Deformacion Plastica
Wilsabeth1826 de Agosto de 2014
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TEMA 2. DEFORMACION PLASTICA.
DEFORMACION PLÁSTICA
La deformación plástica de los materiales es la deformación permanente de los mismos como consecuencia de la aplicación de una tensión externa.
Modo de deformación en que el material no regresa a su forma original después de retirar la carga aplicada. Esto sucede porque, en la deformación plástica, el material experimenta cambios termodinámicos irreversibles al adquirir mayor energía potencial elástica. La deformación plástica es lo contrario a la deformación reversible.
A temperatura ambiente, son dos los mecanismos responsables de esta deformación plástica de cristales: deslizamiento y maclado. Cada uno tiene características particulares, que se pueden apreciar mediante la observación en el microscopio óptico de la superficie pulida de una muestra. La activación de uno de estos mecanismos o de ambos y el orden en que se activen depende de la estructura cristalina del material.
DESLIZAMIENTO DE MONOCRISTALES
Cuando un material monocristalino, convenientemente orientado, se deforma plásticamente por la aplicación de una tensión, aparecen en su superficie, previamente pulida, líneas paralelas conocidas como líneas de deslizamiento. Las mismas se producen cuando zonas del cristal sometido a una tensión de corte se desplazan respecto del resto, produciendo un escalón en la superficie. El desplazamiento se produce sobre un plano cristalino (plano de deslizamiento) y a lo largo de unos más densos. Un plano y una dirección de deslizamiento constituyen un sistema de deslizamiento. La cantidad y características de los sistemas de deslizamiento dependen de cada estructura cristalina.
La tensión de corte resuelta sobre el sistema de deslizamiento que inicia la deformación es considerablemente baja, si se la compara con la resistencia de corte de un cristal perfecto calculada en términos de las fuerzas cohesivas entre átomos. La explicación de este hecho se encuentra en la presencia de dislocaciones dentro del cristal. El deslizamiento de una zona del cristal sobre otra se lleva a cabo, justamente, debido al deslizamiento de esas dislocaciones.
De las curvas puede verse que, cuando un material cristalino sufre una deformación plástica, se vuelve más resistente; esto es, se endurece por deformación o trabajado y se requiere un aumento en la tensión para continuar deformándolo. La pendiente de la curva de tensión vs. deformación define la velocidad de endurecimiento.
DEFORMACIÓN POR MACLADO
A pesar de que el principal mecanismo de deformación en materiales cristalinos es el deslizamiento, el maclado (formación de maclas) puede contribuir a la deformación cuando el deslizamiento es restringido como es el caso, en general, de las estructuras hcp. En efecto, debido a que en los metales hcp con relación c/a ≥ 1.633 el deslizamiento prácticamente sólo ocurre en el plano basal, en muchos de estos metales el maclado contribuye a la deformación misma y/o, lo que es más importante, puede producir una orientación de la red cristalina que sea favorable al deslizamiento basal. Así, bajo ciertas condiciones un metal fuertemente maclado puede ser más fácilmente deformado que uno libre de maclas. La zona maclada tiene la misma estructura cristalina que el cristal original, pero distinta orientación. Sobre una superficie pulida la macla de deformación presenta el aspecto de agujas.
La diferencia entre maclado y deslizamiento se debe reconocer cuidadosamente, ya que en ambos casos la red se deforma por corte. Sin embargo, en el deslizamiento la deformación ocurre sobre planos individuales de la red. Cuando se mide sobre un plano de deslizamiento, este corte puede ser varias veces mayor que el espaciado de la red y depende del número de dislocaciones que deslizan. El corte asociado con una deformación por maclado, en cambio, está uniformemente distribuido sobre un volumen. Aquí, en contraste con el deslizamiento, los átomos se mueven, uno respecto de otro, sólo una fracción de un espaciado interatómico.
ESTRUCTURA DE LAS MACLAS.
El maclaje es un movimiento de planos de átomos en la red, paralelo a un plano específico, de maclaje, de manera que la red se divide en dos partes simétricas diferentemente orientadas. La cantidad de movimiento de cada plano de átomos en la región maclada es proporcional a su distancia del plano de maclaje, de manera que se forma una imagen especular a través del plano de maclaje, según se muestra en las figuras siguientes.
En la figura 1, el plano de maclaje (111) corta al plano (110) a lo largo de la línea AB', que es la dirección de maclaje. La figura 2 muestra el mecanismo de maclaje. El plano del papel es el (110) y se toman juntas muchas celdas unitarias. Cada plano (111) en la región de maclaje se mueve tangencialmente a la dirección [112]. El primero, CD, se mueve un tercio de una distancia interatómica; el segundo, EF, se mueve dos tercios de una distancia interatómica; y el tercero, GH, se mueve un espacio entero.
Figura 1. Diagrama de un plano de maclaje y dirección de maclaje en una red c.c.c.
FORMACION DE MACLAS.
Las maclas se forman como resultado del esfuerzo cortante aplicado en dirección paralela al plano de maclaje y que queda en la dirección de maclaje. La componente del esfuerzo axial, normal al plano de maclaje, no tiene importancia en la formación de la macla. Al contrario que el deslizamiento, el esfuerzo cortante requerido para poder formarse una macla no es invariante respecto al plano de maclado, sino que pueden requerirse distintos valores en un campo bastante amplio. En el caso del zinc, los valores requeridos, de t, oscilan entre 5 y 35 MPa.
En coherencia con esta tensión cortante variante, se ha evidenciado por experiencias que los centros de nucleación para maclaje son posiciones de tensiones muy localizadas en la red. Significa que las maclas se forman solamente en metales que han sufrido deformación previa por deslizamiento.
Y justifica la condición necesaria para la nucleación de maclas: impedir el proceso de deslizamiento, formando barreras que prevengan el movimiento de dislocaciones en ciertas áreas restringidas.
El crecimiento de las maclas es, primordialmente, función del esfuerzo requerido para su nucleación. Este actúa en las formas siguientes:
a) Si se nuclean las maclas a esfuerzos muy bajos, el esfuerzo requerido para su crecimiento será del mismo orden de magnitud que el esfuerzo de nucleación.
b) Si se forman las maclas bajo condiciones que resulten en niveles de esfuerzos muy elevados antes de la nucleación, el esfuerzo por crecimiento puede ser mucho menor que por nucleación. Cuando éste sucede, las maclas crecen con mucha rapidez, tan pronto como son nucleadas.
MECANISMOS DE ENDURECIMIENTO POR MACLADO.
El maclado es un proceso de endurecimiento que siempre va asociado al deslizamiento, no puede considerarse por tanto independientemente. Esto significa que hay que considerarlo como mecanismo secundario al deslizamiento, y el endurecimiento que consigue debe ser consecuencia de multiplicar las acciones del endurecimiento por deslizamiento.
En este sentido se justifica que las maclas incrementan el endurecimiento por:
a) Dividen en tres partes la dimensión de los granos, con la incidencia que vimos tenía el tamaño de grano.
b) Bloquea las dislocaciones que en ese momento estuvieran actuando en el monocristal con la consiguiente inhibición del deslizamiento.
c) Dificulta el movimiento de bordes de grano por la propia resistencia a compresión que impone la macla cuando el grano tiende a su estirado.
En consecuencia, el maclado es un mecanismo de endurecimiento que potencia la inhibición de flujo plástico por deslizamiento, por partición del grano y bloqueo de los bordes.
DEFORMACION PLASTICA EN POLICRISTALES
Cuando se trabaja con un material policristalino, cada grano tendería a deformarse como un monocristal de acuerdo a lo descripto anteriormente (por deslizamiento y/o maclado). Pero la presencia de bordes de grano, determina que cada uno se deforme de una manera compatible con la deformación de los demás. En el deslizamiento, los límites de grano introducen restricciones al movimiento de las dislocaciones. En el caso del maclado y cuando una macla termina dentro de un grano, la deformación de corte asociada es tal que produce esfuerzos locales elevados lo que induce a un nuevo deslizamiento, y en el caso de llegar al límite de grano, puede inducir maclado en granos vecinos.
PROCESO DE TRABAJO EN FRÍO
Cuando un metal es rolado, extruido o estirado a una temperatura debajo de la recristalización el metal es trabajado en frío. La mayoría de los metales se trabajan en frío a temperatura ambiente aunque la reacción de formado en ellos causa una elevación de la temperatura. El trabajo en caliente realizado sobre el metal en estampado plástico, refina la estructura de grano mientras que el trabajo en frío distorsiona el grano y reduce un poco su tamaño. El trabajo en frío mejora la resistencia, la maquinabilidad, exactitud dimensional y terminada de superficie del metal. Debida a que la oxidación es menar en el trabaja en frió laminas mas delgadas y hojalatas pueden laminarse mejor que par el trabaja en caliente.
EFECTOS DEL TRABAJO EN FRIO
Para comprender la acción del trabajo en frío, se debe poseer algún conocimiento de la estructura de los metales. Todos los metales son cristalinos por la naturaleza y están hechos de granos de forma irregular de varios tamaños.
Cuando se trabaja en frío los cambios resultantes en la forma del material trae
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