Dislocaciones

ID42A: Ciencia de los Materiales II

II Parte
Comportamiento Mecánico de Materiales
Plasticidad : Dislocaciones y Fenómenos de Deslizamiento
Profesor: Donovan E. Díaz Droguett

Miércoles 17 de octubre de 2007

Discrepancia entre el límite de fluencia teórico y el observado en los cristales
■ Como resultado de la fuerza aplicada, los cristales han sido cizallados en cierto número deplanos paralelos:
planos basales (0002), los planos más compactos del cristal. Cuando ocurre este tipo de deformación se dice que el cristal experimenta un “deslizamiento”. Las Marcas visibles sobre la superficie se denominan “líneas de deslizamiento”, y el plano cristalográfico sobre el cual ha ocurrido el cizallado se llama “plano de deslizamiento”.

■ El esfuerzo cortante al cual comienza elflujo plástico en un cristal simple (monocristal) es asombrosamente
pequeño cuando se le compara con la resistencia al corte teórico de un cristal perfecto (calculado en términos de las fuerzas cohesivas entre átomos).

que los átomos del plano superior en la figura. 4.4 sean Llevados a una posición equivalente a la de la figura. 4.5, después de lo cual se mueven espontáneamente hacia lasiguiente posición de equilibrio. Para alcanzar el punto de caballete, se requiere un movimiento horizontal de cada átomo igual a un radio atómico. En la figura. 4.6 se muestra este movimiento. Como la separación entre los dos planos es el orden de dos radios atómicos, la deformación por esfuerzo cortante en el punto de caballete es aproximadamente igual a una mitad. Esto es,

■ Un corte de unadistancia atómica requiere

γ = a / 2a = ½
En donde γ= deformación por esfuerzo cortante. En un cristal perfectamente elástico, la relación del esfuerzo cortante a la deformación por cizallamiento es igual al módulo de corte:

τ / γ=μ
en donde γ es la deformación por cizallamiento, τ es el esfuerzo cortante, y μ es el módulo de corte. Sustituyendo el valor ½ para γ, la deformación por esfuerzode corte, y el valor 2 500 000 ib/plg2 para μ, que es del orden de la magnitud del módulo de corte para el magnesio, obtenemos para τ el esfuerzo en el punto de caballete,

τ = (2.5 *106 ) / 2 = 106 lb/plg2

la relación del esfuerzo teórico para comenzar el corte del cristal al observado en un cristal real es, por lo tanto, aproximadamente

106/102= 10.000
En otras palabras, el cristal sedeforma plásticamente a tensiones de 1/10 000 de su resistencia teórica. En forma similar con otros metales, los cristales reales se deforman a pequeñas fracciones de sus resistencias teóricas (1/1 000 a 1/10 000).

DISLOCACIONES ■ La explicación de la discrepancia entre las cargas (esfuerzos) de deformación aparente y real descansa en el
hecho de que los cristales no son perfectos sino quecontienen defectos, como dislocaciones. Las dislocaciones se crean en gran número (~106 cm/cm3) al solidificarse el metal y cuando el cristal se deforma se crean muchas más, de manera que un cristal muy deformado puede contener valores tan altos de dislocaciones como 1012 cm/cm3 .

La figura muestra esquemáticamente cómo una dislocación en arista puede producir una unidad de deslizamiento bajo unapequeña tensión de cizalla. Se requiere una relativamente pequeña cantidad de tensión para el deslizamiento mediante este proceso puesto que sólo un pequeño grupo de átomos deslizan sobre otros.

PLANOS DE DESLIZAMIENTO Y DIRECCIONES DE DESLIZAMIENTO
Es un hecho experimental que en los cristales metálicos el deslizamiento, o corrimiento, ocurre preferentemente sobre los planos de elevadadensidad atómica. Es una regla general que la separación entre los planos reticulares paralelos varía directamente con el grado de compacticidad en los planos. En consecuencia, los cristales se cortan con mayor facilidad sobre planos de amplia separación. Esta aseveración no significa que el deslizamiento no pueda ocurrir en un cristal dado sobre planos distintos a los más compactos. Significa más...