DEFECTOS CRISTALINOS OBJETIVOS. materiales de ingenieria. deformación plástica y los mecanismos de endurecimento. b) Presentar

Transcripción

1 DEFECTOS CRISTALINOS OBJETIVOS a) Presentar los defectos cristalinos de los materiales de ingenieria. b) Presentar los mecanismos de deformación plástica y los mecanismos de endurecimento.

2 CONTENIDO DE LA CLASE Defectos unidimensionales. Impurezas. Soluciones sólidas. Defectos de linea. defectos bidimensionais. Análisis microscópico Deformación plástica. Mecanismos de endurecimento. Recristalización

3 DEFECTOS CRISTALINOS Defecto cristalino: imperfeción del reticulado cristalino Clasificación de los defectos cristalinos: Defectos de punto (asociados con una o dos posiciones atómicas): vacancias y átomos intersticiales. Defectos dislocaciones de linea (defectos unidimensionales): Defectos bidimensionales (límiotes entre dos regiones con diferentes estructuras cristalinas o diferentes orientaciones cristalográficas): contornos de grano, interfaces, superficies libres, límites de macla, defectos de apilado. Defectos volumétricos (defectos tridimensionales): poros, grietas e inclusiones.

4 Defectos de línea (vacancias y auto-intersticiales) vacancia: ausencia de un átomo en un punto del reticulado cristalino. Pueden ser formadas durante la solidificación o como resultado de vibraciones atómicas. Existe una concentración de equilíbrio de vacancias. N L Q = L N exp kt Donde: N número total de posiciones atómicas N L número de vacancias Q L energia de ativación k constante de Boltzmann T temperatura absoluta

5 Defectos de línea (vacancias y auto-intersticiales) Auto-intersticial: es un átomo que ocupa un intersticio de la estructura cristalina. Los auto-intersticiales causan una gran distorsión del reticulado cristalino a su alrededor. Representación de una vacancia y de un auto-intersticial

6 Impurezas Es imposible que exista un metal que contenga un sólo tipo de átomo (metal puro). Las técnicas de refinado atualmente disponibles permiten obtener metales con un grado de pureza en lo máximo de 99,9999%. Representación de átomos de impurezas substitucionales e intersticiales

7 Defectos de línea Arreglo de los átomos alrededor de una dislocación de cuña o de línea Dislocación en hélice o de tornillo

8 Defectos de línea Una dislocación no puede terminar en el interior de un cristal. La línea de dislocación delimita las regiones cizallada y no cizallada. Línea de dislocación, plano de deslizamiento

9 Defectos de línea La magnitud y la dirección de la distorsión del reticulado asociada a una dislocación puede ser expresada en terminos del vector de Burgers, b. El vector de Burgers puede ser determinado por medio del circuito de Burgers. Circuito de Burgers Línea de dislocación, plano de deslizamiento y vector de Burgers

10 Deformación plástica El mecanismo de deformación plástica es diferente para materiales cristalinos que para materiales amorfos. En los materiales cristalinos el principal mecanismo de deformación plástica consiste en el deslizamiento de planos atómicos a través del movimiento de dislocaciones, y en los materiales amorfos consiste en flujo viscoso. Deformación plástica producida por el movimiento de una dislocación em cuña

11 Deformación plástica Formación de una grada en la superficie de un metal por el movimiento de (a) una dislocación em cuña y (b) una dislocación en hélice. Analogía entre el movimiento de un gusano y de una dislocación.

12 Deformación plástica em monocristales y policristales Deslizamiento macroscópico en un monocristal Deslizamiento en un monocristal de zinc Alteración de la microestrutura de un metal policristalino como consecuencia de una deformación plástica.

13 Movimientos alternativos de dislocaciones Ascenso. Campo de tensones alrededor de una dislocación Tensiones de compresión y de tracción alrededor de una dislocación em cunha Interacción entre dislocaciones em cuña en el mismo plano de deslizamento

14 Defectos bidimensionales Interface: Límite entre dos fases diferentes. Límitess de grano: límite entre dos cristales sólidos de la misma fase. Superficie externa: superficie entre el cristal y el medio que lo rodea Límites de macla: tipo especial de límite de grano que separa dos regiones con una simetria tipo espejo. Fallas de apilado: ocorre en los materiales cuando hay una interrupción en la secuencia de apilado, por ejemplo en la secuencia ABCABCABC... de los planos compactos de los cristais CFC.

15 Defectos bidimensionais (contornos de grano) Cuando el desalineamiento entre los granos vecinos es grande (mayor que ~15 o ), el límite formado es llamado límite de grano de éngulo grande. Si el desalineamiento es pequeño (en general, menor que 5 o ), el límite es llamado límite de pequeño ángulo. Límites de grano y de subgrano ímite de ángulo pequeño resultado del alineamiento de dislocaciones em cuña

16 Defectos bidimensionales (contornos de macla) Una macla es un tipo de defecto cristalino que puede ocurrir durante la solidificación, deformación plástica, recristalización o crecimento de grano. Tipos de macla: maclas de recocido y maclas de deformación. La maclación ocurre en un plano cristalográfico determinado según una dirección cristalográfica específica. Tal conjunto plano/direción depende del tipo de estructura cristalina. Límite de macla Maclación mecánica en metales CFC

17 DEFECTOS TRIDIMENSIONALES Este tipo de defectos aparece debido a: - Control inadecuado durante la solidificación de los metales - Inadecuada realización de tratamientos térmicos - Sobre esfuerzos aplicados a las piezas - Mal diseño de piezas mecánicas - Mala selección de materiales Rechupes Grietas Poros

18 Observación microestrutural Observación estructural: macroestructura y microestrutura. Observación de la macroestructura: a ojo o con bajos aumentos (hasta ~10X). Observación de la microestructura: microscopía óptica y microscopia electrónica. Macroestrutura de un lingote de plomo presentando los diferentes granos. Aumento: 0,7X

19 Observación microestructural (microscopía óptica y electrónica) (a) y (b) formación del contraste entre granos. (c) Micrografía óptica de un latón (Cu-Zn) policristalino. Aumento: 60X. (a) y (b) formación de la imagen de los límites de grano. (c) Micrografía óptica de una aleación Fe-Cr. Aumento: 100X. Micrografia electrónica de un metal corroido