¿Qué es el refinamiento de granos? Fortalecimiento de los límites de granos – Definición

Fortalecimiento de metales

La resistencia de los metales y las aleaciones se puede modificar mediante varias combinaciones de trabajo en frío, aleación y tratamiento térmico. Como se discutió en la sección anterior, la capacidad de un material cristalino para deformarse plásticamente depende en gran medida de la capacidad de la dislocación para moverse dentro de un material. Por lo tanto, impedir el movimiento de las dislocaciones resultará en el fortalecimiento del material. Por ejemplo, una microestructura con granos más finos generalmente da como resultado una resistencia más alta y una tenacidad superior en comparación con la misma aleación con granos físicamente más grandes. En el caso del tamaño de grano, también puede haber una compensación entre las características de resistencia y fluencia. Otros mecanismos de refuerzo se consiguen a expensas de una menor ductilidad y tenacidad. Existen muchos mecanismos de fortalecimiento, que incluyen:

• Fortalecimiento de la solución sólida (aleación)
• Endurecimiento del trabajo (trabajo en frío)
• Endurecimiento por precipitación
• Refinamiento de granos
• Endurecimiento de la transformación

Refinamiento de granos – Fortalecimiento de los límites de granos

El refuerzo de los límites de grano (o refuerzo de Hall-Petch) es un método de refuerzo de materiales mediante el cambio de su tamaño medio de cristalita (grano). El tamaño del grano determina las propiedades del metal. Por ejemplo, un tamaño de grano más pequeño aumenta la resistencia a la tracción y tiende a aumentar la ductilidad. Se prefiere un tamaño de grano más grande para mejorar las propiedades de fluencia a alta temperatura. La disminución del tamaño de grano también es una forma eficaz de aumentar la ductilidad. Cuando se reduce el tamaño de grano, hay más granos con un mayor número de planos de deslizamiento alineados arbitrariamente para las dislocaciones en los granos. Esto brinda más oportunidades para que se produzca algún deslizamiento en un material sometido a tensión. Los límites de grano actúan como un impedimento para el movimiento de dislocación por las siguientes dos razones:

1. La dislocación debe cambiar su dirección de movimiento debido a la diferente orientación de los granos.
2. Discontinuidad de los planos de deslizamiento del grano uno al grano dos.

Por tanto, el refinamiento del grano proporciona un medio importante para mejorar no solo la resistencia, sino también la ductilidad y la tenacidad. Muchos otros mecanismos de fortalecimiento se logran a expensas de la ductilidad y la tenacidad. Para muchos materiales, el límite elástico σ varía con el tamaño de grano de acuerdo con

σ_y = σ_y,0 + k / d^x

En esta expresión, denominada ecuación de Hall-Petch , k es una constante, d es el diámetro promedio del grano y σ _{y, 0} es el límite elástico original. Tenga en cuenta que esta ecuación no es válida para materiales policristalinos de grano muy grande (es decir, grueso) y de grano extremadamente fino.

El efecto sinérgico de los elementos de aleación y el tratamiento térmico produce una enorme variedad de microestructuras y propiedades de los aceros.

• El vanadio . El vanadio generalmente se agrega al acero para inhibir el crecimiento de granos durante el tratamiento térmico. Al controlar el crecimiento del grano, mejora tanto la resistencia como la tenacidad de los aceros templados y revenido. El tamaño del grano determina las propiedades del metal. Por ejemplo, un tamaño de grano más pequeño aumenta la resistencia a la tracción y tiende a aumentar la ductilidad. Se prefiere un tamaño de grano más grande para mejorar las propiedades de fluencia a alta temperatura.
• Tungsteno . El tungsteno produce carburos estables y refina el tamaño de grano para aumentar la dureza, particularmente a altas temperaturas. El tungsteno se utiliza ampliamente en aceros para herramientas de alta velocidad y se ha propuesto como sustituto del molibdeno en aceros ferríticos de activación reducida para aplicaciones nucleares.

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Metalurgia