Dislocaciones. I.Q.M. Clara Saraid Flores Rosas.

Transcripción

1 Dislocaciones I.Q.M. Clara Saraid Flores Rosas. Se denomina dislocación a una distorsión en la red centrada alrededor de una línea imaginaria. Se puede entender como la discontinuidad en el límite entre dos regiones una de las cuales se ha desplazado, una con respecto a la otra; Estas se crean durante la solidificación de los sólidos cristalinos o por deformación plástica, por condensación de vacantes. Cabe mencionar que se denomina como una imperfección dentro de un cristal. Se pueden clasificar en tres clases de dislocaciones: de tornillo, de borde y mixtas. Dislocación de Borde Este tipo de dislocación se observa como si se insertara un medio plano en la red cristalina siempre en una línea de la red por lo que se le conoce como efecto lineal, se puede observar en la figura1. Figura1: En los incisos a) Se inserta un medio plano en la red cristalina, b)se produce una deformación en la estructura. En este tipo de dislocación se emplea un simbolo T ó (te ó te invertida) la T indica una dislocación negativa, mientras que la indica una dislocación positiva. Algunos ejemplos de movimientos análogos para ver dislocaciones es al dejar caer una bolsa de canicas en ocaciones su acomodo nos permite visualizar dislocaciones como se observa en la figura2. Figura2: Dislocacion de borde 1

2 Otro ejemplo puede ser el de un gusano cuando jala su cola para poder deslizarse, este aplica una fuerza a la tierra por donde avanza y a la vez opone una resitencia y se observa que genera una deformacion, el gusano hace una onda al moverse en todo su cuerpo generando sobre la tierra mas de una dislocación (a esto se le conoce como movimiento por desplazamiento), hasta impulsar por completa su cuerpo hacia adelante y de esta manera no genera una compresión a la tierra; como se observa en la figura 3. Figura 3: Compresión de la tierra al paso de un gusano, dislocación por desplazamiento. Cabe mencionar que la energía para mover una dislocación es casi cero, esto se ve en los materiales ya que en primera instancia serán esfuerzos cortantes muy bajos. El Vector de Burgers Se denomina vector o desplazamiento de Burgers, este indica la dirección, sentido e intensidad del deslizamiento. Se observa como un circuito cerrado se define sobre el plano perpendicular a la dislocación, como el vector requerido para completar el circuito de cuatro lados de iguales dimensiones alrededor de la intersección entre el plano de deslizamiento y plano extra, se mueve en el sentido de las manecillas del reloj, como se observa en la Figura 4. Figura 4: El circuito de Burgers para dislocaciones de borde. Tiene tres peculiaridades: Este es perpendicular a la línea de las dislocaciones. Queda definido por la dislocación y el vector de Burgers. Se desplaza de manera positiva. El movimiento por desplazamiento. Se puede observar en la figura 3, este se lleva acabó si la dislocación se mueve a lo largo del plano de deslizamiento, siguiendo la dirección del vector, este se realiza cuando la fuerza aplicada es tal que rompe 2

3 los enlaces dando a consecuencia que se recorra un espacio, si este se lleva como en la figura 3 se realiza un escalón al final del material. El movimiento por trepado. Este se realiza perpendicular al plano dando una vacancia, en ocasiones puede ser por una variación al cambiar el tamaño del plano extra, tiene una peculiaridad que es la de no requerir vacancias o movimiento de átomos por lo cual se le conoce como no conservador, por lo que el transporte de materia es por difusión; Se puede observar cuando se lleva a cabo un esfuerzo de compresión, cuando la pieza es comprimida por lo cual se desliza hacia arriba. A este tipo de dislocación se le llama trepado positivo, este efecto hace que al insertar un medio plano en la red cristalina se vaya acortando, como se observa en la figura 5. Figura 5: Movimiento por trepado positivo. Sin embargo también hay trepado negativo. Esto se ve cuando tenemos un esfuerzo de tensión, el cual tiene un efecto contrario provocando que incremente su tamaño como se ve en la figura 6. Dislocaciones de tornillo. Figura 6: Movimiento por trepado negativo. Se llama así debido a la superficie espiral formada por los planos atómicos alrededor de la línea de dislocación y se forman al aplicar un esfuerzo zigzagueante. La parte superior de la región frontal del cristal desliza una unidad atómica a la derecha respecto a la parte inferior. En este caso, el vector de Burgers es paralelo al plano que contiene la dislocación y perpendicular al plano de deslizamiento. 3

4 Para visualizar una dislocación de tornillo es como si se hiciera un corte en un cristal, la línea de dislocación se sitúa en donde se realiza el corte, después se deforma el material desplazando sobre la línea de dislocación un espacio atómico los planos reticulares del cristal. El vector desplazado, al momento de realizar el circuito de Burgers será el vector necesario para poder cerrar el circuito. En el acomodo de los átomos de la dislocación se observa un espiral, de ahí el nombre de dislocación de tornillo. En la Figura 7 se muestra como se ve la dislocación en un cristal y la espiral que forman los átomos en la dislocación. El vector de Burgers para estas dislocaciones se define igual que para las de borde, pero para este caso, el vector es paralelo a la dislocación. Se elige arbitrariamente una posición positiva a lo largo de la línea de dislocación, se construye un plano perpendicular a la línea de dislocación, se traza un camino alrededor de la línea de dislocación en este plano moviendo n vectores de retícula en 4 direcciones perpendiculares entre sí y se avanzar en sentido de las manecillas del reloj.si al terminar el camino trazado, llegamos a un punto inferior al punto de partida, hay una dislocación de tornillo. Dislocaciones mixtas. Son aquellas en las que se presentan dislocaciones con componentes de borde y de tornillo, con una región de transición entre ambas. Como se mencionó anteriormente, si el vector b es perpendicular a la línea de dislocación, es una dislocación de borde pura; si el vector b, es paralelo a la línea, es una dislocación de tornillo pura. Por lo tanto si se presentan otros ángulos entre el vector b y la línea, es una dislocación mixta. Las dislocaciones mixtas pueden empezar siendo de borde y convertirse en dislocaciones de tornillo a lo largo del cristal, o viceversa. El vector de Burgers presenta las características de borde o de tornillo, como si estas dislocaciones estuvieran por separado. Dislocaciones torcidas. Las dislocaciones de borde y de tornillo tienen rompimientos en sus líneas de dislocación, éstos pueden ser: Doblez fuera del plano: la desviación en la línea de dislocación se mueve fuera del plano de deslizamiento. Cuando ocurre en una dislocación de tronillo, el doblez tiene carácter de borde puro. En una dislocación de borde, el doblez sigue siendo de borde, pero en otro plano. Dobles en el plano: la desviación en la línea de dislocación ocurre sin salirse del plano de deslizamiento. Cuando ocurre en una dislocación de borde, la dislocación es una dislocación de tornillo. En una dislocación de tornillo el doblez tiene carácter de borde puro. 4

5 En la siguiente imagen se muestran ejemplos de cada desviación de las líneas de dislocación: Lazos de dislocación. Cuando una línea de dislocación no termina en un cristal, puede terminar en una superficie libre, en un límite de grano o formar lazos. Un lazo puede ser generado al trasladar todos los átomos de un cristal perfecto que están sobre el plano de deslizamiento y dentro de la región cuadrada, por una longitud de un vector b, en relación con los átomos debajo del plano de deslizamiento. Los átomos se empujan hacia arriba dentro del lazo hasta la línea. La localización de los puntos sobre el plano de deslizamiento que delinea al límite de este traslado es la línea de dislocación. Son como uniones de dislocaciones de tornillo y borde que forman curvas que cierran, por lo cual no tiene fin dentro del cristal. Al aplicar esfuerzos cortantes, la dislocación se expande hacia fuera en direcciones normales a la línea debido a que en un lazo, se encuentran dos dislocaciones de borde y dos de tornillo, pero una es positiva y la otra negativa, entonces al estar en contacto éstas se alejan causando la expansión de la dislocación y cuando alcanza los bordes externos del cristal, el efecto es el traslado de la parte superior del cristal. Generador de Frank-Read. La densidad de dislocaciones en un cristal se caracteriza al dar el número de dislocaciones que pasan a través de un área unitaria. El conformado mecánico incrementa en gran medida el número de dislocaciones dentro de los cristales. Uno de los mecanismos para ver la multiplicación de dislocaciones dentro de los cristales es el generador Frank-Read. Suponga que tiene una dislocación de borde positiva entre 2 puntos que se atoran y se mantienen fijos, entonces aplica un esfuerzo paralelo cortante generando un avance de forma radial debido a que interacciona con dos dislocaciones de borde negativo, las cuales forman un lazo que se expande porque se quieren alejar pero como un segmento de la curva de la dislocación es helicoidal a la derecha y el otro a la izquierda, en el punto de inserción se rompe el lazo. Uno de los anillos crecerá hasta las extremidades del cristal y el otro genera una nueva dislocación de borde en los dos puntos de la dislocación única. Mediante éste mecanismo se generan muchos anillos de dislocación sobre el mismo plano de deslizamiento, siendo el principal causante de la mayoría de dislocaciones asociadas a la deformación. Se puede observar en las siguientes imágenes: Bibliografía: Fundamentos de Metalurgia Física. Verhoeven, J.D., Editorial Limusa Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales. William D. Callister, Jr., Editorial Reverte S.A. Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales., SMITH, William F., 1993, 2º edición, México pp Editorial: Mc Graw Hill, 5