Capitulo2 2da Parte

8/17/2019 Capitulo2 2da Parte

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Concepto: Esfuerzo

Corte

Los cuerpos sólidos responden de distinta forma cuando se los so

fuerzas externas. El tipo de respuesta del material dependerá de la fo

que se aplica dicha fuerza (tracción, compresión, corte o cizalladura, fltorsión).

Independientemente de la forma en que se aplica la fuerza, el comporta

mecánico del material se descrie mediante tres tipos de esfuerzos! tr

compresión y corte.E"! El comportamiento mecánico de una arra torsionada puede descriirse median

esfuerzos de corte y el de una #i$a flexionada mediante esfuerzos de tracción y com

• 2.2 DEFORMACION PLASTICA EN LOS METALES


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Concepto! %eformación

Corte

Es el camio del tama&o o forma de un cuerpo deido a los esfuer

producidos por una o más fuerzas aplicadas (o tami'n por la ocur

de la dilatación t'rmica).

Independientemente de la forma en que se aplica la fuerza, el

comportamiento mecánico del material se descrie mediante tres t

de deformaciones! tracción, compresión y corte.


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Estado de Tensiones y Deformaciones

El estado de tensiones de un

elemento de #olumen se descrie

mediante tres tipos de esfuerzos!

tracción, compresión y corte.

El estado de deformaciones de

un elemento de #olumen se

descrie mediante tres tipos de

deformaciones! tracción,

compresión y corte.

or más comple"a que sea la solicitación de un material!


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*asta aqu+ sólo se tu#o en cuenta la -/0 en que se aplica un

sore un cuerpo sólido y la respuesta del mismo en cuanto a las

deformaciones.

1i se tiene en cuenta el 2I3EL de car$as aplicadas, un material

admita deformación) responderá mediante dos tipos de deforma

● Elástica 4 lástica


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Concepto: Deformación Elástica(Reversible)

Es aquella en la que el cuerpo recupera su forma ori$inal al retir

fuerza que le pro#oca la deformación.

En este tipo de deformación el sólido #ar+a su estado tension

aumenta su ener$+a interna en forma de ener$+a potencial elástic


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Concepto: Módulo de Elasticidadara la mayor+a de los metales, existe una relación lineal entre el es

aplicado y la deformación. Esta relación se conoce con el nomre de L

*oo5.6E7 =

E! /ódulo de Elasticidad o /ódulo de 8oun$. 1e lo puede interpretar co

ri$idez, es decir, la resistencia del material a la deformación elástica.

(%eformación no permanente)

0 escala atómica, la deformación elástica macroscópica se manifiesta

peque&os camios en la distancia interatómica. %e esta forma, a"o una ca

tracción, la distancia entre átomos es mayor. Esto si$nifica que el módu

elasticidad depende de las fuerzas de enlace interatómicas y su ma$nitud e

medida de la resistencia a la separación de los átomos conti$uos.

La ma$nitud del módulo de elasticidad es p

la pendiente de la cur#a fuerza9separación

calculada en la separación de equilirio.


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Concepto: Deformación Plástica(Irreversible)

Es aquella en la que el cuerpo no recupera su forma ori$in

retirar la fuerza que le pro#oca la deformación.

En los materiales metálicos, la deformación plástica oc

mediante la formación y mo#imiento de dislocaciones.

mecanismo de deformación secundario es el maclado (formació

maclas).

Estos mecanismos de deformación plástica (maclas y dislocaciones) se acti#an cua

tensión aplicada superan a la tensión de fluencia del material. Es decir, en un ens

tracción, a la tensión de fluencia finaliza la zona de deformación elástica y comie

zona de deformación plástica (la tensión de"a de ser proporcional a la deformación).


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SISTEMAS DE DESLIZAMIENTO

Un sistema de desliamiento es la combinación de un p

dirección "ue se #alla sobre el plano a lo lar$o del cual sel desliamiento%

El Mecanismo de desliamiento puede de&nirse movimiento paralelo de dos re$iones cristalinas ad!acerespecto a la otra' a travs de al$n plano (o planos)%

*os cristales +CC poseen ,- sistemas de desliamiento"ue tienen cuatro $rupos .,,,/ ! con tres direcciones cada una%


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1istemas de %eslizamientoLas dislocaciones (de cualquier tipo) no se mue#en con el mismo $rado de fa

en todos los planos y direcciones cristalo$ráficas, sino que existen planos

preferenciales ( planos de deslizamiento) y direcciones preferenciales (direccio

deslizamiento).

Los planos de deslizamiento poseen ele#ada densidad planar de átomos. Lasdirecciones de deslizamiento poseen ele#ada densidad lineal de átomos.

1e llama ;sistema de deslizamiento< al con"unto de planos y direcciones de

deslizamiento en donde las dislocaciones podrán mo#erse.

2= 1istemas de

deslizamiento

*exa$onal Com

2= lanos de

%eslizamiento>

2= %irecciones

%e %eslizamiento?

@A

@

B

A

@A ? ?

-0L @A @A

@A A>

>D

@A

Cica Centrado en el CuerpoC C en

las Caras

A>

@

@

?

?

@


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1istemas de %eslizamientoE"emplo! Cico Centrado en las Caras

E"emplo! Cico Centrado en el Cuerpo

La ductilidad de un material depende del $rado de compactación de los planos de desliza

y del nmero de sistemas de deslizamiento. En $eneral, los metales con estructura cica

caras centradas son más dctiles que los cicos de cuerpo centrado por tener planos má

compactos (a pesar de tener menor cantidad de sistemas de deslizamiento).


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,%*as direcciones de desliamiento se presentan siempre

la dirección de empa"uetamiento compacto% E3ise3cepciones' por e4emplo' mercurio sólido%

-%El desliamiento ocurre usualmente sobre la ma!or5a los planos compactos% Esta observación esta relacionacon el #ec#o de "ue los planos empa"uetados m

densamente tambin son el $rupo de planos (#ocupados' "ue tienen el espaciamiento más amplio%

7%El desliamiento se produce primero sobre el sistema desliamiento "ue tiene el ma!or esfuero de corte alar$o de su dirección de desliamiento%


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%eslizamiento en /onocristales

%eformación lásticaLa deformación plástica ocurre por el deslizamiento de dislocaciones en respues

una tensión de corte aplicada a lo lar$o de un plano y una dirección de deslizam

0n cuando la solicitación sea tracción pura (o compresión pura), la tensión puedescomponerse en tensiones de corte. Esta componente de la tensión aplicada se

tensión de corte resuelta.

φ λ σ φ

λ τ coscos

cosF

cos===

A

F

As

Fs

R

8s

τR

τR

+s



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%eformación lástica:n monocristal metálico tiene #arios sistemas de deslizamiento que pueden ope

forma independiente.

La tensión de corte resuelta será diferente para cada uno de estos siste

deslizamiento, en función de los án$ulos G y H.

1iempre existirá un sistema de deslizamiento cuya orientación será la más fa#or

decir, con las máximas componentes de corte!

)()( )cos(cos máxmáx R φ λ σ τ =

La deformación plástica ocurrirá cuando la tensión de corte resuelta máxima alc

#alor cr+tico C11 (tensión de corte resuelta cr+tica). En estas condiciones, la mde la tensión nominal aplicada es la tensión de fluencia.

)()cos(cos máx yCRSS φ λ σ τ =

7 7 7 7 7

GJK=, J HJK=, JGJ>M=, HJ>M=, J7FA


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% li i / i l


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%eformación lástica

El deslizamiento ocurre sore una $ran cantidad de planos y direccio

deslizamientos equi#alentes, y con la orientación más fa#orale.

Este deslizamiento pro#oca peque&os escalones sore la superficie de la

paralelos entre s+ y dan la #uelta a la proeta.

Cada escalón es el mo#imiento de un $ran nmero de dislocaciones a lo la

mismo plano de deslizamiento. Estos escalones de llaman l+neas de deslizamien

% f ió lá ti


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%eformación lástica en

/ateriales olicristalinos Los planos y direcciones de delizamiento (G,H)

camian de un $rano a otro camia de un

$rano a otro. Cada $rano deformará con el sistema de

deslizamiento que le resulta más fa#orale.

uede acti#arse más de un sistema de

deslizamiento en cada $rano.

%urante la deformación, la inte$ridad mecánica y

la coherencia se mantienen a lo lar$o de los . de $. Los $ranos no se separan ni se aren.

Cada $rano indi#idual está parcialmente

constre&ido en la forma que puede asumir deido a

la presencia de los $ranos #ecinos.

7

73ideo @ N Lineas de

%eslizamiento

3ideo A N Lineas de

%eslizamiento

% f ió lá ti


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%eformación lástica en

/ateriales olicristalinos

Los metales policristalinos tienen mayor resistencia mecánica que

monocristales correspondientes es mayor la tensión necesaria para inic

deslizamiento

es mayor la tensión de fluencia.Esto se dee al constre&imiento $eom'trico impuesto sore los $ranos duran

deformación. 0un cuando un $rano pueda estar fa#oralemente orientado

iniciar el deslizamiento con la tensión aplicada, 'ste no puede deformarse ant

que el $rano adyacente (y menos fa#oralemente orientado) sea capaz tami

deslizar.

%istorsión de los $ranos

como consecuencia de la

deformación plástica


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/ecanismo de %eformación por /aclado

7

En al$unos materiales metálicos la deformación plástica

puede ocurrir por maclado!

En el maclado, una de corte produce desplazamientos

atómicos de forma tal que en un lado de un plano (el

plano de maclado), los átomos están situados como si

fueran imá$enes especulares de las posiciones de los

átomos del otro lado.

El maclado ocurre en planos y direcciones

cristalo$ráficas ien definidas, dependiendo de la

estructura cristalina.

7


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%eslizamiento

4 La orientación cristalo$ráfica por encima y por dea"o del plano ddeslizamiento es la misma antes y despu's de la deformación.

4 La ma$nitud del deslizamiento es un mltiplo de la distancia entre átomos

/aclado

4 1e produce una reorientación a tra#'s del plano de maclado

4 El desplazamiento atómico es menor que la separación interatómica.

4 -curre preferentemente en metales con estructuras OCC y *C, a a"as altas #elocidades de aplicación de la car$a (impacto), donde el deslizamiento

restrin$ido por existir pocos sistemas de deslizamiento que puedan operar.4 El maclado puede acti#ar nue#os sistemas de deslizamiento en orientacionefa#orales con respecto al e"e de tracción.

%iferencias entre %eslizamiento y /acla

%eformación del Pn


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(*exa$onal)


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/ecanismos de Endurecimiento

● La deformación plástica macroscópica se dee principalmente

mo#imiento de un $ran nmero de dislocaciones.

4 La facilidad con que un metal se deforma plásticamente depende la facilidad que tienen las dislocaciones para mo#erse.

Los mecanismos de endurecimiento se asan en el mismo princip

restrin$ir o anclar el mo#imiento de dislocaciones.

E"emplos de al$unos mecanismos de endurecimiento!

educción del tama&o de $rano

1olución sólida (sustitucional o intersticial)

%eformación en fr+o

recipitación de se$undas fases

i d d i i


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/ecanismos de Endurecimiento!

@) educción del ama&o de Qrano

Los orde de $rano actan como arreras al mo#imiento de las

dislocaciones. Las dislocaciones deen camiar la dirección de deslizamiento al

pasar a otro $rano

Los ordes de $rano son una re$ión desordenada de átomos,

existiendo una discontinuidad en los planos de deslizamiento.

9 % d

e : %

Plano dedesliamiento

$rano 8 $ r a n

o 9


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A) 1olución 1ólida

E"emplo de endurecimiento por solución sólida de una aleación C



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?) %eformación en r+o1i la deformación ocurre a a"a se $enera un incremento si$nific

en el 2= de dislocaciones.

El mo#imiento de las dislocaciones está dificultada por la presenciaotras dislocaciones.

ami'n se llama acritud o endurecimiento por traa"ado en fr+o.

Las operaciones de conformado producen un camio en la sección

trans#ersal del material!

;C< =

8o −8d8o

3,11

8o 8d

force

die

blan6

force

+or4ado

E3trusió

=re&ladotensile

force

8o

8ddie

die

ram billet

container

containerforce

die #old

die

8o

e3trusion

*aminado

roll

8o

roll



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?) %eformación en r+o

1%> µm



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?) %eformación en r+oE"emplo de endurecimiento por traa"ado en fr+o de un acero.

Incremento de!%urezaesistencia mecánica

recio a pa$ar!

educción si$nificati#a de la

ductilidad.

En $eneral se emplea para aumentar las propiedades mecánicas de los meta

durante el proceso de conformado.

uede ser eliminado mediante un tratamiento t'rmico.



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>) recipitación de 1e$undas ases

?ista lateral

?ista sup

precipitado

Existen A posiilidades de interacción!

a) La dislocación puede cortar la part+cula, $enerando un escaló

) uede rodearla, $enerando un lazo de dislocación.%e cualquier forma, las part+culas ofrecen una resistencia al pas

la dislocación.

/ecanismos de estauración


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/ecanismos de estauraciónecuperación!

1e incrementa la difusión de lo átomos

1e reduce el 2= de dislocaciones.

1e recuperan al$unas propiedades

(conducti#idad el'ctrica y t'rmica)

1e liera parte de la ener$+a almacenada

ecristalización!

-curre nicamente por arria de la de recristalización.

1e forman nue#os $ranos equiaxiales, sin deformación y con a"o 2= de dislocacione

-curre difusión de átomos a corto alcance.

uerza impulsora! %isminución en la ener$+a interna.

1e otiene una estructura refinada.

1e restauran las rop /ec! el metal se hace más lando,

menos resistente y más dctil.

Crecimiento de $rano!

En caso de de"ar el material a alta por suficiente tiempo. uede no ser requerido.

uerza impulsora! educción en el área total de ordes de $rano.

Existe difusión de corto alcance.

Contina a"ando las propiedades mecánicas.

E" para el e

Ejemplo de las diferentes etapas de restauración para un lat


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??R CS

t J

?s T MD=C

ecristalización inicial

>s T MD=C

ecristalización pa

Ds T MD=C

ecristalización completa

@Mmin T MD=C

Crecimiento de $rano

@min T U=C

Crecimiento de $ra


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