ENDURECIMIENTO DE MATERIALES
Enviado por Sthephany Andreina Perez Oropeza • 16 de Octubre de 2022 • Trabajo • 1.986 Palabras (8 Páginas) • 54 Visitas
UNIVERSIDAD “SIMÓN BOLÍVAR” DICIEMBRE DEL 2021
DEPARTAMENTO DE CIENCIA DE LOS MATERIALES
COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE MATERIALES - MT3511
ENDURECIMIENTO DE MATERIALES
Endurecimiento en materiales compuestos por fibras, partículas y en vidrios
Introducción
Para endurecer un material, es decir, aumentar su resistencia mecánica, hay que colocar obstáculos al movimiento de sus dislocaciones. Existen al menos 5 mecanismos que actúan como barreras para dichos deslizamientos: Endurecimiento por afino de grano, por deformación en frío, por solución sólida, por precipitación y las transformaciones martensíticas. En este trabajo abordaremos los métodos del tipo precipitado o dispersión por partículas, el endurecimiento en materiales compuestos por fibra y hablaremos del endurecimiento en vidrios.
MARCO TEÓRICO
Al introducir dislocaciones o defectos en la estructura cristalina aumentamos una resistencia f, que ofrece el material al movimiento de las dislocaciones.
[pic 1][pic 2]
[pic 3]
Los obstáculos aumentan f que es la fuerza oponente al movimiento de las dislocaciones. Para calcular la contribución de los obstáculos a f, se necesitan conocer dos cosas:
- Su distribución espacial: La distancia L entre obstáculos en el plano de deslizamiento
[pic 4][pic 5]
2- Su resistencia.
Cada obstáculo ejerce una fuerza de anclaje sobre la dislocación, p. Por lo que la contribución de los obstáculos a f es:
[pic 6]
Entonces, la contribución al esfuerzo de corte τ necesario para mover la dislocación es:[pic 7]
[pic 8]
La interacción de las dislocaciones con los obstáculos es del tipo elástico, por causa de la distorsión alrededor de ambos. Debido a esto, para cualquier obstáculo en cualquier material, p debe ser proporcional a Eb2 o Gb2. De este modo, el esfuerzo de corte para hacer que la dislocación atraviese el campo elástico alrededor del obstáculo es:
[pic 9] [pic 10][pic 11]
I.ENDURECIMIENTO POR DISPERSIÓN
El endurecimiento debido a la introducción de partículas en una segunda fase se conoce como endurecimiento por dispersión.
La segunda fase es el fenómeno que ocurre cuando se excede la solubilidad de un material al agregar demasiado de un elemento o compuesto de aleación, produciendo así un material con dos fases. El límite entre las dos fases es una superficie donde el arreglo atómico no es perfecto, en metales este límite interfiere con ese deslizamiento o movimiento de las dislocaciones ocasionando endurecimiento.
El endurecimiento por dispersión se divide a su vez en dos casos según los intereses planificados para el material.
Caso A. Partículas Finas
En las aleaciones simples endurecidas por dispersión se introducen partículas pequeñas
(resistentes y duras) de una fase, en una segunda fase más débil pero más dúctil.
Las partículas pueden actuar en dos formas:
- Permitiendo el paso de la dislocación a elevados esfuerzos[pic 12]
Se define como espaciamiento entre partículas de segunda fase:
[pic 13] (1)[pic 14]
Varios mecanismos explican el incremento de resistencia para el caso en que la segunda fase sea coherente o semicoherente con la matriz, partiendo de que
[pic 15] (1.1)
1- Desorientación matriz-soluto: Los escalones en las partículas son puntos de desorientación cristalográfica (Mott-Nabarro).
[pic 16] (1.2)
donde ε es una medida del campo de esfuerzo.
2- Endurecimiento químico por creación de los escalones que actúan como nuevas superficies nuevas superficies (Nelly Nicholson):
[pic 17] (4)[pic 18]
3- Endurecimiento por diferencias de modulo elástico:[pic 19]
[pic 20] (1.3)
4- Endurecimiento por diferencias en el valor del esfuerzo de Peierls-Nabarro:
[pic 21] (1.4)[pic 22]
Otras dos situaciones revisten relativa importancia, pero siempre bajo consideraciones muy específicas, estas son:
-Diferencias importantes en la energía de la falla de apilamiento entre la matriz y la segunda fase
- Formación de anti – bordes (proyecciones simétricas especulares en los bordes de grano), solo evidenciado en el endurecimiento de super aleaciones a alta temperatura.
- Actuando como barrera infranqueable que obligue a la curvatura del defecto.
La partícula es muy dura y la dislocación no puede cortarla (deformarla), así debe doblarse y estirarse, como lo muestra la figura. Esto requiere de una energía extra.
[pic 23]
Mecanismo de Orowan:
[pic 24]
La primera aproximación de Orowan resultó en una ecuación muy simple que relaciona el valor del esfuerzo de fluencia en corte con el espaciamiento entre las partículas:
[pic 25] (1.5)
Una aproximación más certera se obtuvo perfeccionando el modelo anterior con ciertas condiciones específicas, arrojando la ecuación conocida como Orowan-Ashby:
[pic 26] (1.6)
En el caso de distribución longitudinal de solutos puede ocurrir la formación de subestructuras de grano, poniendo en accionamiento un endurecimiento adicional del tipo Hall-Petch:
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