Dislocaciones y sus propiedades

Dislocacin de tornillo: La dislocacin de tornillo se puede ilustrar haciendo un corte parcial a travs de un cristal perfecto, torcindolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un tomo. Dislocaciones de borde: Una dislocacin de borde se puede ilustrar haciendo un corte parcial a travs de un cristal perfecto, separndolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de tomos adicional. El borde inferior de este plano adicional representa la dislocacin de borde. Dislocaciones mixtas: Las dislocaciones mixtas tienen componentes tanto de borde como de tornillo, con una regin de transicin entre ambas. El vector de Burgers, sin embargo, se conserva igual para todas las porciones de la dislocacin mixta.

Propiedades de las dislocacionesVector de BurgersEl vector de Burgers se define como el vector necesario para a cerrar un circuito inicialmente cerrado en el cristal perfecto y que se encuentra abierto cuando entrelaza la lnea de dislocacin. Este vector no es cualquier en un cristal sino representa una translacin de la red. Por ejemplo en el aluminio cbico centradas caras, el vector de Burgers tradicionalmente encontrado son b= a/2 [110], de norma |b|= 0.29 nm. En trminos ms matemticos, se trata de la integral del desplazamiento sobre un circuito cerrado que entrelaza la lnea de dislocacin u: b= int duFsicamente, el vector de Burgers representa la amplitud de la deformacin transportada por una dislocacin. Como las dislocaciones son objetos flexibles, dos dislocaciones pueden obrar recprocamente para formar una tercera dislocacin si y solamente si la cantidad de deformacin se conserva: se habla de unin atractiva. Por tanto, a un nudo entre varias dislocaciones, la suma de los vectores de Burgers es nula (similar de la ley de Kirchhoff).Campo de tensin elsticaComo una dislocacin aislada es una singularidad elstica, desarrolla un campo de tensin de larga distancia, de la misma forma que se rodea un electrn con un campo electromagntico de alcance infinito. En el caso de una dislocacin tornillo, est de la forma: sigma m movida B/2 pi r (se trata realmente de un tensor cuyos nicos componentes no nulos corresponden a cizallamientos puros en los planes radiales paralelos a u y en los planes horizontales perpendiculares a un rayo en torno a la dislocacin)Se ve que es proporcional al vector de Burgers (lo que es similar a cargo elctrico), al mdulo de cizallamiento (similar a la permitividad elctrica del medio), y contrariamente proporcional a la distancia. As pues, una dislocacin puede verse como un quantum de deformacin elemental.Interaccin con una dificultad exteriorComo las dislocaciones poseen un campo elstico, pueden obrar recprocamente con un campo exterior.Interaccin con otra dislocacinInteraccin con la redLa estructura cristalina que es peridico, hay posiciones donde la dislocacin tiene una energa elstica ms importante que otros. El desplazamiento de la dislocacin requiere de super estas barreras energticas; se tiene pues un fenmeno similar a friccin. Esta fuerza de friccin inducida se llama fuerza de Peierls-Nabarro.De hecho, cuando un metal sufre una deformacin plstica, se recalienta.

Interaccin con defectos especficosLas dislocaciones atraen los tomos que no forman parte de la red (tomos extranjeros: impurezas o elementos de aleacin). Si estos tomos extranjeros son mviles, emigran hacia las dislocaciones y constituyen una nube de Cottrell. Esta nube de Cottrell obstruye el movimiento de las dislocaciones, esto explica que los metales puros se ms deben que los metales combinados.Cuando la fuerza de deformacin (el dificultad) es suficiente para arrancar la dislocacin a su nube, la movilidad aumenta repentinamente; esto explica el revs observado a veces sobre las curvas de traccin (vase el artculo Prueba mecnica).Si los tomos son mviles (temperatura suficiente para permitir la difusin) y que la dislocacin no se mueve demasiado deprisa (velocidad de deformacin moderada), los tomos pueden incorporarse a la dislocacin y fijarlo de nuevo. Se constatan pues oscilaciones sobre la curva de traccin, es el fenmeno de Portevin-Lechatelier.Cuando la dislocacin se fija mucho sobre tomos inmviles, solamente la parte central va a moverse, va pues a curvarse. Si se curva hasta que sus ramas se afecten, se forma una dislocacin circular que va a moverse libremente. Se tiene as un fenmeno de multiplicacin de las dislocaciones, el mecanismo de Frank y Read, que explica elmartilleo.Dislocacin y policristalDependencia del lmite elstico con el tamao de cristalita.Interaccin con precipitadosDos casos diferentes pueden producirse cuando una dislocacin encuentra un precipitado e intenta pues esquilarlo para para pasar a-a travs:El precipitado es suficientemente pequeo para poder ser esquilado por la dislocacin. Sin embargo, el precipitado va a ejercer una fuerza de recordatorio sobre la dislocacin que intenta esquilarlo desplazndose y esta fuerza ser tanto ms mayor cuanto que el precipitado es grande. Esta fuerza se debe, en particular, al campo de tensiones que rodea el precipitado a causa de su no homognit con la matriz. Por lo tanto, la dislocacin tendr cada vez ms mal a progresar y se deformar cada vez ms. A lo sumo difcilmente la dislocacin pasar a travs del precipitado, a lo sumo duro ser el material en cuestin puesto que es precisamente la dificultad de movimiento de las dislocaciones en un material que es responsable de su dureza. El precipitado es demasiado grande que para que la dislocacin pueda esquilarlo. En ese caso, la dislocacin va a volverse a cerrar cada vez ms sobre s mismo intentando esquilar y pasar el precipitado hasta volverse a cerrar completamente, formando as una nueva lnea de dislocacin delante del precipitado dejando al mismo tiempo una pequea dislocacin en torno al precipitado: es lo que solemos llamar el mecanismo de Orowan y es uno de los mecanismos de multiplicacin de las dislocaciones. En este caso, la dureza de la muestra va a disminuir con el tamao del precipitado. En resumen, se puede decir que la dureza del material va en primer lugar a aumentar con el tamao precipitados luego disminuir, pasando por un mximo, un pico de dureza correspondiendo a un estado del material dicho estado T6. En general, se favorecern las muestras implicando precipitados ligeramente ms grandes que el que se encontrara en estado T6 para evitar todo mecanismo de cizallamiento, lo que tendra como efecto reducir el tamao de los precipitados, y en consecuencia de reducir la dureza del material.En el caso o la muestra contiene a varias familias de precipitados de tamaos diferentes, dos por ejemplo, la dureza del material depender del tamao relativo y la posicin de los picos de dureza que correspondern a cada familia de precipitados:Si uno de los dos picos es ms pequeo claramente que otro (i.e: una de las dos curvas de dureza es siempre inferior al otro), la dureza del material ser la que es dada por la curva ms alta.Si por el contrario los dos picos son de altura vecina pero corresponden a distintos dimetros de precipitados, la dureza seguir el sobre de las dos curvas de dureza, es decir tomar el mximo de los dos valores dados por las curvas para cada dimetro de precipitados. Se tendr entonces una curva global de dureza dividida en 4 fases: un creciente (mecanismo de cizallamiento) hasta el primer pico, luego decreciente (mecanismo de Orowan) hasta la interseccin de las dos curvas; de nuevo creciente hasta el segundo pico y por fin una segunda vez decreciente.Lnea de dislocacin: lnea que va a lo largo de aquel borde de plano extra de tomos que termina dentro del cristalPlano de deslizamiento: plano definido por la lnea de dislocacin y el vector de deslizamiento. Si la dislocacin se mueve en la direccin del vector de deslizamiento, se dice que se mueve propiamente por deslizamiento y la lnea de dislocacin se mueve a lo largo del plano de deslizamiento.Smbolo: las dislocaciones de borde se simbolizan con un signo de perpendicular, . Cuando el signo apunta hacia arriba, el plano extra de tomos est sobre el plano de deslizamiento y la dislocacin se le llama positiva. Cuando el signo apunta hacia abajo, , el plano extra de tomos est bajo el plano de deslizamiento y la dislocacin es negativa.