Este documento presenta un resumen sobre los mecanismos de deformación y endurecimiento en metales. Explica que la deformación plástica ocurre por el movimiento de dislocaciones en la estructura cristalina de los metales. Luego describe diferentes mecanismos de endurecimiento como la reducción del tamaño de grano, solución sólida, deformación y recocido. Finalmente, analiza los mecanismos de deformación en otros materiales como cerámicos, polímeros y elastómeros.

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
Endurecimiento
Presenta: Sergio Serment Moreno 24 de Abril del 2012

2. Mecanismos de
Deformación de Metales
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3. Mecanismos de deformación de
Metales
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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4. Conceptos básicos de dislocaciones
Dislocación de borde
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5. Conceptos básicos de dislocaciones
Dislocación de tornillo
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6. Conceptos básicos de dislocaciones
Dislocación mixta
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7. Mecanismos de deformación de
metales
Deformación plástica = Movimiento de
dislocaciones.
El deslizamiento de una dislocación de borde es paralelo a la
dirección en que se aplica el esfuerzo de corte.
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8. Mecanismos de deformación de
metales
El deslizamiento de una dislocación de tornillo es
perpendicular a la dirección en que se aplica el esfuerzo de
corte.
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9. Mecanismos de deformación de
Metales
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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10. Características de las dislocaciones
Un metal al ser deformado plásticamente retiene aprox. 5%
de la energía de deformación en su estructura interna.
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11. Características de las dislocaciones
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.
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12. Sistemas de deslizamiento
Un sistema de deslizamiento se compone de un plano y una
dirección. Preferentemente son aquellos planos y
direcciones que están más poblados.
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13. Sistemas de deslizamiento
Sistemas de deslizamiento para diferentes metales.
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14. Deformación en metales
policristalinos
El deslizamiento se llevará a cabo a través del sistema más
favorecido por la orientación de los granos.
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15. Mecanismos de
Endurecimiento en
Metales
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16. Endurecimiento por reducción de
tamaño de grano
Las fronteras de grano dificultan el deslizamiento de
dislocaciones.
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17. Endurecimiento por solución sólida
Impurezas generan esfuerzos de tensión-compresión.
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18. Endurecimiento por solución sólida
18

19. Endurecimiento por deformación
Fuente de Frank-Read: Una dislocación se dobla sobre si
misma y genera una nueva dislocación.
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20. Endurecimiento por deformación
Técnicas de trabajo en frío
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21. Endurecimiento por deformación
A0 − Ad
%CW = ( ) ×100
A0
A0= Área original de la sección transversal que experimenta
la deformación.
Ad= Área después de la deformación.
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22. Ejemplo
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23. Variación de las
propiedades
mecánicas del
material en función
del %CW.
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24. Endurecimiento por deformación
Diagramas esfuerzo deformación.
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25. Recocido, recuperación,
recristalización y
crecimiento granular
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26. Recocido
Tratamiento térmico que ayuda a desaparecer esfuerzos
residuales y desaparecer los efectos del CW.
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27. Recuperación
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.
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28. Recristalización
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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29. 29

30. Trabajo en caliente
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”.
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31. Crecimiento granular
Se lleva a cabo por la migración de fronteras de grano.
Reduce la energía interna del material.
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32. Crecimiento granular
d − d = Kt
n n
0
d= Diámetro de grano
d0= Diámetro de grano inicial a t=0
K y n son constantes independientes del tiempo
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33. Crecimiento granular
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34. Mecanismos de
deformación en materiales
cerámicos
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35. Cerámicos cristalinos
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.
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36. Cerámicos no cristalinos
La deformación plástica ocurre a través de un flujo viscoso.
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37. Cerámicos no cristalinos
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.
τ F/A
η= =
dv / dy dv / dy
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38. Mecanismos de deformación
y endurecimiento en
polímeros
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39. Deformación de polímeros
semicristalinos
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40. Deformación en polímeros
semicristalinos
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
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41. Deformación en polímeros
semicristalinos
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42. Factores que influyen en las propiedades
mecánicas de los polímeros semicristalinos
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.
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43. Deformación de elastómeros
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
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44. Deformación de elastómeros
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45. Deformación de elastómeros
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.
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46. Vulcanización
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.
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47. Vulcanización
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48. Bibliografía
CIENCIA E INGENIERIA DE MATERIALES – 6TA EDICION
DONAL R. ASKELAND / PRADEEP P. FULAY / WENDELIN J. WRIGHT
CENGAGE LERNING – 2011
MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING AN INTRODUCTION – 8 th EDITION
WILLIAM D. CALLISTER, JR. / DAVID G. RETHWISCH
WILEY – 2009
FUNDAMENTOS DE LA CIENCIA E INGENIERIA DE MATERIALES – 4TA EDICION
WILLIAM F. SMITH / JAVAD HASHEMI
MC GRAW HILL – 2004
ENGINEERING MATERIALS SCIENCE
MILTON OHRING
ACADEMIC PRESS – 1995
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49. Gracias
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