CAPITULO V

CAPITULO VDEFECTOS O IMPERFECCIONES CRISTALINASGENERALIDADES.

No hay cristales perfectos debido a que hay imperfecciones cristalinas, que afectan a muchas de las propiedades fsicas y mecnicas importantes de los metales y sus aleaciones; entre ellas, desde el punto de vista de ingeniera tenemos: capacidad de deformacin en fro, conductividad elctrica, resistencia mecnica, corrosin, velocidad de difusin, etc.

2. CLASES DE DEFECTOS O IMPERFECCIONES ESTRUCTURALES.

Estn clasificados de acuerdo a su geometra y forma, estos son:

Defectos puntuales, de dimensin cero.Defectos de lnea o de una dimensin (dislocacin).Defectos de dos dimensiones, que incluyen superficies externas y bordes de grano interno.2.1. DEFECTOS PUNTUALES O CERO DIMENSIONALESEntre las cuales tenemos :

VACANTES.

INTERSTICIALES.

IMPUREZAS O INCLUSIONES.

A. VACANTES.

Son agujeros dejados por la prdida de tomos que se encontraban en una posicin reticular, estas se pueden producir durante el proceso de solidificacin, por perturbaciones locales en la red, durante el crecimiento del grano, o por reordenamiento atmico en el cristal, debido a la movilidad de los tomos. En los metales la concentracin de huecos en equilibrio, raramente excede de 1 entre 10000.

Fig. 5.1. DEFECTOS PUNTUALES EN LA RED CRISTALINA.B. INTERSTICIALES.Este defecto se produce, cuando un tomo de la red ocupa un lugar intersticial, entre los tomos que lo rodean, en sitios atmicos normales. Estos se pueden producir en la estructura cristalina por irradiacin con partculas energticas.

C. IMPUREZAS.Constituidas por tomos extraos a la red cristalina, los que pueden tener un dimetro mayor o menor que los de la red. Estos estn presentes, desde el inicio del proceso de los materiales y se pueden ubicar en posiciones reticulares o intersticiales.

Fig. 5.2. DEFECTOS PUNTUALES EN LA RED CRISTALINA.D. DEFECTO SCHOTTKY.En cristales inicos, los defectos puntuales son ms complejos, debido a la necesidad de mantener la neutralidad elctrica de los mismos, cuando dos iones de cargas opuestas se pierden en un cristal inico, se producen huecos anin - catin; produciendo defectos Schottky.E. DEFECTO FRENKEL.En cristales inicos, cuando un catin se mueve a una posicin intersticial, se produce una vacante en la posicin del ion, a esta dualidad de vacante - defecto intersticial, se le llama defecto Frenkel. La presencia de estos defectos, en un material inico incrementa su conductividad elctrica.

Fig. 5.3. DEFECTOS PUNTUALES EN LA RED CRISTALINA DE MATERIALES IONICOS.Las vacantes adicionales, en un material tambin puede producirse por:Por enfriamiento rpido desde altas temperaturas a bajas temperaturas.Por deformacin plstica del metal.Por bombardeo con partculas energticas.En los compuestos qumicos, como una respuesta a las impurezas qumicas y a las composiciones no estequiomtricas. Las vacantes no equilibradas, tienen tendencia a unirse formando clsteres, las cuales pueden cambiar de posicin con sus vecinas; este proceso es importante en la difusin de tomos en estado slido, sobre todo a altas temperaturas donde la movilidad de tomos es mayor.2.2. DEFECTOS LINEALES DISLOCACIONES O DE UNA DIMENSIONSon defectos en los slidos cristalinos que distorsionan la red alrededor de una lnea, estos se crean por: Por una deformacin plstica permanente. Por condensacin de vacantes. Por desajustes atmicos en disoluciones slidas. Durante la solidificacin.Estos pueden ser : De borde o de Taylor. De tornillo o alabeo.

A. DISLOCACION DE BORDE.

Se generan por la insercin o ausencia de un semiplano de tomos, en la red cristalina; producido por esfuerzos de compresin o traccin, provocando una distorsin local en la red, a este tipo de dislocacin tambin se le llama dislocacin de Taylor y su representacin es una "" invertida para dislocacin positiva y "T" en posicin normal para una dislocacin negativa, dependiendo del plano de referencia considerado para el anlisis.

Fig. 5.4. DEFECTOS LINEAL DE BORDE O DE TAYLOR EN LA RED CRISTALINA La distancia del desplazamiento de los tomos alrededor de una dislocacin se denomina deslizamiento o vector "b" de Burgers y para una dislocacin de borde este vector de cierre es perpendicular a la dislocacin y su magnitud estar dada por la diferencia de segmentos entre los centros de los tomos para el rea considerada o circuito de Burgers.

Fig. 5.5. CIRCUITO DE BURGERSB. DISLOCACION DE TORNILLO O ALABEO.

Las dislocaciones de tornillo se pueden formar en una red cristalina, mediante la aplicacin de esfuerzos cortantes o de cizallamiento, hacia arriba y hacia abajo; estos esfuerzos introducen una zona de distorsin en la red cristalina en forma de rampa espiral o de tornillo; en este tipo de dislocacin el vector de Burgers o vector de cierre es paralelo a la lnea de accin de la fuerza.NOTA: Las dislocaciones son defectos en desequilibrio y almacenan energa en la regin distorsionada de la red cristalina, alrededor de la dislocacin.

Fig. 5.6. DISLOCACION DE TRONILLO

Fig. 5.6. DISLOCACION DE BORDE Y DE TRONILLO2.3 DEFECTOS PLANARES DE BORDE DE GRANO.Son imperfecciones de los materiales policristalinos, que ocurren en la superficie que separan los granos de diferentes orientaciones; se crean durante la solidificacin, cuando estos se forman a partir de diferentes ncleos y crecen simultneamente, encontrndose unos a otros. El borde de grano es una regin estrecha, de un ancho aproximado de 2 a 5 dimetros atmicos, pudiendo definirse como una regin de tomos mal emparejados entre los granos adyacentes. La deformacin plstica en los granos ocasiona un aumento significativo de las dislocaciones, una orientacin predominante o preferente en los granos, por efecto de la deformacin plstica se denomina TEXTURA.Fig. 5.8. DEFECTOS PLANARES DE BORDE DE GRANO

Fig. 5.9. FRONTERA DE GRANO ZONA DE ATOMOS DESEMPAREJADOSFig. 5.9. LIMITES DE GRANO OBSERVABLES EN UNA MICROFOTOGRAFIA CON EL MICROSCOPIO METALOGRAFICOPuesto que de un grano a otro cambia la orientacin de la red cristalina, los bordes de grano son zonas de alto desorden

3. DEFECTOS ESTRUCTURALES Y DEFORMACIN PLASTICA.En los metales al solidificarse se crean gran nmero de dislocaciones de alrededor de 10 6 cm./cm3 y cuando se deforman plsticamente pueden crearse muchas mas, llegando estas alrededor de 1012 cm./cm3.3.1. DEFORMACION PLASTICA DE METALES MONOCRISTALINOS.Los cambios estructurales y microgrficos que ocurren en un material que es deformado plsticamente al aplicrsele fuerzas externas que ocasionan cambios internos que afectan las propiedades, por lo que, analizaremos, la deformacin plstica de los monocristales, para lo cual es necesario conocer algunos conceptos previos.METAL MONOCRISTALINO. Son aquellos metales o materiales cuya estructura microgrfica (grano), est compuesta por un slo grano, donde sus cristales (celdas unidad) tienen una sola orientacin, en estos no existen los bordes de grano.

METAL POLICRISTALINO. Son aquellos metales o materiales cuya estructura microgrfica (grano), est compuesta por un conjunto de granos donde sus cristales (celdas unidad) tienen diferentes orientaciones, los cuales estn separados por los bordes de grano.

Fig. 5.10 MICROESTRUCTURAS:

MONOCRISTAL

POLICRISTAL

GranoLimite de granoCristalesFig. 5.11. FORMACION DE UN POLICRISTALc) SISTEMA DE DESLIZAMIENTO. Conjunto formado por un plano y una direccin generalmente los de mayor densidad del sistema, a travs de los cuales se produce el movimiento relativo de la red cristalina del material, durante la deformacin plstica, por efecto de aplicacin de una fuerza externa. Los sistemas de deslizamiento de mayor densidad se activan con mayor facilidad, dado que en estos las distancias interatmicas son menores y los tomos necesitan menor cantidad de energa para activarse y desplazarse.3.2. MECANISMOS DE DEFORMACION PLASTICA MECANISMO DE DESLIZAMIENTO.Se produce, cuando por efecto de la tensin de cizalla crtica en el monocristal parte de la red cristalina se desplaza de manera paralela a la otra adyacente. Sobre planos y direcciones especficas (sistemas de deslizamiento). Luego de la deformacin, en los bordes, se observan marcas escalonadas, llamadas bandas de deslizamiento, que es un conjunto de lneas de deslizamiento. (lneas de LEUDERS), donde el eje del cristal no se deforma. La tensin de cizalla en metales puros monocristal depende principalmente de (a) la estructura cristalina, (b) caractersticas de su enlace atmico, (c) la temperatura a la que se produce la deformacin y (d) la orientacin de los planos de deslizamiento activos respecto a la tensin de cizalla.

Fig. 5.12 MECANISMO DE DESLIZAMIENTO(En el mecanismo de deslizamiento todos los tomos de un lado del plano de deslizamiento se mueven distancias iguales)

Fig. 5.13 DESLIZAMIENTO DE UNA DISLOCACION DE BORDE Y DE TORNILLO EN UNA RED CUBICA SIMPLE

Fig. 5.14 BANDAS DE DESLIZAMIENTO O LINEAS DE LEUDER EN UNA MICROFOTOGRAFIA DE UN MONOCRISTAL DE COBALTO