistas al microscopio, indicando el material e identificando las maclas dentro del dibujo. 9 PRÁCTICA 5. DEFORMACIÓN PLÁSTICA. GIOI Curso 2024-2025 10 PRÁCTICA 5. DEFORMACIÓN PLÁSTICA. GIOI Curso 2024-2025 11