COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE MATERIALES

Transcripción

1 COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE MATERIALES CURSO ACADÉMICO 2009/2010 T6. Deformación plástica en materiales mono y policristalinos

2 Introducción Hemos visto una descripción fenomenológica Teorías matemáticas elasto-plásticas Hipótesis simplistas: medios homogéneos isótropos Valida en el diseño de sistemas con: Tamaño de grano fino Cargas estáticas Rango elástico Comportamiento plástico: descripción aproximada Situaciones de carga dinámica o impacto: uso de datos experimentales

3 Introducción Descripción de la plasticidad en términos cristalográficos y otras consideraciones Monocristales: tensión de cizalladura resuelta crítica (temperatura, velocidad de deformación y pureza del material) Endurecimiento en función de interacciones entre dislocaciones múltiples sistemas de deslizamiento Deformación de policristales restricciones a la deformación plástica dislocaciones geométricamente necesarias

4 Introducción El modelo teórico para la resistencia a la deformación plástica sobreestima el valor de la tensión necesaria para producir la deformación plástica Solución debida a Orowan, Polanyi y Taylor Dislocaciones

5 Sistemas de deslizamiento Constituidos por un plano de deslizamiento y una dirección de deslizamiento Línea de dislocación: separa regiones donde se ha producido deslizamiento de donde no

6 Sistemas de deslizamiento Constituidos por un plano de deslizamiento y una dirección de deslizamiento Planos de deslizamiento: planos con una mayor densidad atómica Direcciones de deslizamiento: direcciones en el plano con un mayor factor de empaquetamiento

7 Sistemas de deslizamiento Cristales fcc

8 Sistemas de deslizamiento Cristales bcc

9 Sistemas de deslizamiento Cristales hcp

10 Tensión de cizalladura resuelta crítica Tensión aplicada σ = F A 0 Tensión de cizalla resuelta F σ 0 τ RSS = cosφ cos λ = A m 0 En el sistema con menor valor de m se iniciará la deformación plástica

11 Tensión de cizalladura resuelta crítica Y Límite elástico mínimo = 2 τ para φ = λ = 45º CRSS No se producirá deslizamiento si φ = 0º φ = 90º La deformación plástica se iniciará cuando Y = mτ CRSS ley de Schmid τ RSS = τ CRSS (Criterio de plastificación)

12 Tensión de cizalladura resuelta crítica Usando la nomenclatura de la transformación de tensiones Para un estado general de tensiones Para las deformaciones Para un único sistema de deslizamiento

13 Tensión de cizalladura resuelta crítica Confirmación experimental τ crss es casi invariante para un cristal dado Excepciones en metales de transición bcc Variación con la temperatura Etapa III (T>0,7 T m ): Procesos difusivos Etapa II (T<0,7 T m ) Movimiento de dislocaciones en campos de tensiones de largo alcance Etapa I (T<0,25T m ) τ τ + τ * crss = a

14 Tensión de cizalladura resuelta crítica Dependencia con las impurezas

15 Comportamiento de monocristales Etapa I Deslizamiento fácil Bajo grado de endurecimiento Depende de Orientación Temperatura y Velocidad de deformación Transición asociada a la aparición de sistemas de deslizamiento múltiples

16 Comportamiento de monocristales Etapa II Región de endurecimiento lineal Aparición de sistemas de deslizamiento múltiples Alto grado de endurecimiento Efecto de las ligaduras en los ensayos de tracción y compresión

17 Comportamiento de monocristales Etapa III Región de saturación del endurecimiento Reducción del grado de endurecimiento Relacionado con el deslizamiento desviado cross slip

18 Comportamiento de monocristales Rotación de la red en tracción

19 Comportamiento de monocristales Representación de los giros proyección estereográfica

20 Comportamiento de monocristales Deformación en tracción de cristales fcc

21 Comportamiento de monocristales Deformación en tracción de cristales bcc

22 Comportamiento de monocristales Rotación de planos en cristales fcc Tracción Compresión

23 Comportamiento de monocristales Rotación de planos en cristales bcc Tracción Compresión

24 Comportamiento de monocristales Metales bcc Pencil glide

25 Comportamiento de monocristales Materiales reales bcc (Nb) fcc (Cu)

26 Comportamiento de policristales Restricciones a la deformación plástica Bicristal Policristal

27 Comportamiento de policristales Restricciones a la deformación plástica 6 componentes de la deformación 3 de dilatación y 3 de cizalla sólo 5 independientes Criterios de compatibilidad en las deformaciones de las fronteras de grano al menos 5 sistemas de deslizamiento independientes Condición de von Mises

28 Comportamiento de policristales Restricciones a la deformación plástica Criterios de compatibilidad en las deformaciones de las fronteras de grano al menos 5 sistemas de deslizamiento independientes

29 Comportamiento en policristales Factor de Taylor Media del factor de Schmid para las posibles orientaciones de los granos Consideraciones σ y = mτ CRSS Distintas orientaciones cristalográficas Menor número de sistemas de deslizamiento Mayor efecto de los sistemas orientados menos favorablemente m fcc 3.06 m = = bcc 2.75

30 Comportamiento en policristales Factor de Taylor Ideas fundamentales (fcc) Probabilidad de que un grano con una orientación arbitraria tenga un factor de Schmid m 5 sistemas de deslizamiento independientes 12 5 posibilidades Continuidad de las tensiones normales en las fronteras de grano Media sobre la distribución de orientaciones de cada grano

31 Comportamiento de policristales Curvas tensión-deformación Formación de texturas

32 Comportamiento de policristales Dependencia con la temperatura Policristales Monocristales Fractura a bajas temperaturas

33 Clases de materiales y deformación plástica

34 Clases de materiales y deformación plástica Maleabilidad de metales

35 Dislocaciones geométricamente necesarias

36 Dislocaciones geométricamente necesarias

37 Dislocaciones geométricamente necesarias

38 Apilamiento de dislocaciones y efecto Bauschinger

39 Inestabilidades mecánicas Deformación plástica anómala Cottrell y Bilby (1949) Hahn (1960)

40 Inestabilidades mecánicas Efecto Portevin Le Chatelier Fluencia serrada