METALES

1.- Materiales CRISTALINOS y la deformación plástica

El ensayo de tracción

módulo de Young

sf, resistencia a la fluencia

sT, resistencia a la tracción

sT, resistencia a la ruptura

def. elástica

def. plástica

esf

ue

rzo

deformación

% elongación (Lf-L0)/L0*100

% red. área (A0-Af)/A0*100

e = DL/L0

s =

F/A

0

E = (s2-s1)/(e2-e1)

n = -Dr/DL

módulo de Poisson

(región elástica) s= Ee

Hook

s= Ken

Hollomon

Defectos en la red

sustitucional

intersticial

dislocación

vacancia

Modelo cristal real (policristal)

Deformación Plástica

• Debida al movimiento de los planos cristalinos por los defectos

• Vacancias

• Dislocaciones • Fallas de apilamiento

• Maclas

Tensión de corte para mover plano de cristal

b aprox valor a (a) Si a menor que b, seria mayor τ

Valores de tensión de corte

• Valores reales de G : 20-150 MPa

• Valores de G/2π : 3 -30 MPa, serian tensiones teóricas de corte para deslizar τ m

• Valores reales de τ m = 0.5-10 MPa

• Se pueden predecir de fuerzas interatómicas:

G/16 para fcc? G/8 = NaCl; G/ 4 para diamante ( al menos 100 veces mayores).

Defectos Lineales: Dislocaciones

• Se introdujeron teóricamente (1934)para explicar las tensiones de corte p deslizamiento de metales. Ellas:

• Requieren tensión menor de la teórica

• Se mueven dejando un escalón o banda de deslizamiento

• Se desliza sólo la región afectada por la dislocación.

Analogía

Dislocación de borde

Obtención del vector de burger B en dislocación de borde

Elementos de la dislocación

Linea de la dislocación Vector de deslizamiento Burger B Plano extra Plano de deslizamiento

Dislocación de Tornillo

Dislocación de tornillo

Circuito para encontrar b

Dislocaciones

• Responsables «portadoras» de la deformación.

• Deslizan en planos compactos y direcciones compactas.

• El plano y la dirección de deslizamiento forman el sistema de deslizamiento

• Tipos : de borde con b perpendicular a línea de dislocación, positivas y negativas; de tornillo con b paralelo a línea de dislocación y mixtas.

Deslizamiento en estructuras

RESUMEN DE FACTORES QUE AFECTAN EL DESLIZAMIENTO EN ESTRUCTURAS METÁLICAS

Factor

FCC

BCC

HCP

Esfuerzo cortante resultante crítico (psi)

50_100

5000_10000

50_100a

Número de sistemas de deslizamiento

12

48

3b

Deslizamiento cruzado

Puede ocurrir

Puede ocurrir

No puede ocurrir b

Resumen de propiedades

Dúctil

Resistente

Poco dúctil y resistente

a. Relativo a deslizamiento en planos basales.

b. Mediante aleación o calentamiento a temperaturas elevadas, en los metales HCP se activas sistemas de deslizamiento adicionales, lo que permite el deslizamiento cruzado y, por tanto, mejora su ductilidad.

Planos y direcciones de deslizamiento

BCC

Planos y direcciones compactas

Fuerza ( tensión de corte) sobre una dislocación = τb ( para cualquier tipo)

Deformación

• Hay deformación cuando la fuerza ( por unidad de longitud) supera la resistencia( por unidad de longitud

• Eso define resistencia al deslizamiento: por uniones entre átomos ( covalente tiene que romperse y volverse a formar,p.e.)

Dislocaciones en Materiales

Dislocaciones en TEM( microscopio electrónico de transmisión)

Dislocaciones en TEM

Dislocaciones ( Técnica decorado) Na Cl

Deformación Plástica

Endurecimiento al deformar endurecimiento por trabajado

Deformación plástica

• La tensión para el deslizamiento se incrementa con la deformación: Endurecimiento por deformación o por trabajado

• Lo provoca la interacción de dislocaciones entre sí y con obstáculos.

• Número de dislocaciones en recocido 10 5 -10 6 /cm 2

• Número de dislocaciones después de trabajado:

10 10 – 10 12 / cm 2

¿Cómo se multiplican las dislocaciones?

Deformación Plástica

• ¿Cómo se multiplican las dislocaciones?: -interacción con bordes, otros obstáculos ( precipitados, átomos extraños), fuentes de emisión( Frank Read), deslizamiento cruzado • Hay tensión acumulada • Dislocaciones pueden inmovilizarse con partículas y

necesitar mas tensión :Barreras Lommer Cottrell • Cuando intersectan otras dislocaciones deslizándose (

bosques o marañas de dislocaciones) • Deslizamientos cruzados ( las de tornillo porque no

tienen plano propio)

Endurecimiento por trabajado

Deformación (%)

0 10 20 30 40 50 60 70

Esfu

erz

o d

e c

ort

e (

MN

m-2

)

16

14

12

10

8

6

4

2

Deformación de metales HCP y FCC monocristalinos y policristalinos

HCP, policristal

FCC, policristal

FCC, monocristal

HCP, monocristal

HCP

FCC

FCC

BCC

BCC

Maclado

Maclado

Maclas de deformación al microscopio óptico ( Zr)

Maclas de recocido ( latón)

Maclado

• Una porción de cristal cambia orientación

• Queda imagen a espejo

• El plano de simetría se llama plano de macla

• Movimientos atómicos menores que distancia interatómica

• Cada plano participa

• Se producen en hcp y bcc porque tienen pocos planos de deslizamiento( altas velocidades, bajas temperaturas)

Maclado

• Se realiza en microsegundos ( deslizamiento milisegundos)A veces se oye ( Estaño)

• Tienen plano definido y dirección definida

• Pone otros sistemas disponibles a deslizamiento

• Baja contribución a deformación.( por eso hcp poco dúctiles)

• Maclas de recocido y de solidificación.

• Endurecimiento por Solución Sólida

Deformación en policristales Endurecimiento por solución sólida

Las tensiones debidas a diferentes tamaños de átomos, dificultan el deslizamiento.

Efecto del contenido de elemento aleante en el módulo de Young del Al (1.43 A).

(1.55)

(1.35)

(1.24)

(1.32)

mó

du

lo d

e Y

ou

ng

(M

Pa

)

Porciento de elemento aleante

0 1 2 3 4

80

76

72

68

Li

Mn

Ni

Si

Otros efectos

• Cada % atómico de aleación incrementa la resistividad en 10-5 ohm.cm

• ENDURECIMIENTO POR PARTICULAS PRECIPITADAS

Interacción con partículas

ENDURECIMIENTO POR BORDES DE GRANO

Formación de granos

Interacción en bordes

As-cast A356 aluminum (Al – 7% Si – 0.3% Mg -<0.2% Fe) casting made by

permanent molding. Anodized with Barker’s reagent (30 V dc, 2 min.) and

viewed with crossed polars + sensitive tint. Original at 50X. Note dendritic

solidification pattern.

Ecuación Hall Petch 𝞂= 𝞂0 + K d -1/2

La ecuación hall Petch se aplica parcialmente en estructuras dendríticas,

No se aplica en dendritas cuando hay refinador

Tipos de borde de grano

Otros efectos de trabajado en frío

• Incremento de Resistividad. (Al 95 % de deformación se incrementa la resistividad en 10-7 ohm.cm)

• Incremento de vacancias.(10% de deformación plástica crea 10 18 vacancias cm 3.

• Cada % atómico de aleación incrementa la resistividad en 10-5 ohm.cm