endurecimiento por trabajo

Cuando se deforma repetidamente un metal mediante laminado, estirado, doblado o martillado, su estructura cristalina sufre un reordenamiento permanente. Las dislocaciones se multiplican y enredan dentro de la red, dificultando el movimiento posterior de los átomos. El resultado es un aumento medible de la resistencia a la tracción y la dureza, junto con una disminución de la ductilidad. Este fenómeno, también llamado endurecimiento por deformación o trabajo en frío, es inevitable siempre que el metal sufre una deformación plástica por debajo de su temperatura de recristalización.

La consecuencia práctica depende enteramente de su objetivo. Un trefilador explota intencionadamente el endurecimiento por trabajo: los pases sucesivos a través de matrices progresivamente más pequeñas endurecen el alambre por trabajo, aumentando la resistencia sin añadir material. Un fabricante de resortes confía en ello para lograr las propiedades elásticas requeridas. Por el contrario, un metalúrgico que forma una forma compleja puede encontrar que el material se vuelve demasiado quebradizo para seguir trabajándolo, lo que requiere un ciclo de recocido para restaurar la ductilidad recristalizando la estructura.

La mecánica y la medición

El grado de endurecimiento depende de la cantidad de deformación plástica impartida. Una pequeña flexión produce un endurecimiento modesto; múltiples pasadas a través de matrices o impactos repetidos producen un endurecimiento severo. Cuantitativamente, la resistencia a la tracción puede aumentar en un 50 por ciento o más en material fuertemente endurecido por trabajo en comparación con su estado recocido. Sin embargo, el alargamiento hasta la fractura disminuye correspondientemente, a veces a solo 2 o 3 por ciento. La dureza típicamente aumenta de 20 a 30 puntos Brinell dependiendo del metal y la tasa de deformación.

Diferentes metales responden de manera diferente. El cobre y el aluminio se endurecen significativamente y rápidamente; el hierro y el acero muestran aumentos menos dramáticos. La velocidad de deformación importa: el trabajo en frío lento y constante produce un endurecimiento más uniforme que los impactos rápidos. La temperatura también importa: cualquier calentamiento durante el trabajo, ya sea por fricción o por condiciones ambientales, acelera la recuperación y reduce el endurecimiento neto.

El nombre refleja el mecanismo: trabajo, en el sentido físico, es la energía aplicada al material; esa energía se bloquea en la estructura cristalina deformada como una mayor dureza. El efecto es permanente a menos que el material se caliente por encima de su punto de recristalización, que típicamente se encuentra entre el 40 y el 60 por ciento de la temperatura absoluta de fusión. Para el cobre, ese umbral es de alrededor de 200°C; para el acero, mucho más alto. Comprender cuándo el endurecimiento se convierte en un inconveniente en lugar de una ventaja es fundamental para planificar cualquier secuencia de trabajo del metal.