DISLOCACIONES

DISLOCACIONES

Las dislocaciones son imperfecciones lineales que distorsionan la red cristalina centrada en torno a una línea. De no existir la imperfección, la red cristalina sería perfecta, lo cual no existe. Normalmente las dislocaciones se presentan durante el proceso de solidificación o bien por deformación ya sea plástica o permanente del material aunque también se forman por condensación de vacantes y por desajuste atómico en las disoluciones sólidas. Estos defectos se presentan en todos los materiales incluso en polímeros y cerámicos, pero son en los metales donde se han aprovechado de mejor forma para explicar la deformación y endurecimiento de los mismos. Así mismo las dislocaciones almacenan energía en la región aledaña.

Existen dos tipos principales de dislocaciones: de borde y de tornillo.

Dislocaciones de borde

También llamadas dislocaciones de arista y se crean al introducir un medio plano de átomos en la estructura cristalina, el borde inferior del plano adicional, representa la dislocación, los átomos por encima de la línea de dislocación se comprimen acercándose unos a otros (región de compresión) y los átomos por debajo de la misma se alejan de su posición de equilibrio produciendo la deformación de la estructura.

Para señalar una dislocación se emplea el símbolo T. La “te” invertida indica una dislocación de borde positiva, mientras que la “te” normal indica una dislocación de borde negativa (figura 2a). Si partimos del punto “x” del cristal, siguiendo una trayectoria en círculo alrededor de la dislocación y recorriendo el mismo número de átomos en toda dirección, terminaríamos alejados del punto de partida por un espacio atómico “y” (figura

2b). El vector que se requiere para completar el ciclo se denomina vector o deslizamiento de Burgers b y es perpendicular a la línea de dislocación.

Un deslizamiento es el proceso mediante el cual se mueve una dislocación con el fin de deformar cierto material, físicamente se presenta como marcas sobre la superficie del mismo, estas se denominan líneas o huellas de deslizamiento. Es decir, si se aplica una fuerza cortante a un material con una dislocación y en la dirección del vector de Burgers esta se moverá, provocando el deslizamiento, al mismo tiempo se rompen los enlaces de los átomos de un plano, como consecuencia el plano cortado se moverá un espacio atómico, si este proceso sigue se formará un escalón en el extremo del material (figura 3), si aún se sigue ejerciendo la fuerza cortante llegará un momento en el que el material se divida en dos. Al plano del cristal sobre el cual ocurre este fenómeno se le llama plano de deslizamiento y como ya se dijo tiene la misma dirección del vector de Burgers. A la combinación de la dirección y plano de deslizamiento se le conoce como sistema de deslizamiento, siendo solo uno en las dislocaciones de borde.

Una analogía de las dislocaciones de borde la podemos encontrar cuando una persona trata de jalar una alfombra sobre el piso. Si ejerce un jalón sobre la alfombra, esta se moverá con dificultad pero sí en cambio la persona realiza un movimiento de latigueo, se formará una onda que se propagará por debajo de la alfombra y provocará pequeños movimientos en la ella, la alfombra se desplazará poco a poco pero con un esfuerzo mucho meno

Dislocaciones de tornillo

También, llamadas dislocaciones helicoidales, reciben estos nombres, porque los planos reticulares del cristal forman un espiral en la línea de dislocación. Si hacemos un corte sobre el cristal, lo torcemos y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un átomo, provocaremos una distorsión en forma de espiral, en donde al dar una vuelta sobre el mismo eje del corte, empezando en un punto “x”, y desplazándonos el mismo número de átomos en toda dirección, llegaremos a un punto “y”, el cual estará un espacio atómico por debajo del punto de partida (figura 5). Al igual que en las dislocaciones de borde, el vector necesario para cerrar el recorrido es el vector de Burgers (b), pero en este caso el vector es paralelo a la dislocación.

Ascenso dislocaciones

Las dislocaciones pueden moverse en los planos que contienen a la dislocación y al vector de Burgers. Al ser, en una dislocación de tornillo, el vector de Burgers y la dislocación paralelos, esta puede deslizarse en cualquier plano que contiene la dislocación. En una dislocación de borde, el vector de Burgers es perpendicular a la línea de dislocación, como consecuencia solo existe un plano de deslizamiento (figura 6). Sin embargo existe otro movimiento, que permite que una dislocación de borde se mueva perpendicularmente a su plano de deslizamiento, conocido como trepado, ascenso o descenso de dislocaciones. Dicho movimiento es causado por un esfuerzo de tensión o compresión y puede ser positivo o negativo.

El movimiento de trepado de dislocaciones es generado por fuerzas y vacancias en la red cristalina del material. Un movimiento positivo ocurre cuando existe una vacancia al lado de la dislocación, en donde el átomo más próximo del semiplano “salta” y cubre el lugar de la vacancia, es decir, se reduce el semiplano de la dislocación. El ascenso positivo está asociado a la fuerza compresiva que genera la dislocación sobre los átomos vecinos, en donde el esfuerzo es aplicado perpendicularmente al semiplano extra. En el movimiento negativo ocurre lo contrario, la dislocación aumenta, un átomo cercano al semiplano “salta”, se convierte en parte del semiplano y deja una vacancia en la red cristalina.

El esfuerzo de tensión aplicado perpendicularmente al plano extra provoca el crecimiento del mismo, generando el ascenso negativo. El movimiento que se efectúa es átomo por átomo, si fuera un movimiento cooperativo, es decir, que un átomo provoque el movimiento de otro y este de otro y así sucesivamente, sería deslizamiento y no trepado de la dislocación.

Una diferencia entre el movimiento por deslizamiento y el movimiento por trepado es que, en el primero, solo interviene el esfuerzo de tensión por medio de la aplicación de una fuerza cortante, y como ya vimos, en el segundo caso, intervienen fuerzas normales, ya sea de tensión o compresión. Además el deslizamiento es muy poco dependiente de la temperatura, mientras que el trepado ocurre de forma mucho más rápida

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