Ing. Nilthon Zavaleta G.
Tema 6: Deformación Plástica en
Cristales Metálicos
Curso: Estructura de Metales
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Deformación Plástica en Monocristales: Deslizamiento y Tensión Crítica, Diapositivas de Estructuras metálicas
ESTRUCTURA DE METALESESTRUCTURA DE METALESESTRUCTURA DE METALESESTRUCTURA DE METALESESTRUCTURA DE METALESESTRUCTURA DE METALES
Tipo: Diapositivas
2019/2020
1 / 27
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Ing. Nilthon Zavaleta G.
Tema 6: Deformación Plástica en
Cristales Metálicos
Curso: Estructura de Metales
Monocristal
Policristal
Núcleo
Líquido
(1) Formación de núcleos estables en el metal líquido (NUCLEACIÓN)
(2) Crecimiento de los núcleos (CRECIMIENTO)
(3) Formación de la estructura granular (policristal).
Límite de grano
Solidificación de Metales
Granos
Dendritas
Algunas aleaciones presentan dos puntos de fluencia, indicando
que la fluencia no es uniforme. La figura muestra un caso típico en
varias aleaciones BCC.
Se observa cuatro regiones:
(OE) deformación elástica antes de la fluencia;
(EC) caída de la fluencia;
(CD) propagación a fluencia, y
(DF) endurecimiento uniforme.
La deformación entre E y F no es homogénea, y el flujo plástico se
inicia en una zona de la muestra y se extiende hasta su totalidad
en F, esta deformación se da mediante el mecanismo conocido
como bandas de Lüders.
Deformación Plástica en metales policristalinos
Bandas de Lüders en aceros. (a) Ensayo
tracción, (b) parte de una plancha estampada.
→ Los monocristales metálicos son por lo general dúctiles.
→ La aplicación de tensiones mayores a la tensión de corte
crítica, C
, muestra una curva compuesta de tres etapas: Etapa
I, II y III.
→ La extensión de cada etapa depende de la orientación del
cristal respecto a la carga.
→ La deformación del monocristal mediante deslizamiento es
inhomogénea (se deforma a través de planos específicos).
→ El comparación de las curvas - de un monocristal y un
policristal, esta última no muestra la etapa I pero deforma en
una manera similar a las etapas II y III.
Deformación plástica de monocristales metálicos
Monocristal FCC
Policristal
La deformación plástica ocurre por deslizamiento de planos atómicos paralelos en una dirección
característica de cada estructura cristalina. Este deslizamiento se visualiza en la superficie del material
mediante las líneas de deslizamiento.
Sistemas de Deslizamiento
Policristal de pb (FCC)
Policristal de Cu (FCC)
Latón 70/30 (FCC) policristalino.
La combinación de un plano de
deslizamiento y una dirección de
deslizamiento se le conoce como
sistema de deslizamiento.
Cada tipo de estructura cristalina
(BCC, FCC, HCP) tiene su propios
sistemas de deslizamiento.
Sistemas de Deslizamiento
Características de los sistemas de deslizamiento:
- Las direcciones de deslizamiento siempre son las direcciones
de empaquetamiento compacto.
- El deslizamiento ocurre generalmente sobre los planos
compactos o de mayor compacidad.
- El sistema de deslizamiento que se activa es el que presenta
mayor tensión de corte a lo largo de su dirección de
deslizamiento.
- En policristales o monocristales orientados arbitrariamente,
generalmente se activan más de un sistema de
deslizamiento (deslizamiento múltiple).
Metal Cd Zn Mg Zr Ti Be
c/a 1.886 1.856 1.624 1.590 1.588 1.
Sistemas de Deslizamiento en la Estructura HCP
En los cristales HCP reales, la relación c/a no es igual a 1.633; sino que varía desde 1.
hasta 1.586, como se observa en la tabla:
En los cristales HCP reales cuya relación c/a > 1.633, se deforman generalmente en el sistema:
20 → Conocidos como planos basales
En los cristales HCP reales cuya relación c/a < 1.633, se deforman generalmente en los sistemas:
20 → Conocidos como planos prismáticos
20 → Conocidos como planos piramidales
Existe sólo un plano ( 0001 ) el
cual sólo puede deslizarse en
tres direcciones 11
ത 20 , por lo
tanto, existen:
3 sistemas de deslizamiento:
0001 11
ത 20
Zn, Cd, Be, Mg, etc.
Sistemas de Deslizamiento en la Estructura HCP
Existe 3 planos prismáticos
10
ത 10 el cual sólo puede
deslizarse en 1 dirección 11
ത 20 ,
por lo tanto, existen:
3 sistemas de deslizamiento:
10
ത 10 11
ത 20
Ti, Zr, Be, etc.
Existe 6 planos piramidales
10
ത 11 el cual sólo puede
deslizarse en 1 dirección 11
ത 20 ,
por lo tanto, existen:
6 sistemas de deslizamiento:
10
ത 11 11
ത 20
Ti, Mg
Sistemas de Deslizamiento
Es la tensión de corte que actúa en el plano de deslizamiento y en la dirección
de deslizamiento:
𝜏 𝑅
=
𝐹
𝐴
cos 𝜙 cos 𝜆
El máximo factor de Schmid se da en el máximo de la función cos . cos ( 90
- ). El cual ocurre cuando = 45 º , donde el máximo factor de Schmid es 0. 5.
Factor de Schmid
Tensión de Corte Resuelta
En metales policristalinos cada grano es un
monocristal orientado al azar respecto al eje
de tracción. Si consideramos la gran cantidad
de granos orientados con diferentes
orientaciones, existirá algún grano orientados
con un factor de Schmid de 0. 5. Así, podría
decirse que el límite de elasticidad verdadero
de un policristal es igual al doble del valor de
la tensión de corte crítica ( elástica
= 2 c
).
Estructura FCC
- La dependencia de la temperatura con la tensión de corte crítica, c,
es pequeña.
- La tensión de corte crítica, c
, es sensible a los cambios de concentración, siendo más
pequeña en metales de alta pureza.
Metal Pureza (%) Plano Dirección (^) c
(MPa)
Ag
Cu
Ni
(111)
(111)
(111)
(111)
(111)
(111)
[1 1 0]
[1 1 0]
[1 1 0]
[1 1 0]
[1 1 0]
[1 1 0]
Tensión de Corte Crítica en Monocristales
Estructura HCP
- Presenta valores bajos de c
en el sistema ( 0001 ) y 11
- Metales en el cual el deslizamiento basal es el preferencial, la tensión de corte crítica
requerida para el deslizamiento no-basal es de uno a dos órdenes de magnitud mayor.
- Metales en los cuales el deslizamiento no-basal es el preferido, la tensión de corte crítica es
alta (> 10 MPa).
- El deslizamiento basal también puede ocurrir en los metales para los cuales el
deslizamiento prismático es el preferido, pero la tensión de cote crítica es alta (> 100
MPa).
Estructura BCC
- En concordancia con la falta de un plano de empaquetamiento compacto, este sistema
cristalino presenta un elevado valor de tensión de corte crítica.
Tensión de Corte Crítica en Monocristales
La función vs x puede aproximarse:
𝜏 = 𝐾 sin
Hasta b/ 4 se puede considerar que cumple con la ley
de Hooke:
Igualando ( 1 ) y ( 2 ), tenemos:
Sustituyendo ( 3 ) en ( 1 ), tenemos:
sin
Considerando que th
ocurre cuando x=b/ 4
𝑡ℎ
Tensión de Corte Crítica Teórica en Monocristales
Considerando la estructura FCC: Sistema de deslizamiento ( 111 ) 110
b = distancia interatómica 110 → 𝑏 =
𝑎 𝑜
2
2
a = distancia entre planos ( 111 ) → 𝑎 = 𝑑
( 111 )
𝑎 𝑜
3
𝑡ℎ
Metal Módulo de corte en la
dirección de deslizamiento
th
(teórica)
(MPa)
* (experimental)
(MPa)
Al
Ag
Cu
Fe
24400
25000
40700
59000
4800
5000
8000
11500