DEFECTOS CRISTALINOS

OBJETIVOSOBJETIVOS

a)a) PresentarPresentar loslos defectosdefectos cristalinos cristalinos de losde losmaterialesmateriales de de ingenieriaingenieria..

b)b) PresentarPresentar loslos mecanismos de mecanismos de deformacióndeformación plástica plástica yy loslos mecanismos mecanismos de de endurecimento.endurecimento.

CONTENIDO DE LA CLASE

• Defectos unidimensionales.

• Impurezas.

• Soluciones sólidas.

• Defectos de linea.

• defectos bidimensionais.

• Análisis microscópico

• Deformación plástica.

• Mecanismos de endurecimento.

• Recristalización

DEFECTOS CRISTALINOSDEFECTOS CRISTALINOS

•• DefectoDefecto cristalino:cristalino: imperfeción del reticulado cristalino

• Clasificación de los defectos cristalinos:

•• Defectos de puntoDefectos de punto (asociados con una o dos posicionesatómicas): vacancias y átomos intersticiales.

•• Defectos Defectos de de linealinea (defectos unidimensionales): dislocaciones

•• Defectos bidimensionalesDefectos bidimensionales (límiotes entre dos regionescon diferentes estructuras cristalinas o diferentes orientaciones cristalográficas): contornos de grano,interfaces, superficies libres, límites de macla, defectosde apilado.

•• Defectos Defectos volumétricosvolumétricos (defectos tridimensionales): poros, grietas e inclusiones.

Defectos de líneaDefectos de línea(vacancias y auto-intersticiales)

• vacancia: ausencia de un átomo en un punto del reticulado cristalino.

• Pueden ser formadas durante la solidificación o como resultado de vibraciones atómicas.

• Existe una concentración de equilíbrio de vacancias.

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−=

kTQNN L

L exp

Donde: N ≡ número total de posiciones atómicasNL ≡ número de vacanciasQL ≡ energia de ativaciónk ≡ constante de BoltzmannT ≡ temperatura absoluta

DefectosDefectos de líneade línea(vacancias(vacancias yy autoauto--intersticiales)intersticiales)

• Auto-intersticial: es un átomo que ocupa un intersticiode la estructura cristalina.

• Los auto-intersticiales causan una gran distorsión delreticulado cristalino a su alrededor.

Representación de una vacancia y de un auto-intersticial

ImpurezasImpurezas• Es imposible que exista un metal que contenga un sólo

tipo de átomo (metal puro).• Las técnicas de refinado atualmente disponibles

permiten obtener metales con un grado de pureza en lomáximo de 99,9999%.

Representación de átomos de impurezas substitucionales e intersticiales

Defectos de líneaDefectos de línea

Dislocación en hélice o de tornillo

Arreglo de los átomos alrededor de unadislocación de cuña o de línea

Defectos de líneaDefectos de línea• Una dislocación no puede terminar en el interior de un cristal.• La línea de dislocación delimita las regiones cizallada y no

cizallada.

Línea de dislocación, plano de deslizamiento

Defectos Defectos de de línealínea• La magnitud y la dirección de la distorsión del reticulado

asociada a una dislocación puede ser expresada en terminos delvectorvector de Burgersde Burgers, , bb..

• El vector de Burgers puede ser determinado por medio delcircuito de Burgers.

Línea de dislocación, plano de deslizamiento y vector de Burgers

Circuito de Burgers

DeformaciónDeformación plásticaplásticaEl mecanismo de deformación plástica es diferente para materialescristalinos que para materiales amorfos. En los materiales cristalinos el principal mecanismo de deformación plástica consiste en el deslizamiento de planos atómicos a través del movimiento de dislocaciones, y en los materiales amorfos consiste en flujo viscoso.

Deformación plástica producida por el movimiento de una dislocación em cuña

DeformaciónDeformación plásticaplástica

Formación de una grada en la superficie de un metal por el movimiento de (a) una dislocación em cuña y (b) una dislocación en hélice.

Analogía entre el movimiento de un gusano y de una dislocación.

Deformación plástica em monocristales ypolicristales

Deslizamiento macroscópico en unmonocristal

Deslizamiento en un monocristal de zinc

Alteración de la microestrutura de un metal policristalino como consecuencia de unadeformación plástica.

Movimientos alternativos de dislocaciones• Ascenso.

Campo de Campo de tensonestensones alrededoralrededor de de unauna dislocacióndislocación

Tensiones de compresión y de tracción alrededor de unadislocación em cunha

Interacción entre dislocacionesem cuña en el mismo plano de deslizamento

Defectos bidimensionalesDefectos bidimensionales

•• Interface:Interface: Límite entre dos fases diferentes.

•• LímitessLímitess de de grano:grano: límite entre dos cristales sólidos de la mismafase.

•• SuperficieSuperficie externa:externa: superficie entre el cristal y el medio que lorodea

•• LímitesLímites de macla:de macla: tipo especial de límite de grano que separa dos regiones con una simetria tipo ”espejo”.

•• FallasFallas de de apilado:apilado: ocorre en los materiales cuando hay unainterrupción en la secuencia de apilado, por ejemplo en lasecuencia ABCABCABC.... de los planos compactos de los cristais CFC.

Defectos bidimensionais(contornos de grano)

Cuando el desalineamiento entre los granos vecinos esgrande (mayor que ~15o), el límite formado es llamadolímite de grano de éngulo grande. Si el desalineamientoes pequeño (en general, menor que 5o), el límite esllamado límite de pequeño ángulo.

ímite de ángulo pequeñoresultado del alineamiento de dislocaciones em cuña

Límites de grano y de sub-grano

Defectos bidimensionalesDefectos bidimensionales(contornos de macla)

• Una macla es un tipo de defecto cristalino que puede ocurrir durante lasolidificación, deformación plástica, recristalización o crecimento de grano.

• Tipos de macla: maclas de recocido y maclas de deformación.• La maclación ocurre en un plano cristalográfico determinado según una

dirección cristalográfica específica. Tal conjunto plano/direción depende del tipo de estructura cristalina.

Límite de macla Maclación mecánica enmetales CFC

DEFECTOS TRIDIMENSIONALESDEFECTOS TRIDIMENSIONALES

Este tipo de defectos aparece debido a:

- Control inadecuado durante la solidificación de los metales

- Inadecuada realización de tratamientos térmicos

- Sobre esfuerzos aplicados a las piezas

- Mal diseño de piezas mecánicas

- Mala selección de materiales

GrietasRechupesPoros

ObservaciónObservación microestruturalmicroestrutural

• Observación estructural: macroestructura y microestrutura.• Observación de la macroestructura: a ojo o con bajos aumentos (hasta

~10X).• Observación de la microestructura: microscopía óptica y microscopia

electrónica.

Macroestrutura de un lingote de plomo presentando los diferentes granos.

Aumento: 0,7X

ObservaciónObservación microestructuralmicroestructural(microscopía óptica y electrónica)

(a) y (b) formación de laimagen de los límites de grano.(c) Micrografía óptica de una aleación Fe-Cr. Aumento: 100X.

(a) y (b) formación delcontraste entre granos.(c) Micrografía óptica de un latón (Cu-Zn) policristalino. Aumento: 60X.

Micrografiaelectrónica de un

metal corroido