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Conceptos básicos de dislocacionesDislocación de borde                                 4
Conceptos básicos de dislocacionesDislocación de tornillo                                 5
Conceptos básicos de dislocacionesDislocación mixta                                 6
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Características de las dislocacionesUn metal al ser deformado plásticamente retiene aprox. 5%de la energía de deformación ...
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Sistemas de deslizamientoUn sistema de deslizamiento se compone de un plano y unadirección. Preferentemente son aquellos p...
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Endurecimiento por solución sólidaImpurezas generan esfuerzos de tensión-compresión.                                      ...
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Endurecimiento por deformaciónFuente de Frank-Read: Una dislocación se dobla sobre simisma y genera una nueva dislocación....
Endurecimiento por deformaciónTécnicas de trabajo en frío                                     20
Endurecimiento por deformación                     A0 − Ad             %CW = (         ) ×100                        A0A0=...
Ejemplo          22
Variación de laspropiedadesmecánicas       delmaterial en funcióndel %CW.               23
Endurecimiento por deformaciónDiagramas esfuerzo deformación.                                    24
Recocido, recuperación,   recristalización y crecimiento granular                          25
RecocidoTratamiento térmico que ayuda a desaparecer esfuerzosresiduales y desaparecer los efectos del CW.                 ...
RecuperaciónAl calentarse el metal trabajado en frío las dislocacionescomienzan a moverse y formar los bordes de una nueva...
RecristalizaciónFormación de un nuevo conjunto de granos libres deesfuerzos con aproximadamente las mismas dimensiones.Tem...
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Trabajo en calienteSe pueden llevar a cabo deformaciones plásticas del metal aT mayores a la de recristalización. Durante ...
Crecimiento granularSe lleva a cabo por la migración de fronteras de grano.Reduce la energía interna del material.        ...
Crecimiento granular                  d − d = Kt                    n      n                           0d= Diámetro de gra...
Crecimiento granular                       33
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Cerámicos no cristalinosLa deformación plástica ocurre a través de un flujo viscoso.                                      ...
Cerámicos no cristalinosPara un flujo viscoso en un líquido que se origina por elesfuerzo de corte generado por dos placas...
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Deformación de polímeros     semicristalinos                           39
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Deformación en polímeros     semicristalinos                           41
Factores que influyen en las propiedades  mecánicas de los polímeros semicristalinosIgual que en los metales si se increme...
Deformación de elastómerosExperimentan grandes deformaciones y regresan a su formaoriginal. Amorfos y compuestos por caden...
Deformación de elastómeros                             44
Deformación de elastómerosPara que un polímero se considere elastómero: no debecristalizar y sus cadenas deben girar sobre...
VulcanizaciónEntrecruzamiento con cadenas de azufre (1:100 a 5:100).Antes de vulcanizar el caucho es suave y pegajoso y ti...
Vulcanización                47
BibliografíaCIENCIA E INGENIERIA DE MATERIALES – 6TA EDICIONDONAL R. ASKELAND / PRADEEP P. FULAY / WENDELIN J. WRIGHTCENGA...
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Deformación y mecanismos de endurecimiento

  1. 1. Universidad Autónoma de Nuevo León Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Maestría en Ciencias de la Ingeniería con Especialidad en Mecánica de Materiales Deformación y Mecanismos de EndurecimientoPresenta: Sergio Serment Moreno 24 de Abril del 2012
  2. 2. Mecanismos deDeformación de Metales 2
  3. 3. Mecanismos de deformación de MetalesHistoria: Las resistencias teóricas resultanmucho mayores a las medidasexperimentalmente. En 1930 se atribuyó a lapresencia de dislocaciones. En 1950 se observóla existencia de las dislocaciones 3
  4. 4. Conceptos básicos de dislocacionesDislocación de borde 4
  5. 5. Conceptos básicos de dislocacionesDislocación de tornillo 5
  6. 6. Conceptos básicos de dislocacionesDislocación mixta 6
  7. 7. Mecanismos de deformación de metalesDeformación plástica = Movimiento dedislocaciones.El deslizamiento de una dislocación de borde es paralelo a ladirección en que se aplica el esfuerzo de corte. 7
  8. 8. Mecanismos de deformación de metalesEl deslizamiento de una dislocación de tornillo esperpendicular a la dirección en que se aplica el esfuerzo decorte. 8
  9. 9. Mecanismos de deformación de MetalesDensidad de Dislocaciones: Distancia total delas dislocaciones en una unidad de volumen onúmero de dislocaciones que intersectan unaunidad de área de cualquier sección. [mm-2]Metales = 103 a 109 mm-2Cerámicos = 102 a 104 mm-2Monocristal de silicio = 0.1 a 1 mm-2 9
  10. 10. Características de las dislocacionesUn metal al ser deformado plásticamente retiene aprox. 5%de la energía de deformación en su estructura interna. 10
  11. 11. Características de las dislocacionesLos campos de esfuerzos correspondientes a diferentesdislocaciones 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. 11
  12. 12. Sistemas de deslizamientoUn sistema de deslizamiento se compone de un plano y unadirección. Preferentemente son aquellos planos ydirecciones que están más poblados. 12
  13. 13. Sistemas de deslizamientoSistemas de deslizamiento para diferentes metales. 13
  14. 14. Deformación en metales policristalinosEl deslizamiento se llevará a cabo a través del sistema másfavorecido por la orientación de los granos. 14
  15. 15. Mecanismos deEndurecimiento en Metales 15
  16. 16. Endurecimiento por reducción de tamaño de granoLas fronteras de grano dificultan el deslizamiento dedislocaciones. 16
  17. 17. Endurecimiento por solución sólidaImpurezas generan esfuerzos de tensión-compresión. 17
  18. 18. Endurecimiento por solución sólida 18
  19. 19. Endurecimiento por deformaciónFuente de Frank-Read: Una dislocación se dobla sobre simisma y genera una nueva dislocación. 19
  20. 20. Endurecimiento por deformaciónTécnicas de trabajo en frío 20
  21. 21. Endurecimiento por deformación A0 − Ad %CW = ( ) ×100 A0A0= Área original de la sección transversal que experimentala deformación.Ad= Área después de la deformación. 21
  22. 22. Ejemplo 22
  23. 23. Variación de laspropiedadesmecánicas delmaterial en funcióndel %CW. 23
  24. 24. Endurecimiento por deformaciónDiagramas esfuerzo deformación. 24
  25. 25. Recocido, recuperación, recristalización y crecimiento granular 25
  26. 26. RecocidoTratamiento térmico que ayuda a desaparecer esfuerzosresiduales y desaparecer los efectos del CW. 26
  27. 27. RecuperaciónAl calentarse el metal trabajado en frío las dislocacionescomienzan a moverse y formar los bordes de una nuevaestructura. Se eliminan algunos esfuerzos residuales y serecuperan las conductividades eléctrica y térmica del metal.La densidad de dislocaciones se mantiene igual. 27
  28. 28. RecristalizaciónFormación de un nuevo conjunto de granos libres deesfuerzos con aproximadamente las mismas dimensiones.Temperatura de recristalización: Temperatura a la cual larecristalización se completa en un tiempo de 1 hora.Normalmente entre 1/3 y ½ de la T de fusión. 28
  29. 29. 29
  30. 30. Trabajo en calienteSe pueden llevar a cabo deformaciones plásticas del metal aT mayores a la de recristalización. Durante la deformaciónno existe endurecimiento ya que la recristalización ocurrecontinuamente. La deformación plástica es prácticamente“ilimitada”. 30
  31. 31. Crecimiento granularSe lleva a cabo por la migración de fronteras de grano.Reduce la energía interna del material. 31
  32. 32. Crecimiento granular d − d = Kt n n 0d= Diámetro de granod0= Diámetro de grano inicial a t=0K y n son constantes independientes del tiempo 32
  33. 33. Crecimiento granular 33
  34. 34. Mecanismos dedeformación en materiales cerámicos 34
  35. 35. Cerámicos cristalinosLa deformación ocurre de la misma manera que en losmetales. 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. 35
  36. 36. Cerámicos no cristalinosLa deformación plástica ocurre a través de un flujo viscoso. 36
  37. 37. Cerámicos no cristalinosPara un flujo viscoso en un líquido que se origina por elesfuerzo de corte generado por dos placas paralelas, laviscosidad η es la relación entre el esfuerzo aplicado τ y elcambio en la velocidad dv con la distancia dy. La viscosidaddisminuye con la temperatura. τ F/A η= = dv / dy dv / dy 37
  38. 38. Mecanismos de deformación y endurecimiento en polímeros 38
  39. 39. Deformación de polímeros semicristalinos 39
  40. 40. Deformación en polímeros semicristalinosMecanismo de deformación elástica: Se produce unaelongación de las cadenas del polímero . Puede presentarseel desacomodo de algunas moléculas, éste se restringe porfuerzas de van der Waals y otras interacciones secundarias.Mecanismo de deformación plástica: Se puede describir demejor manera por las interacciones entre las lamelas y lasregiones amorfas en respuesta a un esfuerzo alicado 40
  41. 41. Deformación en polímeros semicristalinos 41
  42. 42. Factores que influyen en las propiedades mecánicas de los polímeros semicristalinosIgual que en los metales si se incrementa la T o se disminuyeel grado de deformación se aumenta la ductilidad.Entrecruzamiento, van der Waals, peso molecular, grado decristalinidad. 42
  43. 43. Deformación de elastómerosExperimentan grandes deformaciones y regresan a su formaoriginal. Amorfos y compuestos por cadenas entrincadasentre si.La deformación elástica de un elastómero está regida por laentropía. Se aplica un esfuerzo y comienzan a ordenarse lascadenas, se deja de aplicar y regresa a su estado de mayorentropía.Cuando se estira un elastómero: se eleva su T y el módulo deelasticidad aumenta conforme aumenta la T, caso contrarioa otros materiales 43
  44. 44. Deformación de elastómeros 44
  45. 45. Deformación de elastómerosPara que un polímero se considere elastómero: no debecristalizar y sus cadenas deben girar sobre su eje libremente.Un elastómero siempre se encuentra debajo de tu T detransición vítrea, debajo de ella el elastómero se vuelvefrágil. 45
  46. 46. VulcanizaciónEntrecruzamiento con cadenas de azufre (1:100 a 5:100).Antes de vulcanizar el caucho es suave y pegajoso y tienepoca resistencia a la erosión. Luego del vulcanizadoaumentan su módulo de elasticidad, resistencia a la tensióny resistencia a la degradación por oxidación. 46
  47. 47. Vulcanización 47
  48. 48. BibliografíaCIENCIA E INGENIERIA DE MATERIALES – 6TA EDICIONDONAL R. ASKELAND / PRADEEP P. FULAY / WENDELIN J. WRIGHTCENGAGE LERNING – 2011MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING AN INTRODUCTION – 8 th EDITIONWILLIAM D. CALLISTER, JR. / DAVID G. RETHWISCHWILEY – 2009FUNDAMENTOS DE LA CIENCIA E INGENIERIA DE MATERIALES – 4TA EDICIONWILLIAM F. SMITH / JAVAD HASHEMIMC GRAW HILL – 2004ENGINEERING MATERIALS SCIENCEMILTON OHRINGACADEMIC PRESS – 1995 48
  49. 49. Gracias 49

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