Asdrúbal Valencia Giraldo - Ciencia de los metales

Figura 7.36 Intersección de una dislocación de tornillo XY, con a. una dislocación de cuña AB para formar dos escalones de cuña PP’ y QQ’; b. con otra dislocación de cuña AB que forma dos escalones de hélice PP’ y QQ’.

Estas conclusiones geométricas sugieren que, en condiciones donde ocurra intersección de dislocaciones, las de tornillo tenderán a ser menos móviles que las de borde. En la figura 7.38 se presenta otra visualización de estas interacciones.

Figura 7.37 Dislocación de tornillo XY que contiene un escalón de borde QQ’ que se puede mover conservativamente en el plano QQ’YZ y no conservativamente en el plano FEQQ’. La única manera de que el escalón QQ’ pueda seguir al plano EFQ’Q es por movimiento no conservativo mediante ascenso.

Figura 7.38 Interacción entre dislocaciones, a. de borde; b. de tornillo

Por otro lado, las dislocaciones de tornillo se puede mover más fácilmente de un plano a otro si poseen una dirección común de deslizamiento. Durante el examen por microscopía electrónica de secciones delgadas se observan los escalones que forman las dislocaciones durante la deformación plástica.

7.6. Deformación

A continuación se introducen algunos elementos que relacionan las dislocaciones con la deformación plástica de los metales.

7.6.1. Sistemas de deslizamiento

La superficie de un cristal metálico que se pule y después se deforma plásticamente se cubre con uno o más conjuntos de líneas paralelas finas llamadas líneas de deslizamiento. Muy tempranamente se detectó que estas eran escalones sobre la superficie, resultado de los movimientos cizallantes microscópicos que se daban sobre planos bien definidos. Tales planos son los que se han denominado planos de corrimiento fácil o planos de deslizamiento. La dirección de cizallamiento en el plano se llama dirección de deslizamiento o de corrimiento fácil. La combinación de un plano de deslizamiento dado con una dirección de deslizamiento en él es lo que se denomina sistema de deslizamiento.

En la mayoría de los metales, los planos sobre los que acontece el deslizamiento son los más densos en empaquetamiento atómico, en tanto que la dirección de deslizamiento es siempre la dirección más compacta en el plano de deslizamiento. En un cristal hcp o fcc, los planos más densos se pueden representar por una serie de esferas uniformes colocadas de la manera más compacta (véase figura 7.39), en los cuales son evidentes las direcciones más compactas.

Figura 7.39 Planos más compactos en las estructuras cúbica de cara centrada (fcc) y hexagonal compacta (hcp)

Recuérdese que la diferencia en simetría entre las dos estructuras surge del orden en el cual se apilan estos planos compactos. La estructura hcp se genera cuando las capas se acomodan en el orden ABABABAB... de modo que la tercera capa está exactamente en la misma posición relativa que la primera. La estructura cúbica de cara centrada se forma cuando las capas se apilan en orden ABCABCABC..., con el cuarto plano situado exactamente en la misma posición relativa que el primero (véase figura 7.40).

Figura 7.40 Diferencia en la secuencia de apilamiento de las estructuras hcp y fcc

La tabla 7.3 es una lista de los planos de deslizamiento que se han detectado en algunos metales comunes. En la estructura hcp (véase figura 7.41), el plano basal (0001) es el más compacto y es el plano de deslizamiento más común en metales hexagonales como Zn, Cd y Mg. La figura 7.41a ilustra las tres direcciones más compactas ˂ ˃ en el plano basal, pero por claridad los átomos no se dibujan tocándose entre sí.

Tabla 7.3 Datos de deslizamiento para algunos cristales metálicos a temperatura ambiente

Figura 7.41 Sistemas de deslizamiento típicos en: a. hcp; b. fcc; c., d. y e. bcc.

Los cristales cúbicos centrados en la cara se deforman sobre todo en los planos compactos octaedrales {111} en las direcciones compactas <110>, de las cuales hay tres en cada plano {111} (véase figura 7.41b). Como hay cuatro planos {111} con diferente orientación, hay por consiguiente doce posibles sistemas de deslizamiento que pueden tomar parte en la deformación. Todos los metales fcc comunes se comportan de esta manera y por eso son los más dúctiles y maleables.

Es raro encontrar planos de deslizamiento diferentes a los octaedrales. Más aún, este comportamiento persiste en las soluciones sólidas de estructura fcc.

Los metales bcc presentan un cuadro más complicado, pero en general se deslizan en la dirección más compacta <111>. Sin embargo, el plano de deslizamiento varía mucho. La experimentación con Fe-α ha mostrado que aunque el plano {110} es el más común, los planos {112} y {123} también son activos. Todos tienen las direcciones <111>, como se ve en las figuras 7.41c a 7.41e.

Ciertos metales exhiben sistemas de deslizamiento adicionales al aumentar la temperatura. El Al se deforma sobre el plano {110} a temperatura elevada, y en el Mg, el plano piramidal cumple un papel importante en la deformación por deslizamiento a más de 225 °C. En todos los casos, la dirección de deslizamiento es la misma.

7.6.2. Deformación por movimiento de dislocaciones

Según la discusión precedente, la deformación plástica ocurre por deslizamiento de bloques de cristal respecto a otros sobre planos de deslizamiento, como se esquematiza en la figura 7.42. Sin embargo, y tal como se determinó en la sección 7.1, el esfuerzo teórico necesario para mover un bloque rompiendo los enlaces simultáneamente es muy elevado, y de allí surgió el concepto de dislocación.