Propiedades De Los Materiales

1.1 IMPERFECCIONES CRISTALINAS

Introducción.

Los defectos en la red de un material cristalino, son de tres tipos generales: defectos puntuales, defectos de línea o dislocaciones y defectos de superficie. Las dislocaciones son defectos de línea que se mueven al aplicar una fuerza al material haciendo que se deforme. El esfuerzo cortante resultante crítico es el esfuerzo requerido para que se mueva la dislocación. La dislocación se mueve en un sistema de deslizamiento, formado por un plano de deslizamiento y una dirección de deslizamiento. La dirección de deslizamiento, es decir, el vector de Burgers, típicamente es una dirección compacta. El plano de deslizamiento normalmente es compacto o casi compacto. En los cristales metálicos, el número y tipo de direcciones de desplazamiento y planos de deslizamiento influye en las propiedades del metal. En los metales fcc, el esfuerzo cortante resultante crítico es bajo y existe un número óptimo de planos de deslizamiento; en consecuencia, los metales fcc tienden a ser dúctiles. En el caso de los metales bcc, no hay planos compactos disponibles y el esfuerzo cortante resultante crítico es alto; por lo que los metales bcc tienden a ser resistentes. El número de sistemas de deslizamiento en los metales hcp es limitado, haciendo que estos metales se comporten de manera frágil.

Los defectos puntuales, que incluyen vacancias, átomos intersticiales y átomos sustitucionales, introducen campos de esfuerzos de compresión o de tensión que alteran la red adyacente. Como resultado, las dislocaciones no pueden deslizarse en las cercanías de defectos puntuales, incrementándose la resistencia del material. El número de vacancias, o de puntos de red vacíos, depende de la temperatura del material; los átomos intersticiales (localizados en sitios intersticiales entre átomos normales) y los átomos sustitucionales (que remplazan al átomo normal en puntos de la red) a menudo se introducen de manera deliberada y generalmente su número no se altera por los cambios de temperatura del material.

Los defectos de superficie incluyen los bordes de grano. Al producir un tamaño de grano pequeño se incrementa la cantidad de área de bordes de grano; dado que las dislocaciones no pueden pasar con facilidad a través de un borde de grano, el material se hace mas resistente y se incrementa el número de dislocaciones. El número y tipo de defectos de red controlan la facilidad del movimiento de las dislocaciones y, por tanto, influyen de manera directa sobre las propiedades mecánicas del material. El endurecimiento por solución sólida involucra incorporar defectos puntuales y el endurecimiento por tamaño de grano se obtiene al producir un material con granos más pequeños.

CUESTIONARIO 1.1 IMPERFECCIONES LINEALES

1.¿Cuáles son los tipos generales de defectos en la red de un material cristalino? R. Defectos puntuales, defectos de línea o dislocaciones y defectos de superficie.

2.¿Qué son las dislocaciones? R. Son defectos de línea que se mueven al aplicar una fuerza al material haciendo que se deforme.

3.¿Cómo se mueve la dislocación? R. Se mueve en un sistema de deslizamiento, formado por un plano de deslizamiento y una dirección de deslizamiento.

4.¿Qué es la dirección de desplazamiento? R. Es el vector de Burgers que típicamente es una dirección compacta.

5.¿Qué influye en las propiedades de los cristales metálicos? R. El número y tipo de dirección de deslizamiento y planos de deslizamiento.

6.¿Qué propiedades poseen los metales FCC? R. Que el esfuerzo cortante resultante crítico es bajo y existe un número óptimo de planos de deslizamiento, y tienden a ser dúctiles.

7.¿Qué propiedades poseen los metales BCC? R. No hay planos compactos disponibles y el esfuerzo cortante resultante crítico es alto, por lo que tienden a ser resistentes.

8.¿Qué incluyen los defectos puntuales? R. Incluyen vacancias, átomos intersticiales y átomos sustitucionales.

9.¿De qué depende el número de vacancias o puntos de red vacíos? R. Depende de la temperatura del material

10.¿Qué influye de manera directa en las propiedades mecánicas del material? R. El número y tipos de defectos de red controlan la facilidad del movimiento de las dislocaciones.

1.2 DEFECTOS LINEALES

Son defectos que dan lugar a una distorsión de la red centrada en torno a una línea, se crea durante la solidificación de los sólidos cristalinos o por deformación plástica, por condensación de vacantes. Hay muchos tipos de dislocaciones las cuales son las de cuña y las helicoidales y también se pueden dar combinaciones de ambas, denominada dislocación mixta.

Dislocaciones

Las dislocaciones son defectos de la red cristalina de dimensión uno, es decir que afectan a una fila de puntos de la red de bravías. Las dislocaciones están definidas por el vector de Burgers, el cual permite pasar de un punto de la red al obtenido tras aplicar la dislocación al mismo. Las dislocaciones suceden con mayor probabilidad en las direcciones compactas de un cristal y son sumamente importantes para explicar el comportamiento elástico de los metales, así como su maleabilidad, puesto que la deformación plástica puede ocurrir por desplazamiento de dislocaciones.

Movimiento de las dislocaciones.

En general las dislocaciones se pueden mover en diferentes planos de deslizamiento. La elección de este plano y la dirección de deslizamiento no es arbitraria y por lo tanto el grado de facilidad de deslizamiento vendrá determinado por las condiciones a las que está sometido el cristal y la estructura del mismo. Existen planos con mayor facilidad en la propagación de dislocaciones y dentro de los mismos, existen direcciones preferentes de deslizamiento por las cuales se desplazan las dislocaciones. Se puede definir en plano sobre el que se desliza la dislocación y una dirección de deslizamiento, la combinación de ambos se denomina sistema de deslizamiento. Los planos mas favorables para que se dé movimiento de dislocaciones son los de máxima compacidad

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