mecanismos_de_endurecimiento-2013-parte_i.ppt
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1
Propiedades Mecánicas de los Materiales
Rigidez Resistencia a la deforma-ción elástica
Módulo deYoung
ResistenciaResistencia a la Tensión de deformation plástica
Fluencia
Tenacidad Resistencia a la fractura Energía para fracturar
Ductilidad Habilidad para deformarse Deformación plásticamente a la fractura
2
Ensayo de Tracción Uniaxial
Longitud Calibrada
espécimen
3
Resultado de un ensayo de tracción uniaxial
Reistencia a la Tracción
Resistencia a la Fluencia σy
σ (Tensión Ingenieril)
σR
Yieldpoint
estricción
RESISTENCIA RoturaÁrea = Tenacidad
RigidezPendiente = Módulo de Young
DUCTILILIDAD
εf (deformación a la fractura)
ε (deformación ingenieril)
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Si hay una transición suave desde la región elástica a la plástica (no hay un punto de fluencia definido) se usa la tensión convencional de fluencia 0,2%
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• Externamente, un cambio de forma permanente comienza en σy
• Internamente, ¿qué sucede?
¿Qué sucede durante la deformación plástica?
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¿Qué le sucede a la estructura cristalina luego de la deformación plástica?
Deformación
Plástica ?
7
Algunas respuestas posibles
Permanece igual Cambia a otra Estructura cristalina
Se hace aleatoria o Amorfa
r
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EXPERIMENTO
Comparación de un Cu deformado y un Cu sin deformación
¿Cómo cambia la microestructura de un policristal durante la deformación plástica?
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Líneas de Deslizamiento
Antes de la DeformaciónDespués de la Deformación
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Líneas de Deslizamiento
Antes de la DeformaciónDespués de la Deformación
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¿Cómo decidimos?
La Difracción de Rayos X nos dice:
-No hay cambios en la estructura cristalina!
-No hay cambios en la estructura cristalina pero sí hay cambios en la forma externa!!
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Callister
Líneas de deslizamiento
en la microestructura de Cu deformado plásticamente
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DeslizamientoEsfuerzo de corte
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Planos, Direcciones y Sistemas de deslizamiento
Planos de deslizamiento
PlanosCristalográficos
Direcciones Direcciones cristalográficasde deslizamiento
Sistema dedeslizamiento
Una combinación de un plano y una dirección de deslizamiento
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Sistemas de deslizamientoen Cristales Metálicos
Cristal Plano Direccción Sistemas
FCC {111} <110> 4x3=12(4 planos) (3 por plano)
BCC {110} <111> 6x2=12(6 planos) (2 por plano)
HCP {001} <100> 3x1=3(1 plano) (3 por plano)
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Sistemas de deslizamiento en Cristal
FCC
z
y
x
(111)
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Tracción vs Tensión de Corte
• La deformación Plástica tiene lugar por deslizamiento
• El deslizamiento requiere Tensión de Corte
• Entonces, ¿cómo la deformación plástica tiene lugar durante el ensayo de tracción?
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σ
Nφ1 Dφ2
σ: Tensión de tracción aplicada
N: Normal al plano de deslizamiento
D: Dirección de deslizamiento
Φ1: ángulo entre σ y N
Φ2 = ángulo entre σ y D
σ
¿Hay alguna tensión de corte en el plano de deslizamiento en la dirección de deslizamiento debido a la tensión aplicada?
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Tensión de corte resuelta (TRSS)
F
Nφ1
σ = F/ A
Area=A
FD = F cos φ2
D A = As cos φ1φ2
F F cosφDτ
Area = As
RSS=
=
AS
F
2=A
cosφ1
cosφcosφ
F τ =σ cosφ
1 2A
cosφRSS 1 2
RSST
20
F F
F Fcos φ2 = 0 cos φ1 = 0
No hay tensión de corte en planos paralelos o perpendiculares al eje de la tensión aplicada
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Tensión de corte resuelta crítica (τCRSS )La deformación plástica ocurrirá cuando la tensión de corte resuelta máxima alcance un valor crítico τCRSS
τ τ =σ cosφcosφσ
τN
φ1 D
RSS RSS 1 2
CRSS
φ2
cosφ cosφ21
σσ y
σ τ σ cosφ cosφCRSS =y 1 2
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τ σ cosφ cosφCRSS =y 1 2
1. τ CRSS cambia
2. σy cambia
Ley de Schmid:τ CRSS es una constante del material
Si cambiamos la dirección de la tensión con respecto al plano y dirección de deslizamiento cos φ1 cos φ2 va a cambiar
Para mantener la igualdad, es decir, que haya deslizamiento, ¿quién va a cambiar?
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Anisotropía de la Tensión de Fluencia
σ yτ=
cosφcrss
cosφ1 2
La tensión de fluencia de un mono cristal depende de la dirección de aplicación de la carga
cos φ1 cos φ2 se llama factor de Schmid
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Sistema de deslizamiento activoτ RSS
cosφa cosφa
τCRSS
cosφb
1
cosφ
2
b
σ
1 2
σy
τ σ cosφ cosφCRSS =y 1 2
El sistemsade deslizamiento con el mayor factor de Scmid es el sistema de deslizamiento activo
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Monocristal luego de la deformación plástica por una tensión de tracción. El deslizamiento ocurre en distintos planos paralelos
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Deformación de un monocristal de Cu
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Deformación de un hexagonal compacto
Van Vlack L.H. (1989) “Elements of materials science and engineering” 6th Ed.
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En la zona lineal: G (G= cte.)
= F/A; deformación= tan si el ángulo es pequeño
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La deformación que acompaña la tensión de corte τ es una deformación de corte . Esta cantidad es una deformación por unidad de longitud como era la deformación normal , pero ahora el desplazamiento es transversal a la longitud sobre la cual es distribuida (Esto es también la distorsión o cambio en el ángulo recto):
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Tensión de corte crítica resuelta
Teoría Experimento
Cociente
(GPa) (MPa) Teoría/Exp
Fe (BCC) 12 15 800
Cu (FCC) 7 0.5 14,000
Zn (HCP) 5 0.3 17,000
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?
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Solución
1934
E. OrowanMichael Polanyi
Geoffrey Ingram Taylor
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Solución
• No es el deslizamiento de un cuerpo rígido
• Parte deslizada/ parte no deslizada
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Deslizamiento Todavía no deslizó
Frontera entre la parte deslizada y la no deslizada
en el plano de deslizamiento
Línea de Dislocación(Defecto uni-Dimensional)
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Movement of an Edge Dislocation
From
W.D. Callister
MaterialsScience
and Engineering
Movimiento de una Dislocación de Borde (o cuña)
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Otro defecto cristalino de gran importancia es la dislocación. Se denominan así a aquellos defectos donde la red se distorsiona alrededory a lo largo de una línea de átomos. La distorsión de los átomos genera un campo de tensiones. Un tipo muy importante de dislocación, llamado de borde, esta constituido por un plano incompleto de átomos en la red cristalina que termina en la línea de dislocación
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La introducción del concepto de dislocación revolucionó el campo de la mecánica de materiales desde su introducción teórica a fines de la década del ’20. A partir de este concepto se pudo explicar la diferencia entre la tensión teórica de deformación y la tensión de corte real para comenzar la deformación (Tensión de Corte Critica Resuelta) donde la primera es del orden de 100 a 1000 veces mayor que la medida experimentalmente
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Bosque de dislocaciones observado mediante microscopiaelectrónica de transmisión.
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Representación de la analogía entre la oruga y el movimiento de una dislocación
ó
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Se define la densidad de dislocaciones , , como la longitud total de líneas de dislocación por unidad de volumen. En un metal recocido :
6 63 2
110 10
cm
cm cm
En un material trabajado en frío: 12 143
10 10cm
cm
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Línea de dislocación
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En la dislocación de borde:
línea de dislocaciónb
Por lo tanto se define un plano de deslizamiento
En la dislocación de hélice:
línea de dislocaciónb
Por lo tanto NO se define un plano de deslizamiento. Estas dislocaciones pueden cambiar de plano de deslizamiento
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Borde
Hélice
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76(ejercicio)
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78(Ejercicio)
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0 0
2
´ 0 0
.. .
.
.. . .
2V
dW F dx F dxd
V AL A L
EE d E d
Energía de deformación elástica por unidad de volumen en el caso de deformación en tracción:
Para el caso de tensiones y deformaciones de corte es lo mismo si se reemplaza el módulo E por G (módulo de corte)
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• Generalidades• Endurecimiento por solución sólida• Endurecimiento por deformación•Endurecimiento por borde de grano•Endurecimiento por precipitación
El ordenamiento anterior es en sentido creciente de la dimensión del obstáculo (dimensión: 0, 1, 2, 3)
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El efecto de varios elementos de aleación en la resistencia a la fluencia del cobre. Los átomos de Ni y Zn son casi del mismo tamaño que el cobre, pero los átomos de Be y Sn, p.ej., son muy diferentes. Incrementar ambas cosas, la diferencia de tamaño y la concentración atómica de los elementos de aleación incrementa el endurecimiento por solución sólida
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El endurecimiento por solución sólida no es generalmente un mecanismo de especialmente eficaz en materiales comerciales, en gran medida porque la solubilidad de los átomos de la impureza no es suficiente para generar un número apreciable de obstáculos.
éstas
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(ejercicio)
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Se ve más adelante
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L=distancia entre obstáculosGb
L
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