ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y CIENCIAS DE LA PRODUCCIÓN

GUÍA DE LABORATORIO DE CIENCIA DE LOS MATERIALES

PRÁC T I C A N° 5 :

DEFORMACIÓN PLÁSTICA: CAMBIO DE PROPIEDADES MECÁNICAS

A. OBJETIVO

Analizar y reconocer los efectos de la deformación plástica en metales. Determinar el efecto del trabajo en frío, sobre la dureza de los metales metálicos. Aplicar criterios básicos en la selección de materiales. Conocer y entender principios y mecanismos de modificación de materiales. Identificar la importancia que tienen los elementos de seguridad a la hora de realizar la

práctica, para la protección de accidentes.

B. INTRODUCCIÓN

La deformación elástica, es cuando un material deformado regresa a su posición inicial inmediatamente después de haber sido retirada la carga aplicada. Y la deformación plástica es cuando un material se somete a deformación, y éste se queda deformado permanentemente aún después de haber sido retirada la carga aplicada. Desde el punto de vista atómico, la deformación plástica corresponde a la rotura de ligaduras interatómicas y a la formación de nuevos enlaces con otros átomos debido al gran número de átomos o moléculas desplazados; estos nuevos enlaces impiden que los átomos puedan volver a sus posiciones originales al retirar la tensión aplicada.

La deformación plástica involucra el movimiento de dislocaciones, bordes de grano y su interacción con otros defectos en la red. Las dislocaciones se mueven o producen desplazamientos atómicos en los planos de deslizamiento y en las direcciones de deslizamiento. Por otro lado, los bordes de grano (ver Figura 1) actúan como barrera en la deformación plástica, impidiendo el deslizamiento continuo de las dislocaciones y como fuente de nuevas dislocaciones.

Figura 1. Discontinuidad de arreglo atómico en Borde de grano

Los procesos de deformación plástica de los metales se pueden realizar a distintas temperaturas dependiendo del tipo de material, tolerancias, acabado superficial, entre

otras. La temperatura a la cual hay que trabajar depende del tipo de material y no hay una temperatura en valor absoluto que marque la frontera entre frío y caliente. La diferencia entre trabajo en frío y caliente no depende de una temperatura en concreto si no de la temperatura de re cristalización.

Figura 2. Efecto del proceso de laminación sobre la estructura en frío

Cuando el proceso se realiza por debajo de la temperatura de re cristalización el material sufre un proceso de endurecimiento por deformación plástica, incrementándose su resistencia.

Endurecimiento por deformación (strain hardening, en inglés) es el fenómeno mediante el cual un metal aumenta su resistencia a la cedencia, y la resistencia a la tensión. Sin embargo disminuye la ductilidad, ya que el metal adquiere acritud, es decir se endurece en el curso de la deformación. Este proceso también es llamado endurecimiento por trabajo (work hardening, en inglés) o trabajo en frío (Cold Working, en inglés) porque se lo deforma a temperatura ambiente.

El grado de deformación plástica como porcentaje de trabajo en frío se lo expresa como:

%CW=( A0−AdA0 )∗100;donde Ao es el área original de la sección transversal de la pieza a laminar y Ad es el área después de la deformación plástica.

El fenómeno de endurecimiento por deformación se basa en el campo de deformaciones, de las interacciones dislocación-dislocación, similar a la interacción dislocación-impureza de la nube de Cottrel. La densidad de dislocaciones en un metal aumenta con la deformación o trabajo en frío; en consecuencia, la separación entre dislocaciones disminuye. En promedio las interacciones dislocación-dislocación son repulsivas. El resultado neto es que el movimiento de una dislocación esta obstaculizado por la presencia de otras dislocaciones. A medida que aumenta la densidad de dislocaciones, esta resistencia se vuelve más pronunciada. Luego la tensión aplicada necesaria para deformar un metal aumenta con el trabajado en frío.

C. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Discutir las consideraciones de seguridad con el instructor de laboratorio.2. Registrar el equipo, especificaciones de los materiales utilizados en la práctica.3. Realizar ensayos de dureza al metal antes de ser deformado en frío.

4. Tomar la medida del espesor, en mínimo tres partes.5. Graduar la abertura entre los rodillos de la laminadora al espesor inicial de la probeta.6. Lamine el metal entregado por el profesor haciendo pequeños avances (pasos) de

reducción de espesor.7. Entre cada paso voltee la muestra con el fin de mantenerla lo más recta posible

durante todo el proceso.8. Obtenga datos de dureza y espesor mientras se va deformando el metal a diferentes

porcentajes de trabajo en frio. 9. Voltee la muestra después de cada pasada con el fin de que no se arquee demasiado.10. Discutir los resultados del ensayo con su profesor.

D. CONDICIONES DE SEGURIDAD

1. Seguir las instrucciones del profesor a lo largo de la realización de la práctica.2. Conocer ampliamente todo lo relacionado con la práctica antes de realizarla.3. Utilizar mandil durante la práctica.4. Portar los implementos de seguridad necesarios: guantes de cuero y gafas de

seguridad.5. No tocar la laminadora mientras esté funcionando.6. Mantener limpia el área de trabajo, durante y después de la práctica.7. En caso de tener cabello largo, mantenerlo muy bien recogido durante la práctica.

E. CUESTINARIO

1. ¿Por qué los cerámicos son frágiles y los metales son dúctiles?2. ¿Por qué se dice que un material laminado en frío es material anisotrópico?3. Mientras más se deforma en frio un metal, la dureza ¿aumenta o disminuye?

Explique.4. Seleccione el material. Se desea obtener un alambre conductor para un tendido

eléctrico. El caso a) es Cu puro y el caso b) es latón, entonces cual de los 2 procesos de endurecimiento escogería si necesita aumentar la resistencia a la fluencia del alambre a 25000 psi?

5. ¿Cómo varía la resistencia a la tensión máxima y porcentaje de elongación de un metal deformado en frío?

6. ¿Por qué un metal con estructura HCP se deforma plásticamente menos que un metal con estructura BCC?

7. Un acero con tamaño de grano fino es mas deformable que un acero de tamaño de grano grueso? Explique.