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COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE MATERIALES
CURSO ACADÉMICO 2009/2010
T6. Deformación plástica en
materiales mono y policristalinos
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Hemos visto una descripción fenomenológicaTeorías matemáticas elasto-plásticasHipótesis simplistas: medios homogéneos isótroposValida en el diseño de sistemas con:
Tamaño de grano finoCargas estáticasRango elástico
Comportamiento plástico: descripción aproximadaSituaciones de carga dinámica o impacto: uso de
datos experimentales
Introducción
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Descripción de la plasticidad en términos cristalográficos y otras consideracionesMonocristales: tensión de cizalladura resuelta
crítica (temperatura, velocidad de deformación y pureza del material)
Endurecimiento en función de interacciones entre dislocaciones – múltiples sistemas de deslizamiento
Deformación de policristales – restricciones a la deformación plástica – dislocaciones geométricamente necesarias
Introducción
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El modelo teórico para la resistencia a la deformación plástica sobreestima el valor de la tensión necesaria para producir la deformación plástica
Solución debida a Orowan, Polanyi y TaylorDislocaciones
Introducción
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Sistemas de deslizamiento
Constituidos por un plano de deslizamiento y una dirección de deslizamiento
Línea de dislocación: separa regiones donde se ha produ-cido deslizamiento de donde no
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Sistemas de deslizamiento
Constituidos por un plano de deslizamiento y una dirección de deslizamientoPlanos de deslizamiento: planos con una mayor densidad
atómicaDirecciones de deslizamiento: direcciones en el plano con un
mayor factor de empaquetamiento
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Sistemas de deslizamiento
� Cristales fcc
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Sistemas de deslizamiento
� Cristales bcc
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Sistemas de deslizamiento
� Cristales hcp
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Tensión de cizalladura resuelta crítica
Tensión aplicada
Tensión de cizalla resuelta
En el sistema con menor valor de m se iniciará la deformación plástica
0A
F=σ
mA
FRSS
0
0
coscosσλφτ ==
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Límite elástico mínimo
No se producirá deslizamiento si
La deformación plástica se iniciará cuando
ley de Schmid
(Criterio de plastificación)
Tensión de cizalladura resuelta crítica
º452 === λφτ paraY CRSS
º0=φº90=φ
CRSSmY τ=
CRSSRSS ττ =
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Tensión de cizalladura resuelta crítica
Usando la nomenclatura de la transformación de tensiones
Para un estado general de tensiones
Para las deformaciones
Para un único sistema de deslizamiento
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Tensión de cizalladura resuelta crítica
Confirmación experimentalτcrss es casi invariante para un cristal dado
Excepciones en metales de transición bcc
Variación con la temperatura
Etapa III (T>0,7 Tm):
Procesos difusivos
Etapa II (T<0,7 Tm)
Movimiento de dislocaciones
en campos de tensiones de
largo alcance
Etapa I (T<0,25Tm)
*τττ += acrss
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Tensión de cizalladura resuelta crítica
Dependencia con las impurezas
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Comportamiento de monocristales
Etapa IDeslizamiento fácilBajo grado de endurecimientoDepende de
� Orientación� Temperatura y � Velocidad de deformación
Transición asociada a la aparición de sistemas de deslizamiento múltiples
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Comportamiento de monocristales
Etapa IIRegión de endurecimiento linealAparición de sistemas
de deslizamiento múltiplesAlto grado de endurecimientoEfecto de las ligaduras en los ensayos de tracción y
compresión
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Comportamiento de monocristales
Etapa IIIRegión de saturación del endurecimientoReducción del grado
de endurecimientoRelacionado con el deslizamiento desviado – cross
slip
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Comportamiento de monocristales
Rotación de la red en tracción
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Comportamiento de monocristales
Representación de los giros – proyección estereográfica
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Comportamiento de monocristales
Deformación en tracción de cristales fcc
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Comportamiento de monocristales
Deformación en tracción de cristales bcc
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Rotación de planos en cristales fccTracción
Compresión
Comportamiento de monocristales
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Rotación de planos en cristales bccTracción
Compresión
Comportamiento de monocristales
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Metales bccPencil glide
Comportamiento de monocristales
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Materiales realesbcc (Nb)
fcc (Cu)
Comportamiento de monocristales
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Restricciones a la deformación plásticaBicristal
Policristal
Comportamiento de policristales
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Restricciones a la deformación plástica6 componentes de la deformación
3 de dilatación y 3 de cizalla sólo 5 independientes
Criterios de compatibilidad en las deformaciones de las fronteras de grano
al menos 5 sistemas de deslizamiento independientesCondición de von Mises
Comportamiento de policristales
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Restricciones a la deformación plásticaCriterios de compatibilidad en las deformaciones de
las fronteras de granoal menos 5 sistemas de deslizamiento independientes
Comportamiento de policristales
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Comportamiento en policristales
Factor de TaylorMedia del factor de Schmid para las posibles
orientaciones de los granos
Consideraciones– Distintas orientaciones cristalográficas– Menor número de sistemas de deslizamiento– Mayor efecto de los sistemas orientados menos
favorablemente
CRSSy mτσ =
75.206.3 == bccfcc mm
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Comportamiento en policristales
Factor de TaylorIdeas fundamentales (fcc)– Probabilidad de que un grano con una orientación
arbitraria tenga un factor de Schmid m5 sistemas de deslizamiento independientes
posibilidadesContinuidad de las tensiones normales en las fronteras de
grano
– Media sobre la distribución de orientaciones de cada grano
5
12
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Comportamiento de policristales
Curvas tensión-deformación
Formación de texturas
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Comportamiento de policristales
Dependencia con la temperatura
Fractura a bajas temperaturas
Policristales Monocristales
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Clases de materiales y deformación plástica
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Clases de materiales y deformación plástica
Maleabilidad de metales
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Dislocaciones geométricamente necesarias
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Dislocaciones geométricamente necesarias
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Dislocaciones geométricamente necesarias
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Apilamiento de dislocaciones y efecto Bauschinger
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Inestabilidades mecánicas
Deformación plástica anómala
– Cottrell y Bilby (1949)
– Hahn (1960)
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Inestabilidades mecánicas
Efecto Portevin – Le ChatelierFluencia serrada