Deformacion Plastica

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

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