En metalurgia y ciencia de materiales , el recocido es un tratamiento térmico que altera las propiedades físicas y en ocasiones químicas de un material para aumentar su ductilidad y reducir su dureza , haciéndolo más trabajable. Implica calentar un material por encima de su temperatura de recristalización , mantener una temperatura adecuada durante un período de tiempo adecuado y luego enfriar.
En el recocido, los átomos migran en la red cristalina y el número de dislocaciones disminuye, lo que provoca un cambio en la ductilidad y la dureza. A medida que el material se enfría, recristaliza. Para muchas aleaciones, incluido el acero al carbono, el tamaño del grano del cristal y la composición de las fases, que en última instancia determinan las propiedades del material, dependen de la velocidad de calentamiento y la velocidad de enfriamiento. El trabajo en caliente o en frío después del proceso de recocido altera la estructura del metal, por lo que se pueden utilizar tratamientos térmicos adicionales para lograr las propiedades requeridas. Conociendo la composición y el diagrama de fases , se puede utilizar el tratamiento térmico para ajustar desde más duro y quebradizo hasta más blando y dúctil.
En el caso de los metales ferrosos , como el acero , el recocido se realiza calentando el material (generalmente hasta que brille) durante un tiempo y luego dejándolo enfriar lentamente a temperatura ambiente en aire tranquilo. El cobre , la plata y el latón se pueden enfriar lentamente al aire o rápidamente enfriándolos en agua. [1] De esta manera, el metal se ablanda y se prepara para trabajos posteriores como darle forma, estampar o moldear.
Muchos otros materiales, incluidas las películas de vidrio y plástico , utilizan recocido para mejorar las propiedades del acabado. [2] [3]
El recocido se produce por la difusión de átomos dentro de un material sólido, de modo que el material progresa hacia su estado de equilibrio. El calor aumenta la velocidad de difusión al proporcionar la energía necesaria para romper los enlaces. El movimiento de los átomos tiene el efecto de redistribuir y erradicar las dislocaciones en los metales y (en menor medida) en la cerámica. Esta alteración de las dislocaciones existentes permite que un objeto metálico se deforme más fácilmente, aumentando su ductilidad. [4]
La cantidad de energía libre de Gibbs que inicia el proceso en un metal deformado también se reduce mediante el proceso de recocido. En la práctica y en la industria, esta reducción de la energía libre de Gibbs se denomina alivio del estrés . [ cita necesaria ]
El alivio de tensiones internas es un proceso termodinámicamente espontáneo ; sin embargo, a temperatura ambiente, es un proceso muy lento. Las altas temperaturas a las que se produce el recocido sirven para acelerar este proceso. [ cita necesaria ]
La reacción que facilita devolver el metal trabajado en frío a su estado libre de tensiones tiene muchas vías de reacción, que en su mayoría implican la eliminación de gradientes de vacantes de la red dentro del cuerpo del metal. La creación de vacantes de red se rige por la ecuación de Arrhenius , y la migración/difusión de vacantes de red se rige por las leyes de difusión de Fick . [5]
En el acero, existe un mecanismo de descarburación que puede describirse como tres eventos distintos: la reacción en la superficie del acero, la difusión intersticial de los átomos de carbono y la disolución de los carburos dentro del acero. [6]
Las tres etapas del proceso de recocido que avanzan a medida que se aumenta la temperatura del material son: recuperación , recristalización y crecimiento del grano . La primera etapa es la recuperación y da como resultado el ablandamiento del metal mediante la eliminación de defectos principalmente lineales llamados dislocaciones y las tensiones internas que causan. La recuperación ocurre en la etapa de temperatura más baja de todos los procesos de recocido y antes de la aparición de nuevos granos libres de deformaciones. El tamaño y la forma del grano no cambian. [7] La segunda etapa es la recristalización , donde nuevos granos libres de deformaciones se nuclean y crecen para reemplazar a los deformados por tensiones internas. [7] Si se permite que el recocido continúe una vez que se ha completado la recristalización, entonces se produce el crecimiento del grano (la tercera etapa). Durante el crecimiento del grano, la microestructura comienza a hacerse más gruesa y puede hacer que el metal pierda una parte sustancial de su resistencia original. Sin embargo, esto se puede recuperar con el endurecimiento . [8] [ cita necesaria ]
La alta temperatura de recocido puede provocar la oxidación de la superficie del metal, lo que genera incrustaciones. Si se deben evitar las incrustaciones, el recocido se lleva a cabo en una atmósfera especial , como con gas endotérmico (una mezcla de monóxido de carbono , gas hidrógeno y gas nitrógeno ). El recocido también se realiza formando gas , una mezcla de hidrógeno y nitrógeno.
Las propiedades magnéticas del mu-metal (núcleos de Espey) se introducen recociendo la aleación en una atmósfera de hidrógeno.
Normalmente, se utilizan hornos grandes para el proceso de recocido. El interior del horno es lo suficientemente grande como para colocar la pieza de trabajo en una posición que reciba la máxima exposición al aire caliente en circulación. Para procesos de recocido de gran volumen, a menudo se utilizan hornos transportadores alimentados por gas. Para piezas de trabajo grandes o grandes cantidades de piezas, se utilizan hornos con fondo de automóvil para que los trabajadores puedan mover las piezas hacia adentro y hacia afuera fácilmente. Una vez que el proceso de recocido se completa con éxito, a veces las piezas de trabajo se dejan en el horno para que se enfríen de forma controlable. Mientras que algunas piezas de trabajo se dejan enfriar en el horno de forma controlada, otros materiales y aleaciones se retiran del horno. Una vez retiradas del horno, las piezas de trabajo suelen enfriarse rápidamente en un proceso conocido como endurecimiento por enfriamiento rápido. Los métodos típicos de enfriamiento de materiales endurecidos implican medios como aire, agua, aceite o sal. La sal se utiliza como medio para apagar, generalmente en forma de salmuera (agua salada). La salmuera proporciona velocidades de enfriamiento más rápidas que el agua. Esto se debe a que cuando un objeto se enfría en agua, se forman burbujas de vapor en la superficie del objeto, lo que reduce el área de superficie con la que el agua está en contacto. La sal en la salmuera reduce la formación de burbujas de vapor en la superficie del objeto, lo que significa que hay una mayor superficie del objeto en contacto con el agua, lo que facilita una mejor conducción del calor desde el objeto al agua circundante. El endurecimiento por enfriamiento es generalmente aplicable a algunas aleaciones ferrosas, pero no a las aleaciones de cobre. [ cita necesaria ]
En la industria de los semiconductores , las obleas de silicio se recocen para reparar el desorden a nivel atómico en pasos como la implantación de iones . En el paso del proceso, los átomos dopantes , generalmente boro , fósforo o arsénico , se mueven a posiciones de sustitución en la red cristalina, lo que permite que estos átomos dopantes funcionen correctamente como dopantes en el material semiconductor.
La normalización es un proceso de recocido aplicado a aleaciones ferrosas para darle al material una estructura uniforme de grano fino y evitar un ablandamiento excesivo en el acero. Implica calentar el acero a 20-50 °C por encima de su punto crítico superior, remojarlo durante un corto período a esa temperatura y luego dejarlo enfriar al aire. Calentar el acero justo por encima de su punto crítico superior crea granos austeníticos (mucho más pequeños que los granos ferríticos anteriores), que durante el enfriamiento forman nuevos granos ferríticos con un tamaño de grano aún más refinado. El proceso produce un material más duro y dúctil y elimina los granos columnares y la segregación dendrítica que a veces ocurre durante la fundición. La normalización mejora la maquinabilidad de un componente y proporciona estabilidad dimensional si se somete a procesos de tratamiento térmico adicionales.
El recocido de proceso, también llamado recocido intermedio , recocido subcrítico o recocido en proceso , es un ciclo de tratamiento térmico que restaura parte de la ductilidad de un producto que se está trabajando en frío para que pueda seguir trabajando en frío sin romperse.
El rango de temperatura para el proceso de recocido varía de 260 °C (500 °F) a 760 °C (1400 °F), dependiendo de la aleación en cuestión. Este proceso es adecuado principalmente para acero con bajo contenido de carbono. El material se calienta hasta una temperatura justo por debajo de la temperatura crítica más baja del acero. El acero trabajado en frío normalmente tiende a poseer una mayor dureza y una menor ductilidad, lo que dificulta su trabajo. El recocido del proceso tiende a mejorar estas características. Esto se lleva a cabo principalmente en acero laminado en frío como acero trefilado, tuberías de hierro dúctil fundidas centrífugamente, etc.
Un recocido completo normalmente da como resultado el segundo estado más dúctil que puede adoptar un metal para una aleación metálica. Su propósito es crear una microestructura uniforme y estable que se asemeje más a la microestructura de equilibrio del diagrama de fases del metal, permitiendo así que el metal alcance niveles relativamente bajos de dureza, límite elástico y resistencia máxima con alta plasticidad y tenacidad. Para realizar un recocido completo en un acero, por ejemplo, el acero se calienta ligeramente por encima de la temperatura austenítica y se mantiene durante el tiempo suficiente para permitir que el material forme completamente una estructura de grano de austenita o austenita-cementita. Luego se deja que el material se enfríe muy lentamente para que se obtenga la microestructura de equilibrio . En la mayoría de los casos, esto significa que se deja que el material se enfríe en el horno (el horno se apaga y el acero se deja enfriar en el interior), pero en algunos casos se enfría con aire. La velocidad de enfriamiento del acero debe ser lo suficientemente lenta como para no permitir que la austenita se transforme en bainita o martensita , sino que se transforme completamente en perlita , ferrita o cementita . Esto significa que los aceros que son muy endurecibles (es decir, que tienden a formar martensita a velocidades de enfriamiento moderadamente bajas) deben enfriarse en hornos. Los detalles del proceso dependen del tipo de metal y de la aleación precisa involucrada. En cualquier caso, el resultado es un material más dúctil pero con un límite elástico menor y una resistencia a la tracción menor . Este proceso también se denomina recocido LP para perlita laminar en la industria del acero a diferencia de un proceso de recocido , que no especifica una microestructura y solo tiene el objetivo de ablandar el material. A menudo, el material que se va a mecanizar se recoce y luego se somete a un tratamiento térmico adicional para lograr las propiedades finales deseadas.
El recocido de ciclo corto se utiliza para convertir ferrita normal en ferrita maleable. Consiste en calentar, enfriar y luego volver a calentar de 4 a 8 horas.
El calentamiento resistivo se puede utilizar para recocer eficientemente alambre de cobre ; el sistema de calefacción emplea un cortocircuito eléctrico controlado . Puede resultar ventajoso porque no requiere un horno de temperatura regulada como otros métodos de recocido.
El proceso consta de dos poleas conductoras ( poleas escalonadas ), por las que pasa el cable después de estirarlo. Las dos poleas tienen un potencial eléctrico a través de ellas, lo que hace que el cable forme un cortocircuito. El efecto Joule hace que la temperatura del cable aumente hasta aproximadamente 400 °C. Esta temperatura se ve afectada por la velocidad de rotación de las poleas, la temperatura ambiente y el voltaje aplicado. Donde t es la temperatura del cable, K es una constante, V es el voltaje aplicado, r es el número de rotaciones de las poleas por minuto y ta es la temperatura ambiente .
La constante K depende del diámetro de las poleas y de la resistividad del cobre.
En términos puramente de temperatura del alambre de cobre, un aumento en la velocidad del alambre a través del sistema de poleas tiene el mismo efecto que una disminución en la resistencia.
