Endurecimiento. Procesos de trabajo en frío y caliente. Efectos del trabajo en frío sobre el metal

1. INSTITUTO UNIVERSITARIO TECNOLOGICO “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”.
NOMBRE Y APELLIDO: WILBERTO FIGUEROA.
TÍTULO: PROCESOS MECÁNICOS DE ENDURECIMIENTO.
Proceso de endurecimiento de mecanizado de los metales.
ENDURECIMIENTO.
En metalurgia, endurecimiento se refiere a técnicas para incrementar la dureza de
un material. Existen cinco técnicas principales:
Endurecimiento por límite de grano, por deformación, por Solución Sólida, por
precipitación y transformaciones martensíticas.
Todos los mecanismos de endurecimiento introducen dislocaciones o defectos en
la estructura cristalina, las cuales actúan como barreras para los deslizamientos.
Endurecimiento por límite de grano:
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.
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
microscópico 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
microscópico como una resistencia a la deformación plástica.

2. 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 aleaciones de
cobre con pequeñas concentraciones de Be son mucho más resistentes que el Cu
puro.
Endurecimiento por precipitación:
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.

3. PROCESOS DE TRABAJO EN FRÍO Y CALIENTE.
Procesos de trabajo en frío:
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 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 del metal, produciendo a la vez una
deformación.
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.

4. Ventajas del trabajo en frío.
 mejor precisión.
 menores tolerancias.
 mejores acabados superficiales.
 posibilidades de obtener propiedades de dirección deseadas en el producto
final.
 mayor dureza de las partes.
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.
Procesos de trabajo en Caliente:
El Trabajo en Caliente es una deformación de un metal por encima de la
temperatura de recristalización. Durante el trabajo en caliente solo cambia la forma
del metal. La resistencia permanece sin cambios debido a que no ocurre
endurecimiento por deformación.Durante el trabajo en caliente los granos se
alargan y recristalizan inmediatamente, con un control adecuado se obtiene un
tamaño de grano fino.Sin embargo, todos los procesos de trabajo en caliente
presentan una cuantas desventajas que no pueden ignorarse. 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.
Los principales métodos de trabajo en caliente de los metales son:
– Laminado: Un efecto del trabajo en caliente con la operación de laminado, es el
refinamiento de grano caudado por recristalización. La estructura gruesa es
definitivamente despedazada y alargada por la acción de laminado. Debido a la
alta temperatura, la recristalización aparece inmediatamente y comienza a
formarse pequeños granos.

5. – Forjado: La forja fue el primer método de trabajo en caliente. Una prensa
movida por una fuente de potencial general y una banda desde los árboles, tienen
un brazo descendente y golpe un pedazo de metal colocado en un dado.
– Extrusión: Existen dos tipos de extrusión:
Extrusión Directa: Un tocho cilíndrico caliente se coloca dentro de la cámara del
dado, el falso bloque y el apisonador se colocan en posición. El metal
es extruido a través del dado abriéndolo hasta que sólo queda una pequeña
cantidad. Entonces es cortado cerca del dado y se elimina el extremo.
Extrusión Indirecta: Es similar a la extrusión directa excepto que la parte extruida
es forzada a través del vástago apisonador.
Características:
• Mayores modificaciones a la forma de la pieza de trabajo.
• Menores esfuerzos.
• Opción de trabajar con metales que se fracturan cuando son trabajados en frío.
LOS EFECTOS DEL TRABAJO EN FRÍO SOBRE EL METAL.
El trabajo en frío se refiere al trabajo a temperatura ambiente o menor. Este
trabajo ocurre al aplicar un esfuerzo mayor que la resistencia de cedencia del
metal.El conformado en frío es empleado a nivel mundial para fabricar los
productos mas diversos. Clavos tornillos, tubos de cobre, botella de aluminio, etc.
La deformación plástica de una probeta metálica policristalina a temperatura que

6. son bajas con respecto a su temperatura de fusión, producen cambios en la
microestructura y las propiedades, están son:
 Cambio de forma en el grano.
 Endurecimiento por deformación.
Efectos del trabajo en frío
La diferencia principal del trabajo en caliente y enfrío es la temperatura a la cual se
realiza el proceso. En el trabajo en frío el material se trabaja a temperatura
ambiente, pero el proceso como tal ocasiona calentamiento por fricción entre el
equipo y la pieza, por lo que es común que el trabajo en frío alcance temperaturas
hasta de 200 °C. Todos los metales son cristalinos por la naturaleza y están
hechos de granos de forma irregular de varios tamaños. Cuando se trabaja en frío
los cambios resultantes en la forma del material trae consigo marcas en la
estructura de grano. Los cambios estructurales producen fragmentaciones del
grano, movimientos de átomos y distorsión de la malla.
Ventajas:
Mejor precisión, menores tolerancias, mejores acabados superficiales,
posibilidades de obtener propiedades de dirección en el producto final y mayor
dureza de las partes.
Desventajas:
 Al trabajar un metal en frío este se vuelve agrio, es decir, pierde parte de
sus propiedades mecánicas que tenía antes de ser endurecido por
deformación en frío haciendo de este más frágil.
 Pierde ductilidad, maleabilidad y aumenta la resistividad eléctrica.