Resumen
Mecanismos de deformación
Deformación Elástica
Deformación Plástica
Dislocación de Borde
Dislocación Helicoidal
Dislocación Mixta
Macla
Mecanismos de endurecimiento
Endurecimiento por disminución del tamaño de grano
Endurecimiento por solución sólida (sust. o interst.)
Endurecimiento por deformación en frío
Endurecimiento por precipitación de segundas fases
Mecanismos de Restauración
Recuperación
Recristalización
Crecimiento del Grano
Concepto: Esfuerzo
Los cuerpos sólidos responden de distinta forma cuando se los somete a
fuerzas externas. El tipo de respuesta del material dependerá de la forma
en que se aplica dicha fuerza (tracción, compresión, corte o cizalladura,
flexión y torsión).
Independientemente de la forma en que se aplica la fuerza, el
comportamiento mecánico del material se describe mediante tres
tipos de esfuerzos: tracción, compresión y corte.
Ej: El comportamiento mecánico de una barra torsionada puede describirse mediante
esfuerzos de corte y el de una viga flexionada mediante esfuerzos de tracción y compresión.
Corte
Concepto: Deformación
Es el cambio del tamaño o forma de un cuerpo debido a los esfuerzos
producidos por una o más fuerzas aplicadas (o también por la ocurrencia
de la dilatación térmica).
Independientemente de la forma en que se aplica la fuerza, el
comportamiento mecánico del material se describe mediante tres
tipos de deformaciones: tracción, compresión y corte.
Corte
Estado de Tensiones y Deformaciones
Por más compleja que sea la solicitación de un material:
• El estado de tensiones de un
elemento de volumen se describe
mediante tres tipos de esfuerzos:
tracción, compresión y corte.
• El estado de deformaciones de
un elemento de volumen se
describe mediante tres tipos de
deformaciones: tracción,
compresión y corte.
Hasta aquí sólo se tuvo en cuenta la FORMA en que se aplica una
carga sobre un cuerpo sólido y la respuesta del mismo en cuanto a
las deformaciones.
Si se tiene en cuenta el NIVEL de cargas aplicadas, un material
(que admita deformación) responderá mediante dos tipos de
deformaciones:
● Elástica
● Plástica
Concepto: Deformación Elástica
(Reversible)
Es aquella en la que el cuerpo recupera su forma original al
retirar la fuerza que le provoca la deformación.
En este tipo de deformación el sólido varía su estado tensional y
aumenta su energía interna en forma de energía potencial elástica.
Concepto: Módulo de Elasticidad
Para la mayoría de los metales, existe una relación lineal entre el esfuerzo
aplicado y la deformación. Esta relación se conoce con el nombre de Ley de
Hook.
σEε
E: Módulo de Elasticidad o Módulo de Young. Se lo puede interpretar como la
rigidez, es decir, la resistencia del material a la deformación elástica.
A escala atómica, la deformación elástica macroscópica se manifiesta como
pequeños cambios en la distancia interatómica. De esta forma, bajo una carga de
tracción, la distancia entre átomos es mayor. Esto significa que el módulo de
elasticidad depende de las fuerzas de enlace interatómicas y su magnitud es una
medida de la resistencia a la separación de los átomos contiguos.
La magnitud del módulo de elasticidad es proporcional
a la pendiente de la curva fuerza-separación
interatómica, calculada en la separación de equilibrio.
(Deformación no permanente)
Concepto: Deformación Plástica
(Irreversible)
Es aquella en la que el cuerpo no recupera su forma original al
retirar la fuerza que le provoca la deformación.
En los materiales metálicos, la deformación plástica ocurre mediante
la formación y movimiento de dislocaciones. Un mecanismo de
deformación secundario es el maclado (formación de maclas).
Estos mecanismos de deformación plástica (maclas y dislocaciones) se activan cuando la
tensión aplicada superan a la tensión de fluencia del material. Es decir, en un ensayo de
tracción, a la tensión de fluencia finaliza la zona de deformación elástica y comienza la
zona de deformación plástica (la tensión deja de ser proporcional a la deformación).
Mecanismo de deformación:
Deslizamiento de dislocaciones
Dislocación de Borde (También de Cuña o de Arista)
Mecanismo de deformación:
Deslizamiento de dislocaciones
Dislocación de Borde (o de Cuña)
Video de dislocaciones
en movimiento
Mecanismo de deformación:
Deslizamiento de dislocaciones
Dislocación Helicoidal o de Tornillo
Mecanismo de deformación:
Deslizamiento de dislocaciones
Dislocación Mixta
video
Sistemas de Deslizamiento
•Las dislocaciones (de cualquier tipo) no se mueven con el mismo grado de facilidad
en todos los planos y direcciones cristalográficas, sino que existen planos
preferenciales (planos de deslizamiento) y direcciones preferenciales (direcciones
de deslizamiento).
•Los planos de deslizamiento poseen elevada densidad planar de átomos. Las
direcciones de deslizamiento poseen elevada densidad lineal de átomos.
•Se llama “sistema de deslizamiento” al conjunto de planos y direcciones de
deslizamiento en donde las dislocaciones podrán moverse.
C C en
las Caras
Nº Planos de
Deslizamiento
Nº Direcciones
De Deslizamiento
Nº Sistemas de
deslizamiento
TOTAL
Hexagonal Compacto
Cúbica Centrado en el Cuerpo
4
6
12
24
1
3
6
3
2
1
1
3
1
1
12
12
12
24
3
3
6
12
48
12
Sistemas de Deslizamiento
Ejemplo: Cúbico Centrado en las Caras
Ejemplo: Cúbico Centrado en el Cuerpo
La ductilidad de un material depende del grado de compactación de los planos de deslizamiento y
del número de sistemas de deslizamiento. En general, los metales con estructura cúbica de caras
centradas son más dúctiles que los cúbicos de cuerpo centrado por tener planos más compactos (a
pesar de tener menor cantidad de sistemas de deslizamiento).
Deslizamiento en Monocristales
Deformación Plástica
La deformación plástica ocurre por el deslizamiento de dislocaciones en respuesta a una
tensión de corte aplicada a lo largo de un plano y una dirección de deslizamiento.
Aún cuando la solicitación sea tracción pura (o compresión pura), la tensión puede
descomponerse en tensiones de corte. Esta componente de la tensión aplicada se llama
tensión de corte resuelta.
Fs F cos
 R

  cos cos
As A / cos
R
As
Fs
R
Deslizamiento en Monocristales
Deformación Plástica
Un monocristal metálico tiene varios sistemas de deslizamiento que pueden operar en
forma independiente.
La tensión de corte resuelta será diferente para cada uno de estos sistemas de
deslizamiento, en función de los ángulos λ y φ.
Siempre existirá un sistema de deslizamiento cuya orientación será la más favorable, es
decir, con las máximas componentes de corte:
 R(máx )  (cos cos )(máx )
La deformación plástica ocurrirá cuando la tensión de corte resuelta máxima alcance un
valor crítico τCRSS (tensión de corte resuelta crítica). En estas condiciones, la
magnitud de la tensión nominal aplicada es la tensión de fluencia.
 CRSS  y (cos cos )(máx )
σ
σ
λ=90º, τR=0
σ
σ
λ=45º, φ=45º, τR=σ/2
σ
σ
φ=90º, τR=0
Deslizamiento en Monocristales
Deformación Plástica
El deslizamiento ocurre sobre una gran cantidad de planos y direcciones de
deslizamientos equivalentes, y con la orientación más favorable.
Este deslizamiento provoca pequeños escalones sobre la superficie de la probeta,
paralelos entre sí y dan la vuelta a la probeta.
Cada escalón es el movimiento de un gran número de dislocaciones a lo largo del
mismo plano de deslizamiento. Estos escalones de llaman líneas de deslizamiento.
Deformación Plástica en
Materiales Policristalinos
• Los planos y direcciones de delizamiento (λ,φ)
cambian de un grano a otro  τR cambia de un
grano a otro.
σ
• Cada grano deformará con el sistema de
deslizamiento que le resulta más favorable.
• Puede activarse más de un sistema de
deslizamiento en cada grano.
• Durante la deformación, la integridad mecánica y
la coherencia se mantienen a lo largo de los b. de g.
 Los granos no se separan ni se abren.
• Cada grano individual está parcialmente
constreñido en la forma que puede asumir debido a
la presencia de los granos vecinos.
Video 1 – Lineas de
Deslizamiento
Video 2 – Lineas de
Deslizamiento
σ
Deformación Plástica en
Materiales Policristalinos
Los metales policristalinos tienen mayor resistencia mecánica que los
monocristales correspondientes  es mayor la tensión necesaria para iniciar el
deslizamiento  es mayor la tensión de fluencia.
Esto se debe al constreñimiento geométrico impuesto sobre los granos durante la
deformación. Aun cuando un grano pueda estar favorablemente orientado para
iniciar el deslizamiento con la tensión aplicada, éste no puede deformarse antes de
que el grano adyacente (y menos favorablemente orientado) sea capaz también de
deslizar.
Distorsión de los granos
como consecuencia de
la deformación plástica
Mecanismo de Deformación por Maclado
En algunos materiales metálicos la deformación plástica
puede ocurrir por maclado:
σ
En el maclado, una F de corte produce
desplazamientos atómicos de forma tal que en un
lado de un plano (el plano de maclado), los átomos
están situados como si fueran imágenes especulares
de las posiciones de los átomos del otro lado.
El maclado ocurre en planos y direcciones
cristalográficas bien definidas, dependiendo de la
estructura cristalina.
σ
Diferencias entre Deslizamiento y Maclado
Deslizamiento
● La orientación cristalográfica por encima y por debajo del plano de
deslizamiento es la misma antes y después de la deformación.
● La magnitud del deslizamiento es un múltiplo de la distancia entre átomos
Maclado
● Se produce una reorientación a través del plano de maclado
● El desplazamiento atómico es menor que la separación interatómica.
● Ocurre preferentemente en metales con estructuras BCC y HC, a bajas T y a altas
velocidades de aplicación de la carga (impacto), donde el deslizamiento está
restringido por existir pocos sistemas de deslizamiento que puedan operar.
● El maclado puede activar nuevos sistemas de deslizamiento en orientaciones
favorables con respecto al eje de tracción.
Deformación del Zn
(Hexagonal)
Mecanismos de Endurecimiento
● La deformación plástica macroscópica se debe principalmente al
movimiento de un gran número de dislocaciones.
● La facilidad con que un metal se deforma plásticamente depende
de la facilidad que tienen las dislocaciones para moverse.
Los mecanismos de endurecimiento se basan en el mismo
principio: restringir o anclar el movimiento de dislocaciones.
Ejemplos de algunos mecanismos de endurecimiento:
Reducción del tamaño de grano
Solución sólida (sustitucional o intersticial)
Deformación en frío
Precipitación de segundas fases
Mecanismos de Endurecimiento:
1) Reducción del Tamaño de Grano
Los borde de grano actúan como barreras al movimiento de las
dislocaciones.
 Las dislocaciones deben cambiar la dirección de deslizamiento al
pasar a otro grano
 Los bordes de grano son una región desordenada de átomos,
existiendo una discontinuidad en los planos de deslizamiento.
Plano de
deslizamiento
grano A
Mecanismos de Endurecimiento:
2) Solución Sólida
Los átomos de impurezas o solutos de una ss se ven atraídos por los
campos de tensiones de las dislocaciones, de forma tal de cancelar
en forma parcial la deformación de la red alrededor de la
dislocación.
 Si la dislocación quiere moverse, debe tener una energía
adicional para vencer el “anclaje” de las impurezas / solutos de ss.
Los átomos de menor tamaño se quedan
arriba de la dislocación.
Los átomos de mayor tamaño se quedan
abajo de la dislocación.
Mecanismos de Endurecimiento:
2) Solución Sólida
Ejemplo de endurecimiento por solución sólida de una aleación Cu-Ni
Mecanismos de Endurecimiento:
3) Deformación en Frío
Si la deformación ocurre a baja T se genera un incremento significativo
en el Nº de dislocaciones.
 El movimiento de las dislocaciones está dificultada por la presencia de
otras dislocaciones.
También se llama acritud o endurecimiento por trabajado en frío.
Las operaciones de conformado producen un cambio en la sección
transversal del material:
Laminado
force
Forjado
roll
Ao
die
Ao blank
Ad
force
Trefilado die
Ao
die
Ad
roll
Ao  Ad
%CW 
x100
Ao
tensile
force
Extrusión
Ad
Mecanismos de Endurecimiento:
3) Deformación en Frío
Mecanismos de Endurecimiento:
3) Deformación en Frío
Ejemplo de endurecimiento por trabajado en frío de un acero.
Incremento de:
Dureza
Resistencia mecánica
Precio a pagar:
Reducción significativa de la ductilidad.
En general se emplea para aumentar las propiedades mecánicas de los metales
durante el proceso de conformado.
Puede ser eliminado mediante un tratamiento térmico.
Mecanismos de Endurecimiento:
4) Precipitación de Segundas Fases
Existen 2 posibilidades de interacción:
a) La dislocación puede cortar la partícula, generando un escalón.
b) Puede rodearla, generando un lazo de dislocación.
De cualquier forma, las partículas ofrecen una resistencia al paso
de la dislocación.
precipitado
Vista lateral
Vista sup
Mecanismos de Restauración
Recuperación:
Se incrementa la difusión de lo átomos
Se reduce el Nº de dislocaciones.
Se recuperan algunas propiedades
(conductividad eléctrica y térmica)
Se libera parte de la energía almacenada
Ej para el Fe
Recristalización:
Ocurre únicamente por arriba de la T de recristalización.
Se forman nuevos granos equiaxiales, sin deformación y con bajo Nº de dislocaciones.
Ocurre difusión de átomos a corto alcance.
Fuerza impulsora: Disminución en la energía interna.
Se obtiene una estructura refinada.
Se restauran las Prop Mec: el metal se hace más blando,
menos resistente y más dúctil.
Crecimiento de grano:
En caso de dejar el material a alta T por suficiente tiempo. Puede no ser requerido.
Fuerza impulsora: Reducción en el área total de bordes de grano.
Existe difusión de corto alcance.
Continúa bajando las propiedades mecánicas.
Ejemplo de las diferentes etapas de restauración para un latón
33% CW
t=0
8s @ 580ºC
Recristalización completa
3s @ 580ºC
Recristalización inicial
15min @ 580ºC
Crecimiento de grano
4s @ 580ºC
Recristalización parcial
10min @ 700ºC
Crecimiento de grano
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