Deslizamiento, maclado y endurecimiento en materiales cristalinos
Resumen
El documento explica cómo se deforman plásticamente los materiales cristalinos, distinguiendo entre monocristales y policristales. Se describen los sistemas de deslizamiento, la tensión de cizalladura resuelta crítica y el mecanismo de maclado. También aborda el endurecimiento por tamaño de grano y el papel de los límites de grano como barreras al movimiento de dislocaciones.
Puntos clave
- Para que las dislocaciones se muevan es necesario un esfuerzo de cizalladura; incluso en tracción o compresión existen componentes de cizalladura resueltas.
- El deslizamiento se produce preferentemente en el sistema de deslizamiento con mayor tensión de cizalladura resuelta.
- La tensión de cizalladura resuelta crítica es la tensión mínima necesaria para iniciar el deslizamiento en un sistema cristalográfico concreto.
- Una macla es una región del cristal donde los átomos quedan como imágenes especulares a un lado y otro del plano de maclado.
- En el deslizamiento el desplazamiento es múltiplo de la distancia interatómica; en el maclado es menor que dicha separación.
- Los límites de grano actúan como barreras al movimiento de dislocaciones, por lo que los policristales son más resistentes que los monocristales.
- Según la relación de Hall-Petch, el límite elástico varía inversamente con el tamaño de grano.
Deformación en Monocristales
Para que las dislocaciones se muevan, debe existir un esfuerzo de cizalladura. Sin embargo, aunque el esfuerzo aplicado sea de tracción o compresión, siempre existen componentes de cizalladura, denominadas tensiones de cizalladura resueltas, cuyas magnitudes dependen de la tensión aplicada y de las direcciones de deslizamiento.
Sistemas de Deslizamiento
En un monocristal, existen distintos sistemas de deslizamiento. El deslizamiento ocurre preferentemente en el sistema que posee la máxima tensión de cizalladura resuelta.
Tensión de Cizalladura Resuelta Crítica
La tensión de cizalladura resuelta crítica es la tensión mínima necesaria para iniciar el deslizamiento en un sistema cristalográfico específico.
Deformación en Policristales
La deformación y el deslizamiento en materiales policristalinos son más complejos, debido a que la dirección de deslizamiento varía de un grano a otro.
Mecanismos de Deformación Plástica
La deformación plástica policristalina corresponde a una distorsión comparable de los granos individuales por medio de deslizamiento.
Resistencia de Policristales
Los metales policristalinos tienen mayor resistencia que los monocristalinos debido a la presencia de límites de grano que actúan como barreras al movimiento de dislocaciones.
Deformación por Maclado (Twinning)
La deformación plástica puede ocurrir en algunos materiales metálicos por maclado.
Definición de Macla
Una macla es una región de un cristal donde una fuerza de cizalladura puede producir desplazamientos atómicos de tal manera que, en un lado del plano de maclado, los átomos están situados como si fueran imágenes especulares de las posiciones de los átomos del otro lado.
La magnitud del desplazamiento es proporcional a la distancia al plano de maclado. Este fenómeno ocurre en planos cristalográficos bien definidos y en una dirección que depende de la estructura cristalina.
Comparación entre Deslizamiento y Maclado
A continuación, se presenta una comparación de las deformaciones por deslizamiento y por maclado:
- En el deslizamiento, la orientación cristalográfica es fundamental para la activación de los sistemas de deslizamiento.
- La magnitud del desplazamiento en el deslizamiento es un múltiplo de la distancia entre átomos, mientras que en el maclado el desplazamiento es menor que la separación interatómica.
Endurecimiento por Tamaño de Grano
El tamaño de grano afecta significativamente a las propiedades mecánicas de los materiales.
El Límite de Grano como Barrera
Granos contiguos tienen diferentes direcciones cristalográficas, y el límite de grano es una interfaz común que actúa como barrera para el movimiento de dislocaciones debido a:
- El cambio de dirección de su movimiento.
- El desorden atómico en los límites, que produce una discontinuidad en la estructura cristalina.
Límites de Grano de Ángulo Grande
En límites de grano de ángulo grande, las dislocaciones no atraviesan la mayoría de los límites, sino que se concentran en una dirección, lo que puede generar más dislocaciones y contribuir al endurecimiento.
Efecto del Tamaño de Grano en la Resistencia
Un grano pequeño es generalmente más duro y resistente que un grano grande. El límite elástico varía inversamente con el tamaño de grano, siguiendo la relación de Hall-Petch.
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PDF Word HTMLPreguntas frecuentes
¿Qué es la tensión de cizalladura resuelta crítica?
Es la tensión mínima necesaria para iniciar el deslizamiento en un sistema cristalográfico específico. Sirve para determinar cuándo empieza la deformación plástica en un monocristal.
¿Qué es una macla?
Una macla es una región de un cristal donde los átomos, a un lado del plano de maclado, están situados como imágenes especulares de los del otro lado. Se forma por desplazamientos atómicos producidos por una fuerza de cizalladura.
¿Por qué los policristales son más resistentes que los monocristales?
Porque los límites de grano actúan como barreras al movimiento de dislocaciones. Granos contiguos tienen distinta orientación y el desorden atómico en los límites dificulta el deslizamiento.
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