ductibilidad

1. TEMA 11: METALES NANOESTRUCTURADOS: RETENCION DE LA
DUCTILIDAD
Las aplicaciones estructurales de metales nanoestructurados a menudo requieren ambos
de alta resistencia y buena ductilidad. Pero aunque estos los metales generalmente
tienen alta resistencia, su ductilidad es a menudo demasiado baja. El nuevo trabajo
experimental sugiere que es posible retener el ductilidad de los metales después de la
nanoestructuración activando ciertos mecanismos de deformación.
Los metales nanoestructurados tienen características estructurales que son menos de 100
nm en al menos uno dimension1 . Estas características generalmente se producen
mediante el procesamiento ('nanoestructuración') de metales en uno de dos formas: un
enfoque en dos pasos, como el gas inerte condensación, o un enfoque de un solo paso,
como deformación plástica (SPD). Metales nanoestructurados producidos por los dos
pasos enfoque a menudo tienen defectos, como la porosidad y grietas, que conducen a
una ductilidad muy baja (definida como menos de 5% de elongación a la falla) 2 . En
comparación, el enfoque de un solo paso puede producir 100% densa y metales
nanoestructurados libres de defectos que exhiben propiedades mecánicas controladas
por su intrínseco mecanismos de deformación. Sin embargo, incluso estos metales
generalmente tienen una ductilidad decepcionantemente baja. Es posible para producir
metales nanoestructurados con ambos altos fuerza y buena ductilidad? Trabajo
experimental presentado en la reunión de primavera de 2004 de los materiales Research
Society (MRS) en San Francisco sugiere esta posibilidad La ductilidad es controlada
por dos materiales parámetros: endurecimiento del trabajo y velocidad de deformación
sensibilidad. Los altos valores de estos parámetros ayudan a retrasar el inicio de la
deformación localizada ("estrechamiento") bajo tensión de tracción, mejorando así la
ductilidad. Endurecimiento del trabajo es causado por la acumulación de defectos
cristalinos, como dislocaciones, y hace una mayor deformación Más fuerte. Sin
embargo, en metales nanoestructurados, la acumulación de dislocación se vuelve
imposible debido a los pequeños tamaños de grano3 . Las dislocaciones son emitido
desde un segmento de límite de grano y desaparecer en otro, sin dejar dislocaciones a
acumular dentro del interior del grano. De hecho, la mayoría metales nanoestructurados
se han encontrado para exhibir zerowork hardening4 . La sensibilidad a la velocidad de
deformación de los metales nanoestructurados no han sido bien estudiados; esta
problema necesita una mayor investigación. La falta de trabajo duro ha llevado a la
conclusión que los metales nanoestructurados tienen intrínsecamente bajo ductilidad5 ,
y exhibirá buena ductilidad solo en bajas temperaturas y / o altas tasas de deformación6
.Esto es confirmado por los datos experimentales trazados en la Fig.1, que muestra que
la mayoría de los metales nanoestructurados caen en la región de "alta resistencia / baja
ductilidad", azul sombreado. Sin embargo, hay varios ejemplos, todos ellos de muestras
de cobre nanoestructuradas, que demuestran tanto alta resistencia y muy buena
ductilidad. Varios oradores en la reunión de MRS informaron resultados que pueden
ayudar a explicar la buena ductilidad observado en estos metales. Cobre
nanoestructurado procesado por una técnica SPD, igual canal angular presionando

2. (ECAP), mostró una deformación uniforme más larga (retraso en el cuello) con un
número creciente de ECAP pases (F.H.D.Torre y otros, Monash University, Clayton,
Australia). Esto indica que una mayor tensión de procesamiento mejora la ductilidad.
Figura 1 Rendimiento normalizado fuerza versus porcentaje elongación (ductilidad) para metales
nanoestructurados. La resistencia a la fluencia medida tiene sido normalizado dividiéndolo por el límite
elástico de un material contraparte de grano grueso. La mayoría de los metales nanoestructurados tener
una compensación de fuerza-ductilidad; es decir, de alta resistencia acompañado de baja ductilidad (la
región azul). Sin embargo, varios nanoestructuras de cobre muestras (puntos rojos fuera del región azul)
exhiben ambos altos fuerza y buena ductilidad, indicando la posibilidad de conservando buena ductilidad
en metales nanoestructurados. Datos de ref.2.
La formación de afilada, estrecha límites de grano se sugirió como la razón de esta
observación.Muestras de níquel nanoestructuradas con los tamaños de grano por debajo
de 100 nm mostraron significativamente más sensibilidad pronunciada de la tasa de
deformación que aquellos con granos más grandes de tamaño submicrométrico
(S.Suresh, T.Hanlon y M.Dao, Instituto de Massachusetts de Technology,
Massachusetts). También se encontró que el la microdureza del cobre nanoestructurado
disminuye con el aumento del tiempo de sangría (K.Zhang y J.R. Weertman,
Northwestern University, Illinois). En otras palabras, el estrés se relaja con el tiempo, lo
que podría ser parcialmente responsable de la alta tasa de deformación sensibilidad de
los metales nanoestructurados. Alta tasa de deformación la sensibilidad ayuda a mejorar
la ductilidad. La fuerza y la ductilidad de los materiales son determinado por sus
mecanismos de deformación, que a su vez están determinados por sus microestructuras.
Sin embargo, aún no está claro qué particular microestructuras o mecanismos de
deformación son responsable de la buena ductilidad de algunos metales
nanoestructurados. Ambos, dinámica molecular simulaciones7,8 y observaciones
experimentales9,10 tienen reveló que los metales nanoestructurados se deforman a
través de mecanismos no accesibles a su grano grueso contrapartes. Emisión de
dislocación parcial del grano límites se convierte en un mecanismo de deformación
importante cuando el tamaño de grano disminuye por debajo de 100 nm (refs 7-10).

3. Metales nanoestructurados producidos por SPD las técnicas a menudo tienen grano no
equilibrado límites, caracterizados por dislocaciones excesivas. Algunas dislocaciones
pueden disociarse en pares de Shockley parciales, que podrían alejarse del grano límite
bajo un estrés (D.L.Medlin et al., Sandia National Laboratories, California). Granos los
límites actúan como fuentes parciales de dislocación. Sin embargo, también pueden
emitirse dislocaciones parciales de los límites de grano por reorganización atómica7 El
comportamiento de deformación de nanoestructurados aluminio, níquel, cobalto y cobre
en una variedad de las temperaturas y las tasas de deformación también indican que
dislocaciones juegan un papel principal en la deformación (E.Ma, Johns Hopkins
University, Maryland). La activación de dislocaciones parciales también produce
gemelos de deformación, incluso en nanoestructurados aluminium8-10, que en su
estado de grano grueso nunca se deforma por el hermanamiento, excepto en las puntas
de la grieta. La nucleación de mellizos generalmente requiere un alto esfuerzo de corte
externo, pero una vez que los gemelos son nucleados, es muy fácil para ellos crecer (H.
Van Swygenhoven, Instituto Paul Scherrer, Villigen, Suiza). Estas son deformaciones
mecanismos únicos para metales nanoestructurados. Sin embargo, una conexión clara
entre un particular mecanismo de deformación y la ductilidad aún no establecido. Se
necesitan estudios futuros para introducir sistemáticamente ciertas nanoestructuras y
relacionarlos con el comportamiento mecánico de metales nanoestructurados.
Microscopía electrónica de transmisión in situ (TEM) y la microscopía de fuerza
atómica son particularmente poderosos herramientas en este sentido.In situTEM permite
directamente observación de la actividad de dislocación, límite de grano procesos de
deslizamiento y hermanamiento en un área localizada. El TEM convencional ha dado
resultados inesperados, tales como la observación de grandes fallas de apilamiento en
aluminio nanoestructurado (Y.T.Zhu et al., Los Alamos National Laboratory, New
Mexico). En situ TEM es más poderoso en el sentido de que puede observar la acción
de un mecanismo de deformación en tiempo real, y se espera que produce información
más perspicaz sobre la deformación de metales nanoestructurados. Fuerza atómica in
situ la microscopía permite la observación de un área relativamente grande (unos pocos
micrómetros cuadrados) en una superficie de muestra y, si realizado sistemáticamente
en la misma área después de variar cepas, puede dar una estimación casi cuantitativa de
cómo el mecanismo de mucheach contribuye a la deformación. Estas dos técnicas
complementarias acaban de comenzar para ser aplicado al estudio de metales
nanocristalinos, y prometen proporcionar un experimento integral evidencia de los
mecanismos de deformación subyacentes responsable de las espectaculares propiedades
mecánicas de estos materiales.

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