El documento describe cinco técnicas principales para incrementar la dureza de los materiales: 1) endurecimiento por límite de grano, 2) endurecimiento por deformación, 3) endurecimiento por solución sólida, 4) endurecimiento por precipitación, y 5) transformaciones martensíticas. También describe los procesos de trabajo en frío y en caliente de los metales, señalando que el trabajo en frío requiere mayor fuerza pero proporciona mejor precisión y acabado, mientras que el trabajo en caliente permite mayor deformación pero conl

1. Instituto Universitario de Tecnología
"Antonio José de Sucre"
Extensión Anaco
III Corte:
Proceso Mecánico de Endurecimiento
Samuel Macdonald
Diciembre 2020

2. En metalurgia, endurecimiento se refiere a técnicas para incrementar la dureza de un
material. Existen cinco técnicas principales para hacer esto:
1. Endurecimiento por límite de grano.
2. Endurecimiento por deformación.
3. Endurecimiento por Solución Sólida.
4. Endurecimiento por precipitación.
5. Transformaciones martensíticas.
Todos los mecanismos de endurecimiento, a excepto las transformaciones
martensíticas, introducen dislocaciones o defectos en la estructura cristalina, las cuales
actúan como barreras para los deslizamientos.
Endurecimiento por tamaño de grano.
Las imperfecciones de la superficie tales como los límites de grano, perturban el
arreglo de los átomos en los materiales cristalinos. Al aumentar la cantidad de granos o
reducir el tamaño del grano, se produce un endurecimiento por tamaño de grano en los
materiales metálicos. Las fronteras de los granos son barreras que dificultan el movimiento
de las dislocaciones del metal. Una dislocación encuentra difícil pasar de un grano a otro a
través de las fronteras debido al desorden relativo en que se encuentran los átomos en esta
zona. Los metales que tienen granos pequeños presentan mayor resistencia que los metales
con granos grandes, o en otras palabras, los metales con granos grandes son más suaves y
menos resistentes que los metales con granos pequeños.

3. Endurecimiento por deformación
El endurecimiento por deformación (también llamado endurecimiento en frío o por
acritud) es el endurecimiento de un material por una deformación plástica a nivel
macroscópico que tiene el efecto de incrementar la densidad de dislocaciones del material.
A medida que el material se satura con nuevas dislocaciones, se crea una resistencia a la
formación de nuevas dislocaciones y a su movimiento. Esta resistencia a la formación y
movimiento de las dislocaciones se manifiesta a nivel macroscópico como una resistencia a
la deformación plástica.
En cristales metálicos, el movimiento de las dislocaciones es lo que produce la
deformación plástica (irreversible) a medida que se propagan por la estructura del cristal. A
temperaturas normales cuando se deforma un material también se crean dislocaciones, en
mayor número de las que se aniquilan, y provocan tensiones en el material, que impiden a
otras dislocaciones el libre movimiento de estas. Esto lleva a un incremento en la
resistencia del material y a la consecuente disminución en la ductilidad.
Endurecimiento por solución sólida
Cualquiera de los defectos puntales también interrumpe la perfección de la
estructura cristalina. Cuando la estructura cristalina del material anfitrión asimila por
completo los átomos y los iones de un elemento o compuesto huésped, se forma una
solución sólida. Esto ocurre de forma parecida a la forma en que la sal o el azúcar se
disuelven en agua, en bajas concentraciones. Si en forma intencional se introducen átomos
sustitucionales o intersticiales se produce un endurecimiento por solución sólida. Este
mecanismo explica por qué el acero al carbón es más resistente que el Fe puro o por que las

4. aleaciones de cobre con pequeñas concentraciones de Be son mucho más resistentes que el
Cu puro. El oro y la plata puros que son metales FCC con mucho sistema de deslizamiento
activo, son demasiados suaves mecánicamente.
Endurecimiento por precipitación
El envejecimiento térmico, también conocido como endurecimiento por
precipitación es un tratamiento térmico para endurecer, es decir, aumentar la dureza y
resistencia de las aleaciones. Se basa en la deposición de fases meta estables en forma
finamente dividida, de modo que forma una barrera eficaz contra los movimientos de las
dislocaciones. La resistencia a la fluencia de las aleaciones así tratadas puede aumentar
hasta 300 MPa.1
El endurecimiento por precipitación, se basa en los cambios de la solubilidad de
sólido con la temperatura para producir partículas finas de una impureza de fase, que
impiden el movimiento de dislocaciones o defectos a través de la estructura del cristal.
Dado que las dislocaciones son a menudo los operadores dominantes de la plasticidad, esto
sirve para endurecer el material. Las impurezas desempeñan la misma función que los
refuerzos en los materiales compuestos reforzados. Así como la formación de hielo en el
aire puede producir nubes, nieve o granizo, dependiendo de la historia térmica de una
porción dada de la atmósfera, la precipitación de los sólidos puede producir diferentes
tamaños de partículas, que tienen propiedades radicalmente diferentes. A diferencia del
temple ordinario, las aleaciones deben mantenerse a temperatura elevada durante horas para
permitir que la precipitación tenga lugar.
Este retardo de tiempo se denomina envejecimiento. Dos tratamientos térmicos
diferentes que implican precipitados pueden alterar la fuerza de un material: tratamiento

5. térmico por solución sólida y el tratamiento térmico de precipitación. Endurecimiento por
solución sólida implica la formación de una solución sólida de una sola fase a través de
temple. El tratamiento térmico por precipitaciones implica la adición de partículas de
impurezas para aumentar la resistencia de un material.2 El endurecimiento por
precipitación por medio de tratamiento térmico de precipitación es el principal tema de
discusión en este artículo.
Procesos de trabajo en frío y caliente
• Procesos de trabajo en frio:
Se refiere al trabajo a temperatura ambiente o menor. Este trabajo ocurre al aplicar un
esfuerzo mayor que la resistencia de cedencia original de metal, produciendo a la vez una
deformación. El conformado en frío es empleado a nivel mundial para fabricar los
productos más diversos. Clavos, tornillos, bulones, tubos de cobre, botellas de aluminio,
cord metálico para neumáticos etc. También la mayoría de los objetos metálicos de uso
doméstico se producen mediante este método: mangos, bisagras, elementos de unión,
listones y utensilios de cocina.
El concepto del conformado en frío comprende todos los métodos de fabricación
que permiten deformar plásticamente (a temperatura ambiente y ejerciendo una presión
elevada) metales o aleaciones de metales tales como cobre, aluminio o latón, pero sin
modificar el volumen, el peso o las propiedades esenciales del material. Durante el
conformado en frío la materia prima recibe su nueva forma mediante un proceso que consta
de diferentes etapas de deformación. De tal manera se evita que se exceda la capacidad de
deformación del material y por lo tanto su rotura.
Las principales ventajas del trabajo en frío son: mejor precisión, menores
tolerancias, mejores acabados superficiales, posibilidades de obtener propiedades de
dirección deseadas en el producto final y mayor dureza de las partes. Sin embargo, el

6. trabajo en frío tiene algunas desventajas, ya que requiere mayores fuerzas porque los
metales aumentan su resistencia debido al endurecimiento por deformación, produciendo
que el esfuerzo requerido para continuar la deformación se incremente y contrarreste el
incremento de la resistencia, la reducción de la ductilidad y el aumento de la resistencia a la
tensión limitan la cantidad de operaciones de formado que se puedan realizar a las partes.
Características:
1. Mejor precisión.
2. Menores tolerancias.
3. Mejores acabados superficiales.
4. Mayor dureza de las partes.
5. Requiere mayor esfuerzo.
• Procesos de trabajo en Caliente:
Se define como la deformación plástica del material metálico a una temperatura
mayor que la de recristalización. La ventaja principal del trabajo en caliente consiste en la
obtención de una deformación plástica casi ilimitada, que además es adecuada para moldear
partes grandes porque el metal tiene una baja resistencia de cedencia y una alta ductilidad.
Por trabajo (o labrado) en caliente, se entienden aquellos procesos como laminado o rolado
en caliente, forja, extrusión en caliente y prensado en caliente, en los cuales el metal se
caldea en el grado suficiente para que alcance una condición plástica y fácil de trabajar. El
laminado en caliente se usa por lo general para obtener una barra de material con forma y
dimensiones particulares.
El extrusionado, es el proceso por el cual se aplica una gran presión un lingote
metálico caliente, haciendo que fluya en estado plástico a través de un orificio restringido.
El forjado o forja, es el trabajo en caliente de metales mediante martinetes, prensas o
máquinas de forja. En común con otros procesos de labrado en caliente, la forja produce
una estructura de grano refinado que da por resultado una mayor resistencia y ductilidad.
Las piezas forjadas tienen mayor resistencia por el mismo peso. Se define como la
deformación plástica del material metálico a una temperatura mayor que la de
recristalización. La ventaja principal del trabajo en caliente, consiste en la obtención de una

7. deformación plástica casi ilimitada, que además es adecuada para moldear partes grandes
porque el metal tiene una baja resistencia de cedencia y una alta ductilidad.
• Los beneficios obtenidos con el trabajo en caliente son:
Mayores modificaciones a la forma de la pieza de trabajo, menores fuerzas y
esfuerzos requeridos para deformar el material, opción de trabajar con metales que se
fracturan cuando son trabajados en frío, propiedades de fuerza generalmente isotrópicas y,
finalmente, no ocurren endurecimientos de partes debidas a los procesos de trabajo.
Características:
1. Mayores modificaciones a la forma de la pieza de trabajo.
2. Menores esfuerzos.
3. Opción de trabajar con metales que se fracturan cuando son trabajados en frío.
• Desventajas:
Debido a la alta temperatura del metal existe una rápida oxidación o escamado de la
superficie con acompañamiento de un pobre acabado superficial. Como resultado del
escamado no pueden mantenerse tolerancias cerradas. El equipo para trabajo en caliente y
los costos de mantenimiento son altos, pero el proceso es económico comparado con el
trabajo de metales a bajas temperaturas.