Recocido de recristalización del acero: eliminación de los efectos de la tensión y restauración de la plasticidad.

Recocido de recristalización Es un proceso de tratamiento térmico que se utiliza principalmente en materiales que han sido previamente trabajados en frío. Su objetivo principal es eliminar los efectos del endurecimiento por deformación, conocido como trabajo en frío, y restaurar la microestructura, permitiendo que el material recupere su plasticidad.
Durante el laminado en frío, el trefilado, el estampado, el doblado y otros procesos de deformación a temperaturas inferiores a la de recristalización, la densidad de dislocaciones aumenta, los granos se alargan y el material se vuelve más duro y resistente, pero también menos dúctil. Una vez alcanzado un alto grado de endurecimiento por deformación, la deformación posterior puede resultar difícil o imposible sin un tratamiento térmico intermedio.
Un recocido de recristalización realizado correctamente conduce a la formación de nuevos granos, libres de una porción significativa de los efectos de la deformación previa, que luego reemplazan la microestructura deformada. Como resultado, reducción de la dureza y la resistencia relacionadas con el endurecimiento por deformación y un aumento significativo de la plasticidad..

¿Qué es un crush?

Aplastar Se trata de un conjunto de cambios en la microestructura y las propiedades de un material que ocurren durante la deformación plástica, principalmente la deformación en frío. Durante la deformación, se produce un intenso movimiento y multiplicación de dislocaciones, y su creciente densidad dificulta el movimiento posterior de las dislocaciones subsiguientes.
Como consecuencia, el material sufre endurecimiento por deformaciónPara lograr una mayor deformación, es necesario aplicar una tensión cada vez mayor.
Los efectos típicos del aplastamiento son:

• aumento de la densidad de dislocaciones,
• elongación y deformación de los granos en la dirección del procesamiento,
• aumento de dureza,
• aumento en el límite elástico y la resistencia,
• reducción de la plasticidad,
• formación de textura cristalográfica,
• almacenamiento de energía de deformación en la microestructura,
• Posibilidad de que se produzcan tensiones internas.

¿Qué es el recocido de recristalización?

El recocido de recristalización consiste en calentar un material deformado plásticamente a una temperatura que permite la formación y el crecimiento de nuevos granos con una densidad de dislocaciones mucho menor que la de la estructura deformada.
En contraste con recocido completo El proceso no requiere la austenización del acero. La recristalización puede ocurrir en estado sólido sin transformar la estructura en austenita.
Esta es una diferencia fundamental entre el recocido de recristalización y muchos tratamientos térmicos que utilizan transformaciones de fase.

¿Por qué un material requiere recristalización después de ser triturado?

El endurecimiento por deformación puede ser un efecto deseable cuando el objetivo es aumentar la resistencia y la dureza de un material. Sin embargo, representa una limitación tecnológica en muchos procesos de fabricación.
Por ejemplo, durante el trefilado en varias etapas o el laminado de chapa metálica, el material se vuelve cada vez más duro y menos susceptible a nuevas deformaciones después de cada operación. Continuar el proceso puede requerir fuerzas cada vez mayores e incrementar el riesgo de agrietamiento.
El recocido de recristalización realizado entre etapas sucesivas de trabajo plástico puede restablecer una ductilidad adecuada y permitir una mayor deformación.

Etapas de los cambios microestructurales durante el calentamiento del material después del trabajo en frío

Los cambios que se producen durante el calentamiento de un material deformado plásticamente pueden considerarse en tres etapas básicas:

1. recuperación,
2. recristalización,
3. crecimiento de los granos.

Estas etapas están interrelacionadas, pero representan diferentes mecanismos de cambios que se producen en la microestructura.

1. Recuperación de material

Recuperación precede a la recristalización propiamente dicha. Durante el calentamiento, aumenta la movilidad de los defectos de la red cristalina, lo que permite una reorganización parcial y la aniquilación de las dislocaciones.
La energía almacenada durante la deformación previa se reduce, y algunas tensiones residuales pueden disminuir. También puede producirse la ordenación de dislocaciones y la formación de subestructuras de grano.
Sin embargo, durante la fase de recuperación, la disposición básica de los granos deformados se conserva en gran medida. Todavía no han sido reemplazados por completo por granos nuevos, como suele ocurrir en la recristalización.

2. Recristalización

Una vez alcanzadas las condiciones térmicas adecuadas, comienzan a formarse nuevos granos con una densidad de dislocaciones significativamente menor dentro del material. Su formación es posible gracias a la energía previamente almacenada durante la deformación plástica.
Los nuevos granos crecen gradualmente a expensas de la microestructura deformada. A medida que avanza el proceso, las áreas alargadas y altamente deformadas son reemplazadas por nuevos granos con una forma más uniforme.
Esta etapa es la responsable de los mayores cambios en las propiedades mecánicas: la dureza y la resistencia resultantes del trabajo en frío disminuyen, mientras que la plasticidad aumenta.

3. Crecimiento del grano

Una vez completada la recristalización, continuar manteniendo el material a temperaturas elevadas puede provocar crecimiento de los granosLos granos más grandes crecen a expensas de los más pequeños, ya que el sistema tiende a reducir la superficie total de los límites de grano.
El crecimiento excesivo del grano no suele ser un efecto deseable del recocido de recristalización. Por lo tanto, temperaturas excesivamente altas o tiempos de recocido excesivamente largos pueden provocar un deterioro de las propiedades requeridas del material.

Microestructura antes y después de la recristalización

Temperatura de recristalización

La temperatura de recristalización no es una temperatura constante característica de todos los metales, ni siquiera de un mismo tipo de material. La recristalización es un proceso que depende tanto de la temperatura como del tiempo.

La temperatura inicial y la velocidad de recristalización están influenciadas, entre otras cosas, por:

• tipo de material,
• composición química,
• grado de deformación plástica previa,
• tamaño de grano inicial,
• temperatura de procesamiento previa,
• tiempo de calentamiento,
• presencia de precipitados y elementos de aleación,
• pureza del material.

Por lo tanto, especificar una única temperatura de recocido de recristalización universal para todos los aceros sería incorrecto. Los parámetros del proceso deben determinarse para cada material específico y su estado de deformación previo.

La influencia del grado de trabajo en frío en la recristalización

El grado de deformación plástica previa es fundamental para el proceso de recristalización. Cuanto mayor sea la deformación, mayor será la cantidad de energía almacenada en el material y mayor la densidad de dislocaciones.
La alta energía almacenada es la fuerza impulsora del proceso de recristalización. Por lo tanto, un material sometido a un mayor grado de deformación puede recristalizarse más fácilmente y a menor temperatura o en menor tiempo que un material sometido a un menor grado de deformación.
También existe un concepto aplastamiento críticoSi el grado de deformación es demasiado pequeño, el número de sitios favorables para la formación de nuevos granos puede ser insuficiente para lograr un patrón de recristalización típico. En determinadas condiciones, esto puede dar lugar a la formación de granos excesivamente gruesos.

Influencia de la temperatura y el tiempo de calentamiento

La temperatura y el tiempo son parámetros interrelacionados. El aumento de la temperatura incrementa la velocidad de los procesos de difusión y la movilidad de los límites de grano, lo que permite que la recristalización se produzca más rápidamente.
A temperaturas más bajas, puede ser necesario más tiempo para alcanzar un grado de recristalización similar. Por el contrario, los aumentos excesivos de temperatura o tiempo después de que la recristalización se haya completado incrementan el riesgo de crecimiento de grano.
Por lo tanto, el ciclo óptimo debe garantizar el grado de recristalización requerido sin prolongar innecesariamente el tiempo de recocido.

El efecto de la recristalización sobre la dureza

Durante el trabajo en frío, la dureza de un material aumenta debido al endurecimiento por deformación. Durante la recristalización, se forman nuevos granos con una densidad de dislocaciones significativamente menor, lo que resulta en una disminución significativa de la dureza.
El cambio en la dureza puede utilizarse prácticamente para evaluar el progreso del proceso. En la investigación de materiales, la relación entre la dureza y la temperatura o el tiempo de recocido puede indicar el grado de recristalización intensiva que se produce.

El efecto de la recristalización sobre la resistencia

El endurecimiento por deformación aumenta el límite elástico y la tenacidad de un material. La recristalización elimina una parte significativa de este endurecimiento, por lo que las propiedades de resistencia asociadas con el endurecimiento por deformación se reducen.
Esto no es un defecto del proceso, sino su efecto previsto cuando el material se somete a operaciones posteriores de conformado plástico.

El efecto de la recristalización sobre la plasticidad

Uno de los efectos más característicos del recocido de recristalización es restaurar la plasticidad perdida durante el trabajo en frío.
Un material que se ha endurecido y se ha vuelto menos susceptible a una mayor deformación después de un laminado o estirado intensivo puede someterse a un procesamiento plástico adicional después de un recocido adecuado.
Por ello, la recristalización es un elemento importante en los procesos de producción multietapa para láminas, tiras, alambres, varillas, tubos y otros productos semiacabados trabajados en frío.

Recocido de recristalización de láminas y tiras

El laminado en frío permite obtener tolerancias dimensionales reducidas, una buena calidad superficial y las propiedades del material requeridas, pero al mismo tiempo provoca que el material se vuelva más resistente.
Si se requieren mayores reducciones de espesor o un posterior embutido profundo, el material podría necesitar un recocido de recristalización. Este proceso restaura la capacidad de la lámina o tira para soportar una mayor deformación.
Dependiendo de la tecnología empleada, el recocido puede llevarse a cabo como un proceso intermedio entre las etapas de laminación posteriores o como un tratamiento final para dotar al material del estado de entrega requerido.

Recocido de recristalización de alambre

Durante el trefilado, su sección transversal se reduce gradualmente al pasarlo a través de matrices. Cada pasada aumenta el grado de deformación y endurece aún más el material.
Una vez alcanzado cierto grado de endurecimiento, el trefilado posterior puede requerir fuerzas muy elevadas y aumentar el riesgo de daños en el material. El recocido intermedio permite reducir los efectos del endurecimiento por deformación y posibilita la continuación del proceso de trefilado.

Recocido de recristalización de tuberías y perfiles

Los tubos y perfiles fabricados o calibrados mediante métodos de trabajo en frío también pueden sufrir un endurecimiento significativo. Dependiendo del material y la tecnología, se puede utilizar un recocido de recristalización entre las etapas posteriores de trefilado, reducción o conformado.
Esto permite que el material recupere su capacidad de deformarse aún más y reduce el riesgo de agrietamiento durante las operaciones posteriores.

Recocido de recristalización y recocido de alivio de tensiones

El recocido de recristalización no debe confundirse con recocido para aliviar tensiones.
El recocido de alivio de tensiones tiene como objetivo principal reducir las tensiones residuales, minimizando al mismo tiempo la alteración de la microestructura y las propiedades subyacentes del material. Por otro lado, el recocido de recristalización busca propiciar la formación y el crecimiento de nuevos granos, reemplazando la estructura deformada durante el procesamiento plástico previo.

Recocido de recristalización y recocido completo

Recocido completo Utiliza la austenización y un enfriamiento muy lento para lograr la estructura de acero deseada. Por lo tanto, está relacionado con las transformaciones de fase que ocurren durante el calentamiento y el enfriamiento.
El recocido de recristalización no requiere austenización. Su mecanismo está relacionado principalmente con la energía almacenada en el material durante la deformación previa y la formación y crecimiento de nuevos granos.

Recristalización, recocido y normalización

Acero normalizado Consiste en calentar el material hasta alcanzar el estado austenítico y luego enfriarlo al aire. Entre otras cosas, sirve para homogeneizar y refinar la estructura.
La recristalización sirve principalmente para eliminar los efectos de la deformación en frío previa. Por lo tanto, estos procesos utilizan diferentes mecanismos y se emplean en distintas situaciones tecnológicas.

Recocido de recristalización y ablandamiento del acero

El recocido de recristalización puede conducir a una reducción significativa de la dureza y, por lo tanto, se clasifica como un proceso que permite ablandamiento del aceroSin embargo, la causa de este ablandamiento es característica.
No se debe principalmente a un cambio en la morfología del carburo, como en el recocido de esferoidización, ni a la lenta transformación de la austenita, como en el recocido completo. Es el resultado de la eliminación de la estructura endurecida por deformación y su sustitución por nuevos granos con menor densidad de dislocaciones.

Recristalización y aceros inoxidables

El conformado en frío también se utiliza ampliamente en la producción. acero inoxidableLos procesos de laminado, trefilado y conformado pueden provocar un endurecimiento por deformación significativo, especialmente en algunos aceros austeníticos.
Un tratamiento térmico adecuado puede provocar la recristalización de la estructura deformada. Sin embargo, en el caso de los aceros inoxidables, los parámetros del proceso deben seleccionarse teniendo en cuenta el grado específico y otros fenómenos que puedan ocurrir durante el calentamiento. Por lo tanto, no se debe utilizar un único rango de temperatura universal para todos los aceros inoxidables.

¿Qué factores influyen en el tamaño del grano después de la recristalización?

El tamaño de grano obtenido tras el proceso tiene un impacto significativo en las propiedades finales del material. Está influenciado principalmente por:

• grado de trituración previa,
• tamaño del grano antes de la deformación,
• temperatura de recocido,
• tiempo de calentamiento,
• composición química,
• presencia de precipitados que inhiben el movimiento de los límites de grano.

La combinación incorrecta de baja velocidad de deformación y condiciones de recocido puede provocar la formación de grano grueso. Por lo tanto, el grado de deformación previa es un parámetro de proceso tan importante como la temperatura misma.

Los errores más comunes durante el recocido de recristalización

• Temperatura demasiado baja o tiempo demasiado corto – La recristalización puede ser incompleta.
• Temperatura demasiado alta – Una vez completada la recristalización, puede producirse un crecimiento excesivo del grano.
• Tiempo de calentamiento demasiado largo – aumenta el riesgo de crecimiento excesivo del grano y prolonga innecesariamente el proceso.
• No tener en cuenta el grado de aplastamiento – puede conducir a una selección incorrecta de parámetros.
• Tratar la temperatura de recristalización como un valor constante. – ignora la influencia del tiempo, la composición y el estado del material.
• Confundir la recristalización con el alivio de tensiones. – Ambos procesos tienen objetivos diferentes y efectos diferentes sobre la microestructura.

Ventajas del recocido de recristalización

• eliminación de una parte significativa de los efectos del endurecimiento por deformación,
• restaurando la plasticidad del material,
• reducción de la dureza después del trabajo en frío,
• permitiendo un mayor laminado, estirado o conformado,
• formación de nuevos granos con baja densidad de dislocaciones,
• Puede utilizarse como procesamiento intermedio en procesos tecnológicos de varias etapas.

Limitaciones del recocido de recristalización

• El proceso requiere una deformación previa del material, que proporciona la energía impulsora para la recristalización,
• La temperatura depende del material y del grado de trituración previa.
• Las temperaturas o el tiempo excesivos pueden provocar el crecimiento del grano.
• Un grado de deformación demasiado pequeño puede dificultar la obtención de la recristalización deseada,
• El proceso elimina el endurecimiento por deformación beneficioso si ese era el resultado final deseado.

Aplicación del recocido de recristalización

Este proceso se utiliza principalmente en la producción de productos conformados en frío. Puede emplearse tanto como proceso intermedio como final.

Las aplicaciones típicas incluyen:

• láminas laminadas en frío,
• cintas de acero,
• cables estirados,
• barras estiradas en frío,
• tubos estirados en frío y reducidos,
• perfiles conformados en frío,
• elementos destinados al dibujo profundo,
• productos semiacabados que requieren varias etapas sucesivas de deformación plástica.

Recocido de recristalización: la información más importante

El recocido de recristalización es un proceso destinado principalmente a materiales que han sido fortalecidos mediante trabajo en frío. Durante el calentamiento, los procesos de recuperación y recristalización se producen alternativamente, y con un calentamiento posterior, puede comenzar el crecimiento del grano.
El paso más importante es la formación de nuevos granos con una densidad de dislocaciones significativamente menor, que reemplazan la estructura altamente deformada formada durante el trabajo en frío. Esto conlleva una reducción de la dureza y la resistencia debido al endurecimiento por deformación, y la recuperación de la ductilidad.
Este proceso es especialmente importante en la producción de chapas, tiras, alambres, varillas, tubos y perfiles trabajados en frío. Puede realizarse entre etapas sucesivas de deformación o como tratamiento final. La temperatura y el tiempo de recocido deben seleccionarse en función del tipo de material, su composición química, el grado de endurecimiento previo y el tamaño de grano requerido.

Métodos de tratamiento térmico y termoquímico del acero

El recocido de recristalización es solo uno de los procesos utilizados para modificar la microestructura y las propiedades del acero. Según el efecto deseado, también se emplean procesos como la normalización, el alivio de tensiones, el endurecimiento, el revenido y procesos termoquímicos como la carburación y la nitruración.

Métodos de tratamiento térmico del acero

• Acero normalizado – refinamiento del grano y unificación de la microestructura.
• Wyżarzanie odprężające – reducción de tensiones residuales.
• Ablandamiento del acero – reduciendo la dureza y mejorando la susceptibilidad a un procesamiento posterior.
• Recocido completo – austenización y enfriamiento lento.
• Recocido isotérmico – transformación realizada manteniendo la temperatura adecuadamente seleccionada.
• Recocido de bolas – esferoidización – cambio en la morfología de la cementita u otros carburos.
• Recocido de recristalización – Eliminación de los efectos de la compresión y restauración de la plasticidad.
• Recocido homogeneizador – reducir la segregación y homogeneizar la composición del material.
• Endurecimiento y tratamiento térmico – modelar la microestructura y las propiedades mediante el endurecimiento y el revenido.
• Acero templado – Modificación controlada de las propiedades del acero después del endurecimiento.
• Endurecimiento por inducción – Calentamiento por inducción superficial y enfriamiento rápido.
• Endurecimiento a la llama – endurecimiento superficial tras calentamiento localizado con llama.
• Sobresaturación – obtención de una solución sólida sobresaturada mediante un ciclo térmico adecuado.
• Envejecimiento – Separación de fases controlada que conduce al fortalecimiento del material.

Métodos de tratamiento termoquímico del acero

• Nitruración del acero – Enriquecimiento por difusión de la capa superficial con nitrógeno.
• Acero carburizado – Enriquecimiento por difusión de la superficie con carbono.
• Carbonitruración – Enriquecimiento simultáneo de la capa superficial con carbono y nitrógeno.
• Nitrocarburación / nitrocarburación – Enriquecimiento de la capa principalmente con nitrógeno y carbono.
• Perforación – saturación por difusión de la superficie con boro.
• Cromado por difusión – Enriquecimiento por difusión de la capa con cromo.
• aluminización por difusión – Enriquecimiento por difusión de la capa en aluminio.