Análisis 3-Dimensional de Crecimiento de Grano Metálico

An´alisis 3-Dimensional del Crecimiento de Grano
Met´alico

17 de noviembre de 2009
Resumen
Controlar la microestructura de un material es la llave para el manejo
de sus propiedades, y el tama˜
no de grano es una de las caracter´ısticas m´
as
importantes a determinar en un material, ya que interviene en las diferentes propiedades del material. Por ejemplo, al producir un tama˜
no degrano peque˜
no se incrementa la cantidad de ´
area de bordes de grano; dado
que las dislocaciones no pueden pasar con facilidad a trav´es de un borde
de grano, el material se hace m´
as resistente y se incrementa el n´
umero
de dislocaciones, por tanto un policristal resistir´
a mejor la tracci´
on que
un monocristal; adem´
as, un grano de tama˜
no peque˜
no ofrece poca conductividadel´ectrica pues el borde de grano impide el movimiento de los
electrones.
Para empezar el an´
alisis se discuten los mecanismos f´ısicos involucrados sin tomar en cuenta los fen´
omenos de recuperaci´
on y recristalizaci´
on,
asumiendo un sistema que se encuentra pr´
oximo al equilibrio, lo que hace
posible obtener un modelo sencillo con el cual trabajar, luego, tomando
en cuenta laenerg´ıa el´
astica y la energ´ıa de activaci´
on de barreras, la cual
est´
a asociada con la migraci´
on de los l´ımites de grano, se logra obtener
una relaci´
on para la velocidad de crecimiento de grano.
Para la simulaci´
on se hace uso del m´etodo probabil´ıstico de Monte
Carlo (MC) combinado con m´etodo determinista de los Aut´
omatas Celulares (AC), el m´etodo AC permite realizaractualizaciones a la estructura
para un instante dado bajo ciertas condiciones, condiciones dadas por el
m´etodo MC, el cual se basa s´
olamente en la termodin´
amica de las interacciones at´
omicas.
Las primeras simulaciones fueron realizadas sobre un sistema bidimensional, en el cual el n´
umero de orientaciones cristalogr´
aficas fue cambiado
progresivamente para cada simulaci´
on con loque se logr´
o determinar que
el fen´
omeno de crecimiento de grano es independiente del n´
umero de orientaciones cristalogr´
aficas (esto es v´
alido para una cantidad orientaciones
mayor a 128). Luego se procedi´
o al an´
alisis de un sistema tridimensional
para as´ı determinar los par´
ametros que est´
an involucrados en este tipo de
fen´
omeno.
Finalmente ya que en la simulaci´on el tiempo se mide en Monte Carlo
Steps (MCS) y el volumen se mide Monte Carlo Cells (MCC), se trata de
hacer una escala entre la simulaci´
on y datos experimentales de un metal
espec´ıfico para as´ı obtener un modelo que se ajuste a la realidad.

1

1.

Introducci´
on

Controlar la microestructura de un metal la llave para el manejo de sus propiedades. La mayor parte de losmetales comerciales tienen esctructuras cristalinas y consisten de granos microsc´
opicos con diversas orientaciones y formas.
El tama˜
no de los granos depende de factores tales como la temperatura, elasticidad, estr´es, deformaciones pl´
asticas y pureza qu´ımica. Durante el fen´
omeno
de crecimiento de grano ocurren cambios en la forma y el tama˜
no.
En la industria, las piezas met´
alicasson tratadas aplicando presi´
on y calor.
Una serie de eventos metal´
urgicos muy complejos pueden tomar lugar din´
amicamente durante el proceso de deformaci´
on y est´
aticamente despu´es de la deformaci´
on, el enfriamiento o el calentamiento. La estructura resultante determina
muchas de las propiedades del material y especialmente su desempe˜
no mec´
anico. Es as´ı que debemosestudiar y optimizar los diversos procedimientos termomec´
anicos y los fen´
omenos asociados con la evoluci´
on de las microestructuras
para as´ı poder obtener microestructuras adecuadas.
La metalograf´ıa microsc´
opica se encarga del estudio de los productos metal´
urgicos, con el objetivo de determinar sus constituyentes y su textura. Actualmente, la metalograf´ıa ya es considerada uno de...