METALES. 1.- Materiales CRISTALINOS y la deformación plástica

Transcripción

1 METALES 1.- Materiales CRISTALINOS y la deformación plástica

2 esfuerzo El ensayo de tracción s = F/A 0 s f, resistencia a la fluencia s T, resistencia a la tracción s T, resistencia a la ruptura s= Ke n Hollomon módulo de Young E = (s 2 -s 1 )/(e 2 -e 1 ) s= Ee Hook % elongación (L f -L 0 )/L 0 *100 % red. área (A 0 -A f )/A 0 *100 módulo de Poisson (región elástica) n = -Dr/DL def. elástica def. plástica deformación e = DL/L 0

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4 Defectos en la red sustitucional intersticial dislocación vacancia

5 Modelo cristal real (policristal)

6 Deformación Plástica Debida al movimiento de los planos cristalinos por los defectos Vacancias Dislocaciones Fallas de apilamiento Maclas

7 Tensión de corte para mover plano de cristal

8 b aprox valor a (a) Si a menor que b, seria mayor τ

9 Valores de tensión de corte Valores reales de G : MPa Valores de G/2π : 3-30 MPa, serian tensiones teóricas de corte para deslizar τ m Valores reales de τ m = MPa Se pueden predecir de fuerzas interatómicas: G/16 para fcc? G/8 = NaCl; G/ 4 para diamante ( al menos 100 veces mayores).

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11 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.

12 Analogía

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14 Dislocación de borde

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18 Obtención del vector de burger B en dislocación de borde

19 Elementos de la dislocación Linea de la dislocación Plano extra Vector de deslizamiento Burger B Plano de deslizamiento

20 Dislocación de Tornillo

21 Dislocación de tornillo

22 Circuito para encontrar b

23 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.

24 Deslizamiento en estructuras RESUMEN DE FACTORES QUE AFECTAN EL DESLIZAMIENTO EN ESTRUCTURAS METÁLICAS Factor FCC BCC HCP Esfuerzo cortante resultante crítico (psi) 50_ _ _100 a Número de sistemas de deslizamiento b 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.

25 Planos y direcciones de deslizamiento

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29 BCC

30 Planos y direcciones compactas

31 Fuerza ( tensión de corte) sobre una dislocación = τb ( para cualquier tipo)

32 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.)

33 Dislocaciones en Materiales

34 Dislocaciones en TEM( microscopio electrónico de transmisión)

35 Dislocaciones en TEM

36 Dislocaciones ( Técnica decorado) Na Cl

37 Deformación Plástica

38 Endurecimiento al deformar endurecimiento por trabajado

39 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 /cm 2 Número de dislocaciones después de trabajado: / cm 2 Cómo se multiplican las dislocaciones?

40 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)

41 Endurecimiento por trabajado

42 Esfuerzo de corte (MN m -2 ) Deformación de metales HCP y FCC monocristalinos y policristalinos HCP, policristal FCC, policristal FCC, monocristal 4 2 HCP, monocristal Deformación (%)

43 HCP

44 FCC

45 FCC

46 BCC

47 BCC

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49 Maclado

50 Maclado

51 Maclas de deformación al microscopio óptico ( Zr)

52 Maclas de recocido ( latón)

53 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)

54 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.

55 Endurecimiento por Solución Sólida

56 Deformación en policristales Endurecimiento por solución sólida Las tensiones debidas a diferentes tamaños de átomos, dificultan el deslizamiento.

57 módulo de Young (MPa) Li Mn (1.55) (1.35) 72 Ni Si (1.24) (1.32) Porciento de elemento aleante Efecto del contenido de elemento aleante en el módulo de Young del Al (1.43 A).

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60 Otros efectos Cada % atómico de aleación incrementa la resistividad en 10-5 ohm.cm

61 ENDURECIMIENTO POR PARTICULAS PRECIPITADAS

62 Interacción con partículas

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64 ENDURECIMIENTO POR BORDES DE GRANO

65 Formación de granos

66 Interacción en bordes

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70 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.

71 Ecuación Hall Petch σ= σ 0 + K d -1/2

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76 La ecuación hall Petch se aplica parcialmente en estructuras dendríticas, No se aplica en dendritas cuando hay refinador

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78 Tipos de borde de grano

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80 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 vacancias cm 3. Cada % atómico de aleación incrementa la resistividad en 10-5 ohm.cm

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