sistemas de deslizamiento en diferentes cristales

1. 9.3 Sistemas de deslizamiento en diferentes estructuras cristalinas
Un sistema de deslizamiento es la combinación de un plano y una dirección que se
halla sobre el plano a lo largo del cual se produce el deslizamiento.
El Mecanismo de deslizamiento puede definirse como el movimiento paralelo de dos
regiones cristalinas adyacentes, una respecto a la otra, a través de algún plano (o
planos), en la siguiente figura se muestra un modelo esquemático del mecanismo
de deslizamiento.
Dependiendo del tipo de red, diferentes sistemas de deslizamiento están
presentes en el material. Más específicamente, el deslizamiento ocurre entre los
planos que tienen el menor vector de Burgers, con una gran densidad atómica y
separación interplanar. La imagen a la derecha muestra esquemáticamente el
mecanismo de deslizamiento.
Sistemas de deslizamiento
Un sistema de deslizamiento está definido por la combinación de un plano que se
desliza y la dirección en que se da su desplazamiento.
1.- Estructura cúbica centrada en las caras (FCC)
Configuración de red del plano de deslizamiento con
empaquetamiento compacto en un material FCC. La flecha
representa el vector de Burgers en este sistema de
desplazamiento de dislocaciones.
Celda unidad de un material FCC

2. El deslizamiento en cristales cúbicos con centro en las caras ocurre en el plano de
empaquetamiento compacto, el cual es del tipo {111} y se da en la dirección <110>.
En el diagrama, el plano específico y su dirección de deslizamiento son (111) y [110]
respectivamente. Dadas las permutaciones de los tipos de planos de deslizamiento
y los tipos de dirección, los cristales CCC tienen 12 sistemas de deslizamiento. En
la red FCC, la norma del vector de Burgers, b, que coincide con la mínima distancia
entre dos puntos de la red, puede ser calculada usando la siguiente ecuación:
2.- Estructura cúbica centrada en el cuerpo (BCC)
El deslizamiento en cristales BCC ocurre también en el plano de menor vector de
Burgers; sin embargo, a diferencia de en los FCC, no hay auténticos planos de
empaquetamiento compacto en las estructuras BCC. Por consiguiente, un sistema
de deslizamiento en BCC requiere calor para activarse. Algunos materiales BCC (α-
Fe por ejemplo) pueden contener hasta 48 sistemas de deslizamiento. Existen seis
planos de deslizamiento del tipo {110}, cada uno con direcciones <111> (12
sistemas). Además, hay 24 planos {123} y 12 planos {112}, cada uno con una
dirección <111> (36 sistemas, haciendo un total de 48) que, aunque no tienen
exactamente la misma energía de activación que los planos {110}, esta es tan
cercana que se pueden aproximar como equivalentes para todos los propósitos
prácticos. En el diagrama de la derecha, el plano de deslizamiento específico y su
dirección son (110) y [111], respectivamente.
Los metales elementales que se encuentran en la estructura BCC incluyen al litio,
sodio, potasio, vanadio, cromo, manganeso, hierro, rubidio, niobio, molibdeno,
cesio, bario, tantalio, tungsteno, radio y europio. Entre los materiales compuestos
con estructura cristalina BCC se encuentran los haluros de cesio, a excepción del
CsF.
Celda unidad de un material BCC
Configuración de red del plano de deslizamiento
en un material cúbico con centro en el cuerpo. La
flecha representa el vector de Burgers en este
sistema de desplazamiento de dislocaciones.
Donde a es el parámetro de la
celda unidad de un material FCC

3. 3.- Empaquetamiento hexagonal compacto (HCP)
El deslizamiento en estos metales es mucho más limitado que en las estructuras
BCC y FCC. Esto ocurre porque existen poquísimos sistemas de deslizamiento
activos en estas estructuras. La consecuencia de esto es que el metal es
generalmente frágil y quebradizo.
Los metales cadmio, cinc, magnesio, titanio y berilio tienen un plano de
deslizamiento en {0001} y una dirección de <1120>. Esto define un total de 3
sistemas de deslizamiento según la orientación. No obstante, otras combinaciones
son posibles.
Se ha observado que mientras más sistemas de deslizamiento presente un cristal,
más probable es que haya deslizamiento múltiple, es decir, que se active más de
un sistema de deslizamiento. Cuando en un grano hay deslizamiento múltiple, el
material endurece más rápidamente por deformación que cuando hay deslizamiento
simple. Ello se debe a que así aumentará la probabilidad de que los planos que
deslizan (propiamente las dislocaciones) se intersecten, con lo que ellas se
multiplicarán y trabarán más, endureciendo el material por deformación plástica.
Nótese que el endurecimiento por deformación de un material significa,
macroscópicamente, que se requiere un mayor esfuerzo para deformarlo. Cuando
la deformación se produce por deslizamiento de dislocaciones, todo lo que dificulte
el deslizamiento de estos defectos cristalinos se traduce en que el material
endurezca por deformación.
Se ha demostrado que los materiales con más de cinco sistemas de deslizamiento
no presentan problemas de incompatibiliad de deformaciones entre granos vecinos.
En efecto, cuando se cumple tal condición, siempre habrá en cada vecino un
suficiente número de sistemas de deslizamiento activos (que pueden deslizar) como
para compatibilizar las deformaciones a cada lado de un borde de grano.
El Fe, por tener muchos más sistemas de deslizamiento que el Cu y que el Ti,
endurece más por deformación que estos últimos.
En la siguiente figura se muestra tres sistemas de deslizamiento para los cristales
FCC (111)[110], (111)[101] y (111)[011] poseen 12 sistemas de deslizamiento
debido a que tienen cuatro grupos {111} y con tres direcciones en cada una.

4. En otras estructuras de cristales metálicos, los sistemas de deslizamiento tienen
más variabilidad. En cristales HCP reales, la relación c/a no es igual al valor ideal
de 1.633 del modelo de esfera dura. Para los metales c/a > 1.633 hay alguna
preferencia para el deslizamiento sobre el plano basal, (0001), mientras que para
aquellos metales con c/a < 1.633 los sistemas de deslizamiento preferidos son los
otros.
En un policristal de Zn , con pocos sistemas de deslizamiento, puede darse que
incluso ningún sistema esté en condición de deslizamiento. En efecto, si el eje de
tracción es perpendicular al plano basal, no habrá esfuerzos de corte sobre el plano
basal, que permitan el deslizamiento de ellos. Si en el policristal en tracción hay dos
granos vecinos, donde uno de ellos no se deforma (plano basal perpendicular a eje
de tracción) y el otro sí se deforma (por deslizamiento simple o múltiple), entonces
habrá incompatibilidad de deformaciones entre los granos y habrá fractura por los
bordes de grano. Esta es una razón por la cual no se usan vigas de Zn. Otra razón
es que el Zn es blando (por lo débil de sus enlaces) y no endurece mucho por
deformación (por su bajo número de sistemas de deslizamiento).
Se ha demostrado que los materiales con más de cinco sistemas de deslizamiento
no presentan problemas de incompatibiliad de deformaciones entre granos vecinos.
En efecto, cuando se cumple tal condición, siempre habrá en cada vecino un
suficiente número de sistemas de deslizamiento activos (que pueden deslizar) como
para compatibilizar las deformaciones a cada lado de un borde de grano.
El Fe, por tener muchos más sistemas de deslizamiento que el Cu y que el Ti,
endurece más por deformación que estos últimos.
Observaciones generales de gran importancia en sistemas de deslizamiento:
1. Las direcciones de deslizamiento siempre son en la dirección de
empaquetamiento compacto. Existen excepciones, por ejemplo, mercurio
sólido.
2. El deslizamiento ocurre usualmente sobre la mayoría de los planos
compactos. Esta observación está relacionada con el hecho de que los
planos empaquetados más densamente también son el grupo de planos (hkl)
ocupados que tienen el espaciamiento más amplio.
3. El deslizamiento se produce primero sobre el sistema de deslizamiento que
tiene el mayor esfuerzo de corte a lo largo de su dirección de deslizamiento.

5. En la siguiente tabla se muestran los sistemas de deslizamiento observados en
estructuras cristalinas de metales comunes.