Resumen de Procesos de Solidificación y Enlaces Atómicos
Procesos de Solidificación y Enlaces Atómicos: Guía Completa
Introducción
La presencia de defectos en los cristales y el movimiento de las dislocaciones controlan gran parte del comportamiento mecánico de los metales. En este material estudiaremos los principales defectos lineales y superficiales, cómo se mueven las dislocaciones, las interacciones entre ellas y con obstáculos, y cómo todo ello conduce a la deformación plástica en monocristales y policristales.
Definición: Una dislocación es un defecto lineal del cristal que corresponde a una imperfección en el ordenación de los planos atómicos y que genera un campo de tensiones elásticas alrededor de su línea.
1. Defectos lineales: dislocaciones
1.1 Tipos de dislocación
- Dislocación de borde (cuña): existe un semiplano adicional de átomos que termina en la línea de dislocación. Produce tensiones de tracción por debajo y de compresión por encima de la línea.
- Dislocación tornillo (hélice): se genera desplazando una parte del cristal respecto a la otra alrededor de una línea; crea un campo de esfuerzos cortantes alrededor de la línea.
Definición: Dislocación de borde: defecto lineal caracterizado por un semiplano extra de átomos terminado en la línea de dislocación.
1.2 Campos de tensión y energía asociada
- Alrededor de la línea de dislocación se desarrolla un “cilindro” de tensiones elásticas; los átomos quedan fuera de su posición de equilibrio.
- Es necesario aportar energía externa para crear una dislocación; esta energía se almacena como energía elástica de formación.
2. Movimiento de dislocaciones y deformación plástica
2.1 Deslizamiento (glide)
- El deslizamiento es el movimiento de dislocaciones en planos cristalográficos bajo una tensión tangencial. Es el mecanismo que reduce en la práctica la tensión necesaria para deformar plásticamente respecto al cálculo teórico.
- Analogía: mover una alfombra creando una onda en lugar de tirar de un extremo.
Definición: Deslizamiento: movimiento de dislocaciones a lo largo de un plano de deslizamiento produciendo deformación plástica permanente.
Ejemplo práctico: en un monocristal sometido a tracción, las dislocaciones se mueven primero por los sistemas de deslizamiento mejor orientados (cercanos a $45^{\circ}$ respecto a la carga) y crean escalones visibles en la superficie.
2.2 Trepado (climb)
- Movimiento de dislocaciones perpendicular al plano de deslizamiento, impulsado por esfuerzos normales y por difusión de defectos puntuales (vacancias o intersticiales).
- Requiere difusión, por lo que es significativo a temperaturas altas ($T\gtrsim 0{,}6,T_{f}$). A bajas temperaturas es muy lento.
2.3 Interacciones elásticas entre dislocaciones
- Dos dislocaciones del mismo signo en el mismo plano se repelen; deben mantenerse separadas para evitar que sus campos interactúen fuertemente.
- Dislocaciones en planos paralelos pueden atraerse o repelerse según el ángulo de separación: si el ángulo es mayor de $45^{\circ}$ tienden a atraerse y alinearse verticalmente (formando juntas de subgrano).
- Dislocaciones de signos opuestos pueden anularse al encontrarse, restaurando la perfección local del cristal; si no encajan perfectamente, puede quedar una vacancia o intersticio.
Definición: Junta de subgrano: alineación estable vertical de dislocaciones cuña que reduce la energía interna creando un límite subcristalino.
2.4 Comportamiento ante obstáculos
- Obstáculos típicos: partículas intermetálicas, precipitados, juntas de grano, dislocaciones inmóviles.
- En condiciones de baja difusión (temperaturas bajas):
- La dislocación puede quedar bloqueada por el obstáculo si la tensión aplicada es insuficiente.
- Si se aumenta la tensión, la dislocación puede rodear el obstáculo (form
Zaregistruj se pro celé shrnutí¿Ya tienes cuenta? Iniciar sesión
Defectos y Deformación
Klíčové pojmy: Dislocación de borde: semiplano extra genera tracción abajo y compresión arriba, Dislocación tornillo: crea campo de cortadura alrededor de la línea, Movimiento por deslizamiento provoca deformación plástica permanente, Trepado requiere difusión de vacancias/intersticiales y es activo para $T\gtrsim 0{,}6\,T_{f}$, Interacciones entre dislocaciones pueden repeler, atraer o anularse según su signo y geometría, Obstáculos provocan rodeo (bucle), desplazamiento del obstáculo o apilamiento de dislocaciones, Ley de Schmid: $\tau=\sigma\cos\phi\cos\lambda$, deslizamiento cuando $\tau\ge c$, FCC tiene 12 sistemas compactos; BCC no tiene planos compactos claros; HCP tiene planos basales predominantes, Apilamiento de dislocaciones puede formar juntas de subgrano estables, A bajas temperaturas las dislocaciones se bloquean; a altas temperaturas el trepado facilita superación de obstáculos, Endurecimiento por deformación aumenta densidad dislocacional y resistencia, Juntas de grano y superficies libres son defectos superficiales con alta energía de borde