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COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE MATERIALES

CURSO ACADÉMICO 2009/2010

T6. Deformación plástica en

materiales mono y policristalinos

Hemos visto una descripción fenomenológicaTeorías matemáticas elasto-plásticasHipótesis simplistas: medios homogéneos isótroposValida en el diseño de sistemas con:

Tamaño de grano finoCargas estáticasRango elástico

Comportamiento plástico: descripción aproximadaSituaciones de carga dinámica o impacto: uso de

datos experimentales

Introducción

Descripción de la plasticidad en términos cristalográficos y otras consideracionesMonocristales: 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

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 TaylorDislocaciones

Introducción

Sistemas de deslizamiento

Constituidos por un plano de deslizamiento y una dirección de deslizamiento

Línea de dislocación: separa regiones donde se ha produ-cido deslizamiento de donde no

Sistemas de deslizamiento

Constituidos por un plano de deslizamiento y una dirección de deslizamientoPlanos de deslizamiento: planos con una mayor densidad

atómicaDirecciones de deslizamiento: direcciones en el plano con un

mayor factor de empaquetamiento

Sistemas de deslizamiento

� Cristales fcc

Sistemas de deslizamiento

� Cristales bcc

Sistemas de deslizamiento

� Cristales hcp

Tensión de cizalladura resuelta crítica

Tensión aplicada

Tensión de cizalla resuelta

En el sistema con menor valor de m se iniciará la deformación plástica

0A

F=σ

mA

FRSS

0

0

coscosσλφτ ==

Límite elástico mínimo

No se producirá deslizamiento si

La deformación plástica se iniciará cuando

ley de Schmid

(Criterio de plastificación)

Tensión de cizalladura resuelta crítica

º452 === λφτ paraY CRSS

º0=φº90=φ

CRSSmY τ=

CRSSRSS ττ =

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

Tensión de cizalladura resuelta crítica

Confirmación experimentalτcrss es casi invariante para un cristal dado

Excepciones en metales de transición bcc

Variación con la temperatura

Etapa III (T>0,7 Tm):

Procesos difusivos

Etapa II (T<0,7 Tm)

Movimiento de dislocaciones

en campos de tensiones de

largo alcance

Etapa I (T<0,25Tm)

*τττ += acrss

Tensión de cizalladura resuelta crítica

Dependencia con las impurezas

Comportamiento de monocristales

Etapa IDeslizamiento fácilBajo grado de endurecimientoDepende de

� Orientación� Temperatura y � Velocidad de deformación

Transición asociada a la aparición de sistemas de deslizamiento múltiples

Comportamiento de monocristales

Etapa IIRegión de endurecimiento linealAparición de sistemas

de deslizamiento múltiplesAlto grado de endurecimientoEfecto de las ligaduras en los ensayos de tracción y

compresión

Comportamiento de monocristales

Etapa IIIRegión de saturación del endurecimientoReducción del grado

de endurecimientoRelacionado con el deslizamiento desviado – cross

slip

Comportamiento de monocristales

Rotación de la red en tracción

Comportamiento de monocristales

Representación de los giros – proyección estereográfica

Comportamiento de monocristales

Deformación en tracción de cristales fcc

Comportamiento de monocristales

Deformación en tracción de cristales bcc

Rotación de planos en cristales fccTracción

Compresión

Comportamiento de monocristales

Rotación de planos en cristales bccTracción

Compresión

Comportamiento de monocristales

Metales bccPencil glide

Comportamiento de monocristales

Materiales realesbcc (Nb)

fcc (Cu)

Comportamiento de monocristales

Restricciones a la deformación plásticaBicristal

Policristal

Comportamiento de policristales

Restricciones a la deformación plástica6 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 independientesCondición de von Mises

Comportamiento de policristales

Restricciones a la deformación plásticaCriterios de compatibilidad en las deformaciones de

las fronteras de granoal menos 5 sistemas de deslizamiento independientes

Comportamiento de policristales

Comportamiento en policristales

Factor de TaylorMedia del factor de Schmid para las posibles

orientaciones de los granos

Consideraciones– Distintas orientaciones cristalográficas– Menor número de sistemas de deslizamiento– Mayor efecto de los sistemas orientados menos

favorablemente

CRSSy mτσ =

75.206.3 == bccfcc mm

Comportamiento en policristales

Factor de TaylorIdeas fundamentales (fcc)– Probabilidad de que un grano con una orientación

arbitraria tenga un factor de Schmid m5 sistemas de deslizamiento independientes

posibilidadesContinuidad de las tensiones normales en las fronteras de

grano

– Media sobre la distribución de orientaciones de cada grano

5

12

Comportamiento de policristales

Curvas tensión-deformación

Formación de texturas

Comportamiento de policristales

Dependencia con la temperatura

Fractura a bajas temperaturas

Policristales Monocristales

Clases de materiales y deformación plástica

Clases de materiales y deformación plástica

Maleabilidad de metales

Dislocaciones geométricamente necesarias

Dislocaciones geométricamente necesarias

Dislocaciones geométricamente necesarias

Apilamiento de dislocaciones y efecto Bauschinger

Inestabilidades mecánicas

Deformación plástica anómala

– Cottrell y Bilby (1949)

– Hahn (1960)

Inestabilidades mecánicas

Efecto Portevin – Le ChatelierFluencia serrada