METALES

METALES
1.- Materiales CRISTALINOS y la
deformación plástica
El ensayo de tracción
s= Ken
s = F/A0
esfuerzo
Hollomon
sT, resistencia a
la tracción
sf, resistencia a la
fluencia
módulo de
Young
E = (s2-s1)/(e2-e1)
sT, resistencia a
la ruptura
% elongación
(Lf-L0)/L0*100
s= Ee
% red. área
(A0-Af)/A0*100
Hook
módulo de
Poisson
(región elástica)
n = -Dr/DL
def. plástica
def. elástica
deformación
e = DL/L0
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
Plano extra
Vector de deslizamiento Burger B
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
Esfuerzo cortante resultante crítico (psi)
Número de sistemas de deslizamiento
Deslizamiento cruzado
Resumen de propiedades
a.
b.
FCC
BCC
HCP
50_100
5000_10000
50_100a
12
48
3b
Puede ocurrir
Puede ocurrir
No puede ocurrir b
Dúctil
Resistente
Poco dúctil y resistente
Relativo a deslizamiento en planos basales.
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 de metales HCP y FCC monocristalinos y
policristalinos
16
Esfuerzo de corte (MN m-2)
14
HCP, policristal
12
10
8
FCC, policristal
6
FCC, monocristal
4
2
HCP, monocristal
0
10
20
30
40
50
Deformación (%)
60
70
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.
módulo de Young (MPa)
80
(1.55)
(1.35)
Li
Mn
76
(1.24)
Ni
72
(1.32)
Si
68
0
1
2
3
Porciento de elemento aleante
4
Efecto del contenido de elemento aleante en el módulo de
Young del Al (1.43 A).
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