deformación y mecanismos de endurecimiento
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Universidad Autónoma de Nuevo LeónUniversidad Autónoma de Nuevo LeónFacultad de Ingeniería Mecánica y EléctricaFacultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
Maestría en Ciencias de la Ingeniería con Especialidad en Mecánica de Materiales
Deformación y Mecanismos de Deformación y Mecanismos de EndurecimientoEndurecimiento
Presenta: Sergio Serment Moreno 24 de Abril del 2012
Mecanismos de Mecanismos de Deformación de MetalesDeformación de Metales
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Mecanismos de deformación de Mecanismos de deformación de MetalesMetales
Historia: Las resistencias teóricas resultan mucho mayores a las medidas experimentalmente. En 1930 se atribuyó a la presencia de dislocaciones. En 1950 se observó la existencia de las dislocaciones
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Conceptos básicos de dislocacionesConceptos básicos de dislocaciones
Dislocación de borde
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Conceptos básicos de dislocacionesConceptos básicos de dislocaciones
Dislocación de tornillo
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Conceptos básicos de dislocacionesConceptos básicos de dislocaciones
Dislocación mixta
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Mecanismos de deformación de Mecanismos de deformación de metalesmetales
Deformación plástica = Movimiento de dislocaciones.
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El deslizamiento de una dislocación de borde es paralelo a la dirección en que se aplica el esfuerzo de corte.
Mecanismos de deformación de Mecanismos de deformación de metalesmetales
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El deslizamiento de una dislocación de tornillo es perpendicular a la dirección en que se aplica el esfuerzo de corte.
Mecanismos de deformación de Mecanismos de deformación de MetalesMetales
Densidad de Dislocaciones: Distancia total de las dislocaciones en una unidad de volumen o número de dislocaciones que intersectan una unidad de área de cualquier sección. [mm-2]Metales = 103 a 109 mm-2
Cerámicos = 102 a 104 mm-2
Monocristal de silicio = 0.1 a 1 mm-2
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Características de las dislocacionesCaracterísticas de las dislocaciones
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Un metal al ser deformado plásticamente retiene aprox. 5% de la energía de deformación en su estructura interna.
Características de las dislocacionesCaracterísticas de las dislocaciones
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Los campos de esfuerzos correspondientes a diferentes dislocaciones pueden interactuar entre si.
Las dislocaciones ya existentes, las fronteras de grano, los defectos internos y los defectos en la superficie del material son fuente de nuevas dislocaciones.
Sistemas de deslizamientoSistemas de deslizamiento
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Un sistema de deslizamiento se compone de un plano y una dirección. Preferentemente son aquellos planos y direcciones que están más poblados.
Sistemas de deslizamientoSistemas de deslizamiento
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Sistemas de deslizamiento para diferentes metales.
Deformación en metales Deformación en metales policristalinospolicristalinos
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El deslizamiento se llevará a cabo a través del sistema más favorecido por la orientación de los granos.
Mecanismos de Mecanismos de Endurecimiento en Endurecimiento en
MetalesMetales
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Endurecimiento por reducción de Endurecimiento por reducción de tamaño de granotamaño de grano
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Las fronteras de grano dificultan el deslizamiento de dislocaciones.
Endurecimiento por solución sólidaEndurecimiento por solución sólida
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Impurezas generan esfuerzos de tensión-compresión.
Endurecimiento por solución sólidaEndurecimiento por solución sólida
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Endurecimiento por deformaciónEndurecimiento por deformación
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Fuente de Frank-Read: Una dislocación se dobla sobre si misma y genera una nueva dislocación.
Endurecimiento por deformaciónEndurecimiento por deformación
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Técnicas de trabajo en frío
Endurecimiento por deformaciónEndurecimiento por deformación
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A0= Área original de la sección transversal que experimenta la deformación.Ad= Área después de la deformación.
0
0
% ( ) 100dA ACW
A
−= ×
EjemploEjemplo
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Variación de las propiedades mecánicas del material en función del %CW.
Endurecimiento por deformaciónEndurecimiento por deformación
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Diagramas esfuerzo deformación.
Recocido, recuperación, Recocido, recuperación, recristalización y recristalización y
crecimiento granularcrecimiento granular
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RecocidoRecocido
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Tratamiento térmico que ayuda a desaparecer esfuerzos residuales y desaparecer los efectos del CW.
RecuperaciónRecuperación
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Al calentarse el metal trabajado en frío las dislocaciones comienzan a moverse y formar los bordes de una nueva estructura. Se eliminan algunos esfuerzos residuales y se recuperan las conductividades eléctrica y térmica del metal. La densidad de dislocaciones se mantiene igual.
RecristalizaciónRecristalización
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Formación de un nuevo conjunto de granos libres de esfuerzos con aproximadamente las mismas dimensiones.Temperatura de recristalización: Temperatura a la cual la recristalización se completa en un tiempo de 1 hora. Normalmente entre 1/3 y ½ de la T de fusión.
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Trabajo en calienteTrabajo en caliente
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Se pueden llevar a cabo deformaciones plásticas del metal a T mayores a la de recristalización. Durante la deformación no existe endurecimiento ya que la recristalización ocurre continuamente. La deformación plástica es prácticamente “ilimitada”.
Crecimiento granularCrecimiento granular
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Se lleva a cabo por la migración de fronteras de grano. Reduce la energía interna del material.
Crecimiento granularCrecimiento granular
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d= Diámetro de granod0= Diámetro de grano inicial a t=0K y n son constantes independientes del tiempo
0n nd d Kt− =
Crecimiento granularCrecimiento granular
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Mecanismos de Mecanismos de deformación en materiales deformación en materiales
cerámicoscerámicos
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Cerámicos cristalinosCerámicos cristalinos
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La deformación ocurre de la misma manera que en los metales. No presentan deformaciones plásticas debido a: (1)La fuerza de sus enlaces.(2)Existen pocos sistemas de deslizamiento.(3)La estructura compleja de las dislocaciones.
Cerámicos no cristalinosCerámicos no cristalinos
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La deformación plástica ocurre a través de un flujo viscoso.
Cerámicos no cristalinosCerámicos no cristalinos
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Para un flujo viscoso en un líquido que se origina por el esfuerzo de corte generado por dos placas paralelas, la viscosidad η es la relación entre el esfuerzo aplicado τ y el cambio en la velocidad dv con la distancia dy. La viscosidad disminuye con la temperatura.
/
/ /
F A
dv dy dv dy
τη = =
Mecanismos de deformación Mecanismos de deformación y endurecimiento en y endurecimiento en
polímerospolímeros
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Deformación de polímeros Deformación de polímeros semicristalinossemicristalinos
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Deformación en polímeros Deformación en polímeros semicristalinossemicristalinos
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Mecanismo de deformación elástica: Se produce una elongación de las cadenas del polímero . Puede presentarse el desacomodo de algunas moléculas, éste se restringe por fuerzas de van der Waals y otras interacciones secundarias.
Mecanismo de deformación plástica: Se puede describir de mejor manera por las interacciones entre las lamelas y las regiones amorfas en respuesta a un esfuerzo alicado
Deformación en polímeros Deformación en polímeros semicristalinossemicristalinos
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Factores que influyen en las propiedades Factores que influyen en las propiedades mecánicas de los polímeros semicristalinosmecánicas de los polímeros semicristalinos
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Igual que en los metales si se incrementa la T o se disminuye el grado de deformación se aumenta la ductilidad. Entrecruzamiento, van der Waals, peso molecular, grado de cristalinidad.
Deformación de elastómerosDeformación de elastómeros
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Experimentan grandes deformaciones y regresan a su forma original. Amorfos y compuestos por cadenas entrincadas entre si. La deformación elástica de un elastómero está regida por la entropía. Se aplica un esfuerzo y comienzan a ordenarse las cadenas, se deja de aplicar y regresa a su estado de mayor entropía.Cuando se estira un elastómero: se eleva su T y el módulo de elasticidad aumenta conforme aumenta la T, caso contrario a otros materiales
Deformación de elastómerosDeformación de elastómeros
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Deformación de elastómerosDeformación de elastómeros
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Para que un polímero se considere elastómero: no debe cristalizar y sus cadenas deben girar sobre su eje libremente.
Un elastómero siempre se encuentra debajo de tu T de transición vítrea, debajo de ella el elastómero se vuelve frágil.
VulcanizaciónVulcanización
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Entrecruzamiento con cadenas de azufre (1:100 a 5:100). Antes de vulcanizar el caucho es suave y pegajoso y tiene poca resistencia a la erosión. Luego del vulcanizado aumentan su módulo de elasticidad, resistencia a la tensión y resistencia a la degradación por oxidación.
VulcanizaciónVulcanización
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BibliografíaBibliografía
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CIENCIA E INGENIERIA DE MATERIALES – 6TA EDICIONDONAL R. ASKELAND / PRADEEP P. FULAY / WENDELIN J. WRIGHTCENGAGE LERNING – 2011 MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING AN INTRODUCTION – 8th EDITIONWILLIAM D. CALLISTER, JR. / DAVID G. RETHWISCHWILEY – 2009 FUNDAMENTOS DE LA CIENCIA E INGENIERIA DE MATERIALES – 4TA EDICIONWILLIAM F. SMITH / JAVAD HASHEMIMC GRAW HILL – 2004 ENGINEERING MATERIALS SCIENCEMILTON OHRINGACADEMIC PRESS – 1995
GraciasGracias49