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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