jueves 20 de mayo de 2010
Observacion de la dislocacion,estructura cristalina y deformacion
Observación de dislocaciones:
La técnica utilizada para detectar una dislocación es la microscopía electrónica de alta resolución, previo ataque del material.
El primer material que se estudio fue el LiF ( no se usaron los metales ya que es prácticamente imposible obtener un metal sin dislocaciones). El LiF es inerte al agua oxigenada pero cuando en el LiF hay una dislocación aumenta la reactividad del cristal en las proximidades de la dislocación. En la práctica la zona atacada es muy grande, es una técnica muy destructiva ya que el efecto de la dislocación se extiende.
Con esta técnica se detectan tanto cualitativamente como cuantitativamente las dislocaciones, pero además podemos detectar el movimiento de estas dislocaciones.
El ataque se vería aproximadamente como en la figura, donde la línea discontinua representa la situación de la dislocación:
Dislocaciones, estructura cristalina y deformación:
Gracias al deslizamiento de las dislocaciones se produce la deformación del cristal, es conveniente que en estos deslizamientos y deformaciones se gaste la mínima energía posible. La energía es proporcional a la tensión aplicada y a la deformación producida, a su vez la tensión aplicada a la dislocación para moverla es proporcional a su vector de Burger, la deformación producida también es proporcional a b, por tanto la energía para deformar un cristal es proporcional al cuadrado del vector de Burger.
Los parámetros que influyen en el valor del vector de Burger son:
Dirección en la que se desplaza la dislocación.
Dirección compacta: en el caso de un empaquetamiento compacto de átomos, al aplicar una tensión de corte o cizalladura sobre un cristal con dislocaciones, tal como se representa en la figura 13 a, la hilera de átomos superior se desplazará sobre la inferior, el desplazamiento sufrido por cada uno de los átomos es el diámetro de un átomo, d, la distorsión también se traslada d. Como el modulo del vector b es el mínimo desplazamiento: b =d y por tanto la energía asociada a este movimiento es:
Dirección no compacta: en un empaquetamiento no compacto al tensionar la hilera de átomos superior se desliza sobre la inferior, el desplazamiento que se produce es de:Su energía asociada sería pues:
Tipo de planos de deslizamiento: en el empaquetamiento compacto aparecerán planos de deslizamiento compacto, en este caso la distancia entre el centro del átomo de la hilera inferior y el centro del átomo de la hilera superior es d1; en el caso del empaquetamiento no compacto la distancia sería d2, siendo d2 más pequeña que d1.
A la vista de esto se deduce que el deslizamiento será más fácil en el caso del empaquetamiento compacto, ya que habrá menos rozamiento. (Figura 14)
De forma resumida el movimiento de las dislocaciones en direcciones compactas y sobre planos de deslizamiento compacto tiene una menor energía asociada. El conjunto de un plano compacto y direcciones compactas, es a lo que se denominasistema de deslizamiento, también se llama así a planos no compactos y direcciones compactas (en este caso hay una mayor energía asociada).
A la vista de esto, elementos con estructura CCC como el Ni, Pt, Cu, Ag, Au, Al; serán más fáciles de deformar que los elementos con estructura CCB (V, Cr, Mo, W, Fe). También serán más fáciles de deformar las CCC que las hexagonales compactas, aunque siempre hay excepciones lo que nos lleva a pensar que los sistemas de deslizamiento no son el único parámetro a tener en cuenta.
En la estructura cúbica centrada en las caras hay cuatro familias de planos compactos, estas familias pueden visualizarse teniendo en cuenta que son planos perpendiculares a las cuatro diagonales del cubo y se hallan cogiendo cada uno de los vértices de la cara superior y uniéndolo a esta diagonal. Dentro de cada uno de estos planos existen tres direcciones compactas que coinciden con las diagonales de las caras. Los planos compactos son de la familia {111}, y las direcciones de 110 . Por tanto en la estructura CCC hay 12 sistemas de deslizamiento.
En la hexagonal compacta, solo hay una familia de planos compactos, los planos basales {0001}, estos planos de empaquetamiento compacto tienen tres direcciones, 11-20 por lo tanto el numero de sistemas de deslizamiento es de 3. El plano {0001} solo será plano de deslizamiento cuando la relación c/a sea mayor o igual de 1.63, si esto no se cumple el plano de deslizamiento aunque no es tan compacto como el basal será el {10-11}. (c es la distancia entre planos basales y a distancia entre el centro y el plano basal)
En la estructura cúbica centrada en el cuerpo (CCB), no hay ningún plano de compacto, lo que si existen son direcciones compactas, estas se corresponden son las cuatro diagonales del cubo, cuyos índices de Miler son 111 . Tienen planos de cierta compacidad, en concreto son tres familias, {110}, la {112} y la {123}, a estas tres familias se podría añadir el plano de la cara{100} de cierta compacidad. Teniendo en cuenta el número de planos de deslizamiento y las direcciones compactas que hay en ellos se consiguen un total de 48 sistemas de deslizamiento. Por eso aunque son algo difícil de deformar se comprueba que estas estructuras se deforman mejor que algunas hexagonales compactas.
Otro factor a tener en cuenta para ver la facilidad con la que se deforma un cristal es la dirección en que se aplica la tensión, con respecto a las direcciones de deslizamiento y a los planos de deslizamiento. Para verlo nos fijamos en un monocristal de Mg (Figura 16), de estructura hexagonal compacta, al que aplicamos una tensión F, inicialmente esta tensión produce deformaciones plásticas (permanentes). Esto se explica ya que: la base del monocristal forma un ángulo con el plano basal de deslizamiento, por otra parte , es el ángulo entre la dirección de la fuerza aplicada y el plano de deslizamiento.
Cuando aplicamos fuerza a una superficie tenemos una tensión, la tensión es un parámetro vectorial con dos componentes de estas dos, solo la componente paralela al plano de deslizamiento es la efectiva, a esta tensión se le llama tensión de corte o cizalladura efectiva, .
= Fuerza en la dirección de deslizamiento/ área plano deslizamiento
Cuando el ángulo que forman la dirección en la que se aplica la tensión y el plano de deslizamiento son perpendiculares y cuando el ángulo entre el plano de deslizamiento y F es de 90º, la tensión que aplicamos es nula, ya que en el primer caso =90º y en el segundo =90º, y el coseno de 90º es igual a cero. Por tanto la situación en la que la fuerza aplicada tiene el máximo de eficacia es cuando ambos ángulos son de 45º, en este momento: = /2.
Además de la tensión efectiva, , otro parámetro de interés es la tensión efectiva crítica, c, que es la mínima tensión que hay que realizar para que se produzca deformación en el cristal.
Dada la importancia que tiene la dirección en la que se aplica la tensión, podemos entender la gran diferencia que existe entre las tensiones de deformación de una estructura CCC y una hexagonal compacta. En el caso de las CCC como hay 12 sistemas de deslizamiento hay gran probabilidad de que la tensión que yo aplique pueda resultar efectiva. En la estructura hexagonal compacta solo hay 3 sistemas de deslizamiento y la probabilidad de aplicar la fuerza en una dirección adecuada es menor.
Otro tercer factor a tener en cuenta es el valor de la relación c/a, que se muestra en la siguiente tabla, donde podemos ver que los valores de c para CCC son pequeños y esto se debe a el elevado número de sistemas cristalinos, en el caso de la HC, podemos distinguir dos grupos, uno con valores de c/a mayores de 1.63 y con valores de Tc del orden de los de CCC ya que el deslizamiento se lleva a cabo a través de los planos basales, y un segundo grupo con valores de c mas altos y relación c/a menor de 1.63, debido a que los planos basales están muy cerca unos de otros y estos dejan de ser planos de deslizamiento y pasan a ser planos de deslizamientos unos no compactos, siendo por tanto más difícil de deformar.
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