Introduccin a los mecanismos de endurecimiento en metales no ferrosos

Reduccion del tamao de grano.

Adicin de elementos de elementos en solucin slida.

Deformacin en fro (strain hardening) o endurecimiento por trabajado en fro (cold work hardening).

Envejecimiento o precipitacin.

Deformacin plstica

Fig. 1 Efecto del trabajado en fro por laminacin a 25C en las propiedades mecnicas de traccin y dureza del cobre OFHC

Fig. 2 Modelo de un cristal perfecto (sin dislocaciones)

max = Gb/2a = th

Ej.: Cu

G = 46000 MPa

th = 7100 MPa

exp = 10 MPa ?

Fig. 3 Ilustracin del movimiento de una dislocacin de borde sobre un plano de deslizamiento

Fig. 4 a) deslizamiento; b) maclado

Sistema de deslizamiento: combinacin de un plano y una direccin la cual yace sobre este plano, a lo largo de la cual ocurre el deslizamiento

las direcciones de deslizamiento son siempre las direcciones compactas (mayor cantidad de tomos por unidad de longitud)

los planos de deslizamiento usualmente son planos compactos (mayor cantidad de tomos por unidad de superficie). Estos planos coinciden con los planos que se encuentran mas espaciados entre s

el deslizamiento ocurre primeramente en aquel sistema que tenga la mas alta tensin de corte proyectada sobre la direccin de deslizamiento

Estructura Planos Densidad atmica, tomos por unidad de rea Distancia entre planos

FCC {111} 4 / (31/2*ao2) ao / (31/2)

{100} 4 / ao2 ao / 2

{110} 2 /(21/2*ao2) ao / (2*21/2)

BCC {110} 2 /(21/2*ao2) ao / 21/2

{100} 1 / ao2 ao / 2

{111} 1 / (31/2*ao2) ao / (2*31/2)

CPH (0001) 1 / (31/2*ao2) C

Tabla 1

Cristal simple FCC sometido a traccin

Fig. 5 Tensin de corte resuelta sobre un sistema de deslizamiento

A = (a2) / 4

t = F /A

= t cos cos

Ley de Schmid: o = o coso cos o

o - f (o, o)

o - constante

Metal Estructura Planos Direcciones o, MPa Pureza, %

Al FCC {111} 0,54 - 0,98 99,994

Cu FCC {111} 0,65 99,999

Ni FCC {111} 5,7 99,8

Fe BCC {110} 14,7 99,96

{112}

{123}

Zn CPH (0001) 0,29 99,999

Tabla 2 Sistemas de deslizamiento a temperatura ambiente y tensiones crticas de corte en monocristales

Fig. 7 a) Representacin esquemtica de una foto de microscopio electrnico de transmisin (TEM) mostrando una seccin de un plano de deslizamiento; b) vista tridimensional de la misma seccin del plano de deslizamiento mostrado en a); imagen real en el TEM de una muestra de acero inoxidable deformado obtenida a travs de la tcnica de lminas delgadas, 70000X.

Fig. 8 a) Representacin esquemtica del revelado a travs del mtodo de ataque por picado (etch pit); b) imagen real de fluoruro de litio, 500X

Fig. 9 Operacin de una fuente de Frank y Read

Metales recocidos:

106 - 108 dislocaciones/cm2

Metales deformados en fro:

aprox. 1016 dislocaciones/cm2

Deformacin en policristales

op = M o

op- tensin de fluencia del metal en estado policristalino

o - tensin de corte resuelta crtica para el deslizamiento (Ley de Schmid)

M - factor de Taylor (aprox. igual a 3 para metales BCC y FCC)

Endurecimiento por deformacin en metales policristalinos

Forma general:

o = Gb ()1/2

- constante que depende del arreglo geomtrico de las dislocaciones

b - mdulo del vector de Burgers

- densidad de dislocaciones

Deformacin plstica y energa

ED (0,8-0,9) ES

ES - total de energa almacenadaED - energa almacenada en las dislocaciones

Fig. 8 Cambio en la estructura de un metal FCC durante la deformacin en fro, vista al microscopio ptico (carcter esquemtico)

a) Representacin esquemtica de lneas de deslizamiento en un metal policristalino; b) imagen de microscopa ptica mostrando lneas de deslizamiento y bordes de grano en Al puro, 100X

Ej. Norma ASTM B 601 Temper Designation for Cooper and Cooper Alloys-Wrought and Cast

Trminos:

Temper: En el mbito de los metales no ferrosos es un trmino asociado al nivel de endurecimiento.

Wrought: Se refiere a materiales que han alcanzado su forma final a travs de procesos que involucran la aplicacin de fuerzas (forja, extrusin, laminacin, trefilado, estampado, etc.). Este trmino es aplicable tanto a materiales ferrosos como no ferrosos.

Cast: Se refiere a materiales que han alcanzado su forma final a travs de procesos de fundicin.

Cold rolling: Laminacin en fro (lminas de pequeo espesor).

Cold drawing: Trefilado (alambres de pequea seccin transversal).

Introduccin a los mecanismos de endurecimiento en metales no ferrososDeformacin plsticaFig. 1 Efecto del trabajado en fro por laminacin a 25?C en las propiedades mecnicas de traccin y dureza del cobre OFHCFig. 2 Modelo de un cristal perfecto (sin dislocaciones)Fig. 3 Ilustracin del movimiento de una dislocacin de borde sobre un plano de deslizamientoFig. 4 a) deslizamiento; b) macladoCristal simple FCC sometido a traccinFig. 5 Tensin de corte resuelta sobre un sistema de deslizamientoFig. 7 a) Representacin esquemtica de una foto de microscopio electrnico de transmisin (TEM) mostrando una seccin de un pFig. 8 a) Representacin esquemtica del revelado a travs del mtodo de ataque por picado (etch pit); b) imagen real de fluorFig. 9 Operacin de una fuente de Frank y ReadDeformacin en policristalesEndurecimiento por deformacin en metales policristalinosDeformacin plstica y energaFig. 8 Cambio en la estructura de un metal FCC durante la deformacin en fro, vista al microscopio ptico (carcter esquemtia) Representacin esquemtica de lneas de deslizamiento en un metal policristalino; b) imagen de microscopa ptica mostrandoEj. Norma ASTM B 601 Temper Designation for Cooper and Cooper Alloys-Wrought and Cast