Fig. 1 Ejemplos de superplasticidad

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María del Rosario Ortega Correa
hace 5 años
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1 SUPERPLASTICIDAD Para algunos materiales metálicos, en particular aquellos que presentan microestructura bifásica como las aleaciones eutécticas y las eutectoides, es común observar elevados niveles de alargamiento ( 1000%) antes de la fractura. Esos metales corresponden a una clase especifica de la materiales conocida como materiales superplasticos..

2 Fig. 1 Ejemplos de superplasticidad

3 Fig. 2 Superplasticidad de una aleación Al Zn Mg S (Low temperature superplasticity in a friction-stir-processed ultrafine grained Al Zn Mg Sc alloy ; autores I.Charit, R.S.Mishra)

4 El comportamiento de la superplasticidad puede ser explicado por diferentes factores metalúrgicos. Sin embargo, se reconoce que los principales elementos que afectan esta propiedad son: 1. Condición microestructural particular Las principales condiciones de la microestructura de los metales superplasticos son una granulometría bastante refinada y la existencia de estructuras bifásicas( eutécticas o eutectoides)

5 2. Condiciones especificas del ensayo ( Modern Physical Metallurgy and Materials Engineering, 1999) Cuando presentan un acentuado movimiento de los contornos de grano durante el estiramiento de la probeta Los materiales superplasticos en general presentan una elevada sensibilidad a la tasa de deformación, en la que el flujo plastico de un solido puede ser representado por la siguiente relación: σ=k. ε m σ es tensión, ε es la tasa de deformación, K es una constante que depende del material y m es la sensibilidad de la tasa de deformación, que también depende del material.

6 Para m=1, la tensión es directamente proporcional a la tasa de deformación, y el material se comporta como un fluido viscoso newtoniano, como por ejemplo un vidrio supercalentado. Los materiales superplasticos son caracterizados por tener elevados valores de m, siempre que esta condición conduzca a un aumento de la estabilidad en la tracción, reduciendo el efecto de reducción de área ( cuello de botella) que lleva a la fractura.

$2 y la tasa para la cual A se modifica es sensiblemente dependiente de A, y, una vez que el área se reduce( cuello de botella, inestabilidad de la tracción) se llega rápidamente a la fractura.$

7 (Ensaios dos Materiais, Amauri Garcia, Jaime Alvares, Carlos Alexandre dos Santos) Para muchos metales y aleaciones, m 0.1 a 0.2 y la tasa para la cual A se modifica es sensiblemente dependiente de A, y, una vez que el área se reduce( cuello de botella, inestabilidad de la tracción) se llega rápidamente a la fractura. Cuando m=1, la tasa de alteración (da/dt) se vuelve independiente del área (A) y, consecuentemente, ninguna irregularidad en la geometría de la probeta será acentuada durante la deformación

8 La resistencia en la estricción depende sensiblemente de m, y aumenta de modo muy marcado para valores de m 0.5. Materiales metálicos superplasticos, como los eutécticos como aleaciones de Pb-Sn y Al-Cu y el eutectoide de la aleación Zn-Al, poseen valores de m próximos a la unidad a temperaturas elevadas.

9 Tipos de Fractura Mientras la deformación elástica es homogénea, involucrando solamente un pequeño y reversible desplazamiento de átomos, la deformación plástica no es homogénea e involucra grandes e irreversibles desplazamientos. La deformación elástica puede ser interpretada como estructuras perfectas, mientras que la deformación plástica esta relacionada con el movimiento de las dislocaciones.

10 La deformación plástica generalmente ocurre a través de un mecanismo de deslizamiento, en el cual los planos atómicos mas densamente compactados se mueven unos sobre otros. Para un determinado conjunto de planos densamente compactados y sus respectivas direcciones, el deslizamiento ocurrirá preferencialmente en aquellos que la tensión de cizallamiento (corte) es máxima, o que corresponda a una dirección de 45 al eje de la aplicación de la tensión.

11 En los metales con FCC, hay una mayor probabilidad de ocurrir un deslizamiento en esa dirección, que en los de HC Los BCC y HC, no tienen exactamente un conjunto de planos densamente compactados, y el deslizamiento normalmente ocurre en forma de líneas onduladas

12 Figura 3. Tipos de fracturas: (a) Fractura recta(material frágil), (b) fractura 45, sin deformación lateral(fcc frágil); (c) fractura 45, con deformación lateral(fcc dúctil); (d) fractura cónica (dúctil -BCC)

13 La fractura es definida como la separación o fragmentación de un cuerpo solido en dos o mas partes iguales, sobre la acción de una tensión, y puede ser analizada considerando dos fenómenos que deberán de ocurrir de modo secuencial y son: - Nucleación de grietas y - Engrosamiento/crecimiento (propagación) de grietas

14 Después de la tensión máxima, todos los planos de deslizamiento se encontraran totalmente anclados, sin ninguna movilidad, y el material estará en estado de máxima fluencia. Con la elevación de la tensión después de ese punto, la deformación solo será posible si los átomos inician un proceso de separación física con rotura de sus enlaces, iniciando la primera etapa de fractura, con la formación de los primeros núcleos de separación, estos núcleos crecen y se unen, formando una falla en el material, la cual es asociada al efecto final de la fractura.

15 Fig. 4 Etapas de la fractura después de la tensión máxima, mostrando la formación de grietas

$Los núcleos originados en la etapa 2 con forma de huecos y pueden ser visualizados después de la fractura Fig.$

16 Los núcleos originados en la etapa 2 con forma de huecos y pueden ser visualizados después de la fractura Fig. 5 Superficie de fractura presentando huecos, típicos de fractura dúctil: (a) aumento de 50X; (b) aumento de 100X

17 Este mecanismo de fractura es el mas común en los materiales dúctiles En los frágiles es mas común observar planos de clivaje, cuya fractura presenta un aspecto formado por pequeñas regiones planas. La naturaleza del clivaje responde a una fractura superficial compuesta por planos, la grieta es esencialmente plana y se desarrolla próximo a la normal del eje de tensión solicitante, pero cambia su orientación ligeramente cuando cruza el borde de grano, por la diferente orientación de los granos adyacentes.

18 Crecimiento de fisura, en un material frágil Crecimiento de fisura, en un material dúctil

19 De modo general, la fractura puede ser clasificada en 2 categorías: - Fractura frágil y - Fractura dúctil.

21 La fractura dúctil es caracterizada por la ocurrencia de una apreciable deformación plástica antes y durante la propagación de la grieta (ver Fig. 3). La fractura frágil en los metales es caracterizada por la rápida propagación de la grieta, con ninguna deformación macroscópica y muy poca deformación microscópica (ver Fig. 3)

22 Fig. 6 Aspecto de deslizamiento en un monocristal, comparado con la dirección teórica de deslizamiento

23 Fig. 7 Formación de la región estrecha en un acero

$Fig. 8 Ejemplos de (a) fractura dúctil (cuello de botella) en un acero de bajo carbono; (b) fractura frágil en aceros.$

24 Fig. 8 Ejemplos de (a) fractura dúctil (cuello de botella) en un acero de bajo carbono; (b) fractura frágil en aceros. Las fracturas frágiles ocurren debido al deslizamiento entre placas del equipo de tracción, generando un estado triaxial de tensión próximo a los extremos de la probeta (c) fractura con fuerte estricción y tendencia a la dirección de 45 en muestras de aluminio

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