Mecanismos de Endurecimiento

Mecanismos de Endurecimiento

La deformación plástica se debe principalmente al movimiento de un gran número de dislocaciones.

Estrés para mover una dislocación: Peierls - Nabarro (PN) estrés

La facilidad con que un metal se deforma plásticamente depende de la facilidad que tienen las dislocaciones para moverse.

¿Cómo aumentar la fuerza?

Hemos visto que el deslizamiento de las dislocaciones debilita el cristal. Por lo tanto tenemos dos estrategias para fortalecer el cristal / material:

Remove eliminar completamente las dislocaciones → difíciles, pero se han producido patillas libres de dislocación (sin embargo, esta no es una buena estrategia ya que las dislocaciones pueden nuclearse durante la carga) € aumentar la resistencia al movimiento de las dislocaciones o poner impedimentos al movimiento de las dislocaciones → esto puede ser hecho de muchas maneras como se indica a continuación.

Fortalecimiento de soluciones sólidas (mediante la adición de elementos de aleación intersticiales y sustitucionales).

Punto de aumento de trabajo en frío defecto y densidad de dislocación

(El trabajo en frío aumenta la tensión de rendimiento pero disminuye el% de alargamiento, es decir, la ductilidad).

La disminución de los límites de grano de grano proporciona un impedimento para el movimiento de dislocaciones (endurecimiento Hall-Petch).

El endurecimiento por precipitación / dispersión introduce precipitados o inclusiones en la trayectoria de dislocaciones que impiden el movimiento de las dislocaciones.

La tensión PN es la tensión "mínima" requerida para la deformación plástica. Por lo general, habrá otras fuentes de oposición / impedimento para el movimiento de las dislocaciones en el material. Algunos de estos incluyen:

• Campos de estrés de otras dislocaciones.
• Campos de estrés a partir de precipitados coherentes / semicoherentes.
• Campos de estrés desde los límites de grano de ángulo bajo
• Los límites de grano
• Efecto de los átomos de soluto y vacantes.
• Faltas acumuladas
• Límites gemelos
• Arrastre fonón

Algunas de estas barreras (los obstáculos de corto alcance) pueden superarse mediante la activación térmica (mientras que otras no pueden ser los obstáculos de largo alcance).

Estos factores llevan al fortalecimiento del material.

Un termico ⇒ τ ≠ f (T, tasa de deformación)  Estos surgen de campos de tensión internos de largo alcance.   Fuentes: ► Campos de estrés de otras dislocaciones ► Precipitados incoherentes

Térmico ⇒ f = f (T, tasa de deformación)  Rango corto ~ 10 diámetros atómicos  T puede ayudar a las dislocaciones a superar estos obstáculos.  Fuentes: ►Peierls-Nabarro stress ► Campos de estrés de precipitados coherentes y átomos de soluto

Efecto de la temperatura

El movimiento de una dislocación puede ser asistido por energía térmica. Sin embargo, el movimiento de las dislocaciones por activación térmica pura es aleatorio. Una dislocación puede ser activada térmicamente para cruzar la barrera potencial "Q" a la posición metaestable vecina. La tasa de deformación se puede relacionar con la temperatura (T) y la ‘Q’ como se muestra en la siguiente ecuación. Esta activación térmica reduce la tensión de rendimiento (o tensión de flujo). Los materiales que son quebradizos a temperatura ambiente también pueden volverse dúctiles a altas temperaturas.

¿Qué causa el endurecimiento por deformación? → multiplicación de dislocaciones Si las dislocaciones salieran de la superficie del cristal por deslizamiento / deslizamiento, la densidad de dislocación debería disminuir en la deformación plástica → pero la observación es contraria a esto

La dislocación puede surgir de / forma:

♣ Solidificación (errores en la formación de una perfecta red cristalina) ♣ Deformación plástica (nucleación y multiplicación).

♣ Irradiación

Solidificación del fundido.

 Bordes de borde de grano y dislocaciones de emisión de paso

 Agregación y colapso de vacantes para formar un disco o bucle prismático (parciales de FCC Frank)

 Altas tensiones

     ► nucleación heterogénea en partículas de segunda fase

     ► Durante la transformación de fase

Fuente de Frank-Read

Mecanismo de arqueamiento Orowan.

Deformación por deslizamiento: Las dislocaciones se mueven en cierto plano cristalográfico: plano de deslizamiento Las dislocaciones se mueven en una cierta dirección cristalográfica: dirección de deslizamiento La combinación de dirección de deslizamiento y plano de deslizamiento se denomina sistema de deslizamiento.

El deslizamiento es causado por tensiones de corte (a nivel del plano de deslizamiento). Por lo tanto, un estado de estrés puramente hidrostático no puede causar deslizamiento (o hermanamiento).

Un sistema de deslizamiento consiste en una dirección de deslizamiento sobre un plano de deslizamiento.

Bajo cualquier condición de carga externa dada, el deslizamiento se iniciará en un sistema de deslizamiento particular si el esfuerzo de corte resuelto (RSS) ** excede un valor crítico [el esfuerzo de esfuerzo cortante resuelto crítico (CRSS)].

Para que el deslizamiento ocurra en materiales policristalinos, se requieren 5 sistemas de deslizamiento independientes. Los cristales de PCC (Cu, Al, Au) tienen una excelente ductilidad.

A temperaturas más altas, más sistemas de deslizamiento pueden activarse y, por lo tanto, los materiales policristalinos que son frágiles a baja temperatura, pueden volverse dúctiles a alta temperatura.

En el nivel fundamental, la deformación plástica (en materiales cristalinos) por deslizamiento implica el movimiento de las dislocaciones en el plano de deslizamiento, dejando finalmente el cristal / grano * (creando un paso del vector de Burgers).

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