una dislocación es un defecto cristalográfico lineal o irregularidad dentro de una estructura cristalina que contiene un cambio abrupto en la disposición de los átomos. El orden cristalino se restaura a ambos lados de una dislocación, pero los átomos de un lado se han movido o resbalado. Las dislocaciones definen el límite entre las regiones deslizadas y no deslizadas del material y no pueden terminar dentro de una red y deben extenderse a un borde libre o formar un bucle dentro del cristal., Una dislocación se puede caracterizar por la distancia y la dirección del movimiento que causa a los átomos en la red que se llama el vector Burgers. El vector Burgers de una dislocación permanece constante a pesar de que la forma de la dislocación puede cambiar.
existe una variedad de tipos de dislocaciones, con dislocaciones móviles conocidas como glisiles y dislocaciones inmóviles llamadas sésiles. El movimiento de las dislocaciones móviles permite que los átomos se deslicen entre sí a niveles bajos de estrés y se conoce como deslizamiento o deslizamiento., El movimiento de las dislocaciones puede ser mejorado u obstaculizado por la presencia de otros elementos dentro del cristal y con el tiempo, estos elementos pueden difundirse a la dislocación formando una atmósfera de Cottrell. La fijación y ruptura de estos elementos explica algunos de los comportamientos de rendimiento inusuales vistos con los aceros. La interacción del hidrógeno con las dislocaciones es uno de los mecanismos propuestos para explicar la fragilización por hidrógeno.,
las dislocaciones se comportan como si fueran una entidad distinta dentro de un material cristalino donde algunos tipos de dislocaciones pueden moverse a través del material doblándose, flexionándose y cambiando de forma e interactuando con otras dislocaciones y características dentro del cristal. Las dislocaciones se generan al deformar un material cristalino como los metales, lo que puede hacer que se inicien desde las superficies, particularmente en concentraciones de tensión o dentro del material en defectos y límites de grano., El número y la disposición de dislocaciones dan lugar a muchas de las propiedades de los metales tales como ductilidad, dureza y fuerza de producción. El tratamiento térmico, el contenido de aleación y el trabajo en frío pueden cambiar el número y la disposición de la población de dislocación y cómo se mueven e interactúan para crear propiedades útiles.
Simulación de dislocaciones en aluminio. Solo se muestran átomos no cristalinos.,
generando dislocacioneseditar
Cuando los metales son sometidos a trabajo en frío (deformación a temperaturas que son relativamente bajas en comparación con la temperatura de fusión absoluta del material, t m {\displaystyle T_{m}} es decir, típicamente menos de 0.4 T m {\displaystyle 0.4t_{m}} ) la densidad de dislocación aumenta debido a la formación de nuevas dislocaciones. El consiguiente solapamiento creciente entre los campos de deformación de las dislocaciones adyacentes aumenta gradualmente la resistencia al movimiento de dislocación adicional. Esto causa un endurecimiento del metal a medida que progresa la deformación., Este efecto se conoce como endurecimiento por deformación o endurecimiento por trabajo.
La densidad de dislocación ρ {\displaystyle \ rho} en un material puede ser aumentada por deformación plástica por la siguiente relación:
τ ρ ρ {\displaystyle \tau \propto {\sqrt {\Rho }}} .
dado que la densidad de dislocación aumenta con la deformación plástica, se debe activar un mecanismo para la creación de dislocaciones en el material., Tres mecanismos para la formación de dislocación son la nucleación homogénea, la iniciación del límite de grano y las interfaces entre la red y la superficie, precipitados, fases dispersas o fibras de refuerzo.
nucleación Homogeneaeditar
la creación de una dislocación por nucleación homogénea es el resultado de la ruptura de los enlaces atómicos a lo largo de una línea en la red. Un plano en el enrejado es esquilado, lo que resulta en 2 medios planos opuestos o dislocaciones. Estas dislocaciones se alejan unas de otras a través de la red., Dado que la nucleación homogénea forma dislocaciones de cristales perfectos y requiere la ruptura simultánea de muchos enlaces, la energía requerida para la nucleación homogénea es alta. Por ejemplo, la tensión requerida para la nucleación homogénea en el cobre ha demostrado ser τ hom G = 7.4 × 10 − 2 {\displaystyle {\frac {\tau _{\text{hom}}}{G}}=7.4\times 10^{-2}} , donde G {\displaystyle G} es el módulo de corte del cobre (46 GPa). Resolviendo Para τ hom {\displaystyle \ tau _{\text {hom}}\,\!} , vemos que la tensión es de 3.4 GPa, que está muy cerca de la fuerza teórica del cristal., Por lo tanto, en la deformación convencional la nucleación homogénea requiere una tensión concentrada, y es muy poco probable. La iniciación del límite de grano y la interacción de la interfaz son fuentes más comunes de dislocaciones.
Las irregularidades en los límites del grano en los materiales pueden producir dislocaciones que se propagan en el grano. Los escalones y repisas en el límite del grano son una fuente importante de dislocaciones en las primeras etapas de la deformación plástica.,
fuente de lectura Frankeditar
La Fuente de lectura Frank es un mecanismo que es capaz de producir un flujo de dislocaciones de un segmento fijado de una dislocación. La tensión inclina el segmento de dislocación, expandiéndose hasta que crea un bucle de dislocación que se libera de la fuente.
Surfaceseditar
la superficie de un cristal puede producir dislocaciones en el cristal. Debido a los pequeños pasos en la superficie de la mayoría de los cristales, el estrés en algunas regiones de la superficie es mucho mayor que el estrés promedio en la red. Este estrés conduce a dislocaciones., Las dislocaciones se propagan en el entramado de la misma manera que en la iniciación del límite de grano. En los monocristales, la mayoría de las dislocaciones se forman en la superficie. Se ha demostrado que la densidad de dislocación de 200 micrómetros en la superficie de un material es seis veces mayor que la densidad en el volumen. Sin embargo, en los materiales policristalinos las fuentes superficiales no tienen un efecto importante porque la mayoría de los granos no están en contacto con la superficie.
Interfaceseditar
la interfaz entre un metal y un óxido puede aumentar en gran medida el número de dislocaciones creadas., La capa de óxido pone la superficie del metal en tensión porque los átomos de oxígeno se aprietan en la red, y los átomos de oxígeno están bajo compresión. Esto aumenta en gran medida la tensión en la superficie del metal y, en consecuencia, la cantidad de dislocaciones formadas en la superficie. La mayor cantidad de esfuerzo en los pasos de la superficie resulta en un aumento de las dislocaciones formadas y emitidas desde la interfaz.
las dislocaciones también pueden formarse y permanecer en el plano de interfaz entre dos cristales., Esto ocurre cuando el espaciado de celosía de los dos cristales no coincide, lo que resulta en un desajuste de las celosías en la interfaz. El estrés causado por el inadaptado de la red se libera formando dislocaciones inadaptadas regularmente espaciadas. Las dislocaciones inadaptadas son dislocaciones de borde con la línea de dislocación en el plano de interfaz y el vector Burgers en la dirección de la interfaz normal. Las Interfaces con dislocaciones inadaptadas pueden formarse, por ejemplo, como resultado del crecimiento de cristales epitaxiales en un sustrato.
Irradiacióneditar
se pueden formar bucles de dislocación en el daño creado por la irradiación energética., Un bucle de dislocación prismática puede entenderse como un disco colapsado extra (o faltante) de átomos, y puede formarse cuando los átomos intersticiales o las vacantes se agrupan juntos. Esto puede suceder directamente como resultado de Cascadas de colisión única o múltiple, lo que resulta en densidades localmente altas de átomos intersticiales y vacantes. En la mayoría de los metales, los bucles prismáticos de dislocación son los grupos energéticamente más preferidos de átomos auto-intersticiales.,
la Interacción y arrangementEdit
Geométricamente necesario dislocationsEdit
Geométricamente necesario dislocaciones son arreglos de dislocaciones que puede acomodar a un grado limitado de plástico de flexión en un material cristalino.Los enredos de dislocaciones se encuentran en la etapa temprana de la deformación y aparecen como límites no bien definidos; el proceso de recuperación dinámica conduce eventualmente a la formación de una estructura celular que contiene límites con una mala orientación inferior a 15° (límites de grano de ángulo bajo).,
PinningEdit
agregar puntos de fijación que inhiben el movimiento de las dislocaciones, como los elementos de aleación, puede introducir campos de tensión que en última instancia fortalecen el material al requerir una mayor tensión aplicada para superar la tensión de fijación y continuar el movimiento de dislocación.
los efectos del endurecimiento por deformación por acumulación de dislocaciones y la estructura del grano formada a alta tensión se pueden eliminar mediante un tratamiento térmico adecuado (recocido) que promueve la recuperación y posterior recristalización del material.,
Las técnicas de procesamiento combinadas de endurecimiento y recocido permiten el control sobre la densidad de dislocación, el grado de enredo de dislocación y, en última instancia, la fuerza de producción del material.
bandas de deslizamiento Persistenteseditar
el ciclismo repetido de un material puede conducir a la generación y agrupamiento de dislocaciones rodeadas de regiones que están relativamente libres de dislocaciones. Este patrón forma una estructura similar a una escalera conocida como banda de deslizamiento persistente (PSB)., Los PSB se llaman así, porque dejan marcas en la superficie de los metales que incluso cuando se eliminan mediante pulido, regresan al mismo lugar con un ciclo continuo.
Las paredes de PSB se componen predominantemente de dislocaciones de bordes. Entre las paredes, la plasticidad se transmite por dislocaciones de tornillo.
donde los PSB se encuentran con la superficie, se forman extrusiones e intrusiones, que bajo una carga cíclica repetida, pueden conducir al inicio de una grieta por fatiga.,
MovementEdit
GlideEdit
las dislocaciones pueden deslizarse en planos que contienen tanto la línea de dislocación como el vector Burgers, el llamado plano de deslizamiento. Para una dislocación de tornillo, la línea de dislocación y el vector Burgers son paralelos, por lo que la dislocación puede deslizarse en cualquier plano que contenga la dislocación. Para una dislocación de borde, la dislocación y el vector Burgers son perpendiculares, por lo que hay un plano en el que la dislocación puede deslizarse.,
ClimbEdit
Dislocation climb es un mecanismo alternativo de movimiento de dislocación que permite que una dislocación de borde se mueva fuera de su plano de deslizamiento. La fuerza impulsora de la subida de dislocación es el movimiento de las vacantes a través de una celosía de cristal. Si una vacante se mueve junto al límite del medio plano adicional de átomos que forma una dislocación de borde, el átomo en el medio plano más cercano a la vacante puede saltar y llenar la vacante. Este desplazamiento del átomo mueve la vacante en línea con el medio plano de los átomos, causando un desplazamiento, o ascenso positivo, de la dislocación., El proceso de una vacante absorbida en el límite de un medio plano de átomos, en lugar de creado, se conoce como ascenso negativo. Dado que el ascenso por dislocación resulta de átomos individuales saltando a vacantes, el ascenso ocurre en incrementos de diámetro de un solo átomo.
durante el ascenso positivo, el cristal se contrae en la dirección perpendicular al medio plano adicional de los átomos porque los átomos se eliminan del medio plano. Dado que el ascenso negativo implica una adición de átomos al medio plano, el cristal crece en la dirección perpendicular al medio plano., Por lo tanto, la tensión de compresión en la dirección perpendicular al medio plano promueve la subida positiva, mientras que la tensión de tracción promueve la subida negativa. Esta es una diferencia principal entre deslizamiento y ascenso, ya que el deslizamiento es causado solo por el esfuerzo cortante.
una diferencia adicional entre el deslizamiento de la dislocación y la subida es la dependencia de la temperatura. El ascenso ocurre mucho más rápidamente a altas temperaturas que a bajas temperaturas debido a un aumento en el movimiento de vacantes. Slip, por otro lado, solo tiene una pequeña dependencia de la temperatura.,
avalanchas de Dislocacióneditar
las avalanchas de dislocación ocurren cuando se producen múltiples movimientos simultáneos de dislocaciones.
velocidad de Dislocacióneditar
La velocidad de dislocación depende en gran medida del esfuerzo cortante y la temperatura, y a menudo se puede ajustar utilizando una función de ley de potencia:
v = A τ m {\displaystyle V=a\tau ^{m}}
donde A {\displaystyle A} es una constante material, τ {\displaystyle \tau } es la tensión cortante aplicada, m {\displaystyle M} es una constante que disminuye con el aumento de la temperatura., El aumento del esfuerzo cortante aumentará la velocidad de dislocación, mientras que el aumento de la temperatura típicamente disminuirá la velocidad de dislocación. La mayor dispersión de fonones a temperaturas más altas se supone que es responsable del aumento de las fuerzas de amortiguación que ralentizan el movimiento de dislocación.
