Recocido en Metales: Restauración, Recristalización y Crecimiento de Grano

Recocido contra Acritud en Materiales Metálicos

Tras deformar en frío un material metálico, se eleva la energía libre del cristal al crearse una gran cantidad de dislocaciones, generando una situación de no equilibrio. El recocido es un proceso que consiste en un calentamiento del material tras la deformación en frío, de forma que el material pierde progresivamente acritud y, por tanto, dureza, límite elástico y resistencia, mientras que aumenta su tenacidad y plasticidad. Se forman nuevos granos con muy pocas dislocaciones en su interior, en tres etapas distintas:

1. Restauración

En esta etapa se mantiene la estructura granular inicial, pero cambia el número y la posición de las dislocaciones. La mayor temperatura permite a las dislocaciones moverse y cambiar de plano, lo que facilita que se reordenen en posiciones de menor energía, además de aniquilarse entre sí.

La disposición de dislocaciones en posiciones de equilibrio da lugar a una formación de subgranos, evolucionando la estructura previa de celdillas formada durante la deformación plástica en frío: se reduce el espesor de las paredes, disminuye el número de dislocaciones en el interior y el tamaño de las celdillas crece.

Durante esta etapa, disminuyen las tensiones internas, la dureza y el límite elástico, pero aumentan ligeramente la plasticidad, la tenacidad y la conductividad eléctrica.

2. Recristalización

Se produce un fuerte descenso de la energía libre del material cristalino debido a una gran disminución de dislocaciones. Se sustituye la estructura granular inicial por otra nueva, en un proceso de nucleación y crecimiento, que conduce a una estructura de granos equiaxiales a partir de los granos alargados iniciales. Estos nuevos granos aparecen preferentemente en las zonas más deformadas y junto a los bordes de grano primitivos, que son las regiones del material con mayor energía, y por tanto aquellas zonas donde es más fácil que se alcance la energía de activación necesaria para que se produzca la nucleación.

Cuanto mayor sea la deformación previa por acritud, mayor es la energía disponible dentro del material, y mayores serán también las velocidades de nucleación y crecimiento (lo mismo a mayor temperatura), siendo el proceso más rápido y los granos formados de menor tamaño.

La temperatura de recristalización (T_r) es aquella temperatura para la que se produce la recristalización completa en una hora. Hay varios factores que la afectan. Las impurezas y aleantes, al ser obstáculos que frenan a las dislocaciones, aumentan la T_r. Por su parte, una mayor cantidad de deformación, un menor tamaño de grano inicial y una menor temperatura de deformación previa disminuyen T_r.

Durante esta etapa, disminuyen en gran medida la dureza, el límite elástico y la resistencia, pero se elevan mucho la plasticidad y la tenacidad.

3. Crecimiento de Grano

Se produce un crecimiento de grano por permanencia a temperatura elevada, ya que se tiende a reducir la superficie de borde de grano y, a su vez, la energía libre del material. Se acelera al subir la temperatura, y la dureza permanece prácticamente constante.

La segregación en los bordes de grano entorpece el crecimiento, pues las partículas precipitadas enganchan las entrecaras de los granos formados, dificultando su movimiento y recolocación de los átomos próximos al borde de grano. A mayor cantidad de partículas, menor será el tamaño de grano final.

En algunos casos, puede producirse un crecimiento de grano exagerado, dando lugar a una recristalización secundaria, por la cual unos pocos granos crecen mucho a costa de los demás, deteriorando las propiedades mecánicas a baja temperatura y generando problemas en caso de un conformado posterior.