Interaccion de dilocaciones con precipitado 2003.ppt

7/23/2019 Interaccion de dilocaciones con precipitado 2003.ppt

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ENDURECIMIENTOCRISTALINOPORINTERACCINDE

DISLOCACIONESCONPRECIPITADORODIRGOOBERDAMINGENIERIADEMATERIALES


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INDICE

Reforzamiento cristalino

Reforzamiento por partculas de segunda fase:

1. Rotura de dispersoides

2. Bucle de Orowarn


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REFORZAMIENTO DE MATERIALESCRISTALINOS

El reforzamiento de materiales cristalinos se consiguedificultando el movimiento de dislocaciones mediante laintroduccin de una serie de obstculos. Las distorsiones queproducen los tomos de impurezas en la estructura cristalinason fuente de endurecimiento al igual que las partculas de

segundas fases y los lmites de grano. Asimismo, ladeformacin de materiales en fro genera dislocaciones, demodo que, al aumentar la densidad de stas se obstaculizanunas a otras en su movimiento endureciendo el material.

A continuacin se van a desarrollar los principalesmecanismos mediante los que se consigue aumentar la

resistencia mecnica en los materiales. Bsicamente son laformacin de partculas de segundas fases tanto enendurecimiento por precipitado como por dispersin.


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REFORZAMIENTO POR PARTCULAS DESEGUNDAS FASES

Partculas pequeas de segundas fases dispersas enuna matriz pueden aumentar la resistencia del materialincluso cuando su fraccin de volumen es baja (~1 %).Esto es porque un agregado de tomos frena mejor elmovimiento de una dislocacin que un tomo de solutoaislado.

El endurecimiento proporcionado por partculas desegundas fases depende de diversos factores. Entreellos se incluyen el tamao de partcula y la fraccin envolumen, que definen el espaciado interparticular, suforma geomtrica y la naturaleza del enlace entre lapartcula y la matriz. Esta ltima, a su vez, depende delmodo mediante el cual se introducen las partculas en lamatriz


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En este sentido, si las partculas provienen de la precipitacina partir de soluciones slidas sobresaturadas, el fenmeno sesuele denominar reforzamiento por precipitacin oendurecimiento por envejecimiento. Son ejemplos de

endurecimiento por precipitacin las aleaciones de Al-Cu. Si elreforzamiento se produce por una segunda fase insoluble yfinamente dispersa en la matriz metlica, se conoce comoendurecimiento por dispersin.

Por el contrario, en el caso de endurecimiento por dispersinla solubilidad ha de ser baja incluso a elevadas temperaturas.

Generalmente, en el endurecimiento por precipitacin haycoherencia entre las redes del precipitado y de la matriz,mientras que en los sistemas endurecidos por dispersin,normalmente, hay una falta de coherencia entre las partculasde segunda fase y la matriz .


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REFORZAMIENTO POR PARTCULASDE SEGUNDAS FASES

El requerimiento de la disminucin de la solubilidad con eldescenso de la temperatura, da lugar a una limitacinimportante en el nmero de sistemas posibles endurecidospor precipitacin. Por el contrario, es factible un nmero casiinfinito de sistemas endurecidos por dispersin, mezclando oaleando mecnicamente polvos.

Otra ventaja adicional del endurecimiento por dispersin esque estos sistemas son estables a muy altas temperaturas.Estas aleaciones son mucho ms resistentes a larecristalizacin y al aumento del tamao de grano, que lasaleaciones monofsicas, debido a las partculas de segundafase finamente dispersas.

Los lmites de fases coherentes, generalmente, permiten quelas dislocaciones pasen a travs de ellos rompiendo ocortando a la partcula. Por el contrario, las dislocacionestienden a rodear, formando anillos o bucles, a las partculascon lmites de fases incoherentes


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ROTURA DE DISPERSOIDES

Ocurre cuando las partculas de precipitado tienenlmites de fase coherentes con la matriz. En este caso,las dislocaciones las cortan y deforman como se muestraen la Fig 2.14, siendo el endurecimiento similar al

causado por la interaccin entre dislocaciones y tomosde soluto.


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Mott y Nabarro sugirieron laexistencia de un campo dedeformacin de la redcristalina de la matriz. Dicha

deformacin se producirapor la falta de acoplamientode la partcula en sualojamiento en la matriz. Elcampo de deformacin

resultante producira unreforzamiento:

Donde f es la proporcinvolumtrica de la fasedispersa, r es su radio, e esla

medida de la deformacindel campo y b es el mdulodel vector de Burguers

Una estimacin ms sofisticada del

reforzamiento de las deformaciones coherentesda lugar a la siguiente expresin:


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Kelly y Nicholson demostraron laexistencia de un segundo tipo deendurecimiento cuando unadislocacin intenta cortar a una

partcula de segunda fase. Esto creaun escaln de magnitud b sobrecada lado de la partcula. Como elproceso incrementa el rea de lapartcula debe realizarse un trabajopara cortar la misma. El incrementoen el reforzamiento viene dado por:

Muchas partculas finas de segunda faseson compuestos intermetlicos que tienenestructuras ordenadas. En este caso, elproceso de cizalladura tambin produciruna nueva intercara dentro de la misma.El incremento de resistencia est dado

por:

Donde ys es la energa de la intercara matriz-partcula y yp es la energa para desordenarla estructura de la partcula . Esta contribucinal endurecimiento es fuerte en lassuperaleaciones de base nquel donde elintermetlico ordenado AlNi3 est disperso en

una matriz de Ni.


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En tercer lugar, otra fuente deendurecimiento por partculasdeformables es la diferencia demdulos entre la matriz y lapartcula deformable. Estoafecta a la tensin lineal de lasdislocaciones y se debe aplicarun esfuerzo adicional paracortar la partcula:

Donde E1 es el mdulo deelasticidad de la fase blanda yE2 el de la fase dura.Finalmente, hay un incremento

del reforzamiento debido a ladiferencia en la tensin dePeierls entre la partcula y la

matriz. La tensin de Peierls esla resistencia intrnseca queopone la red cristalina almovimiento de las dislocaciones.Depende de la estructuracristalina, del plano cristalinoconsiderado y, especialmente,

de la fortaleza del enlace. Elreforzamiento debido a lasdiferencias de tensin de Peierlses directamente proporcional a ladiferencia entre la resistencia dela partcula p y la de la matrizm segn la relacin:


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FORMACIN DE BUCLES DE OROWAN

El segundo tipo de interaccin de dislocaciones conprecipitados fue estudiado por Orowan para el caso desobreenvejecimiento de precipitados no coherentes. Seproduce cuando partculas coherentes tienen tamaos

superiores al crtico o cuando no existe coherencia entrela matriz y el precipitado. Dichos casos traen consigo laformacin de bucles o anillos alrededor de las partculas.


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BUCLES DE OROWAN

El lmite elstico se determina por la tensin cortanterequerida para enlazar una lnea de dislocacin entre dospartculas separadas una distancia l, donde l>>R, siendo R elradio de las partculas consideradas esferas. En la figurasiguiente la etapa 1 muestra una lnea de dislocacin recta

que se acerca a dos partculas. La lnea comienza a doblarsey en la etapa 2 se ha alcanzado la curvatura crtica. Ladislocacin puede entonces seguir movindose sin quedecrezca el radio de curvatura. Teniendo en cuenta que latensin de cortadura requerida para doblar una dislocacin aun radio R es:


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BUCLES DE OROWAN

Donde G es el mdulo elstico a esfuerzos cortantes y b es el vectorde Burgers. Como los segmentos de la dislocacin que se

encuentran al otro lado de la partcula son de signo contrario puedenaniquilarse uno al otro parcialmente, dejando un anillo de dislocacinalrededor de cada partcula (etapa 3) y a la dislocacin original librepara moverse. Cada dislocacin que pase sobre el plano dedeslizamiento aadir un bucle alrededor de la partcula. Dichosbucles ejercen una tensin adicional sobre las dislocaciones omirado desde otra perspectiva, el espacio libre efectivo entre las

partculas (l)disminuye. Esto da lugar a endurecimiento puessupone un incremento en la tensin cortante. En consecuencia setiene que las partculas no coherentes dispersas causan en la matrizun rpido endurecimiento por deformacin.

La velocidad de endurecimiento por deformacin debida a la mediade las tensiones internas viene dada por la expresin siguiente:

Si l=2R entonces la tensin requerida para forzar la dislocacin entre losobstculos es:


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BUCLES DE OROWAN

Por otro lado, la ecuacin bsica de Orowan puede sermodificada introduciendo estimaciones ms elaboradas de latensin de lnea de dislocacin, por el empleo del espaciado lppara el camino libre medio, y por la adicin de una correccinpara la interaccin de los segmentos de dislocacin en cadalado de la partcula .Estos conducen a muchas versiones de la

ecuacin de las cuales la ms comn es la ecuacin deOrowan-Ashby:

La mayora de las teoras de reforzamiento con partculas

de segunda fase estn basadas en modelos con partculasesfricas. Sin embargo, la forma de las partculas pude serimportante, principalmente por el cambio de l. As se tieneque para igual proporcin volumtrica de partculas, formascilndricas y laminares refuerzan hasta dos veces ms que

las esfricas.

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