defectos de los cristales pdf

a) Presentar
DEFECTOS CRISTALINOS
OBJETIVOS
Presentar los defectos cristalinos de los
materiales de ingenieria. ingenieria
Presentar los mecanismos de
deformación plástica y los mecanismos
de endurecimento.
b) Presentar

CONTENIDO DE LA CLASE
• Defectos unidimensionales.
• Impurezas.
• Soluciones sólidas.
• Defectos de linea.
• defectos bidimensionais.
• Análisis microscópico
• Deformación plástica.
• Mecanismos de endurecimento.
• Recristalización

DEFECTOS CRISTALINOS
• Defecto cristalino: imperfeción del reticulado cristalino
• Clasificación de los defectos cristalinos:
• Defectos de punto (asociados con una o dos posiciones
atómicas): vacancias y átomos intersticiales.
• Defectos de linea (defectos unidimensionales):
dislocaciones
• Defectos bidimensionales (límiotes entre dos regiones
con diferentes estructuras cristalinas o diferentes
orientaciones cristalográficas): contornos de grano,
interfaces, superficies libres, límites de macla, defectos
de apilado.
• Defectos volumétricos (defectos tridimensionales):
poros, grietas e inclusiones.

Defectos de línea
(vacancias y auto-intersticiales)
• vacancia: ausencia de un átomo en un punto del reticulado
cristalino.
• Pueden ser formadas durante la solidificación o como resultado
de vibraciones atómicas.
• Existe una concentración de equilíbrio de vacancias.
N
L
=
N
⎛
exp⎜−
⎝
QL
kT
Donde: N ≡ número total de posiciones atómicas
N L ≡ número de vacancias
Q L ≡ energia de ativación
k ≡ constante de Boltzmann
T ≡ temperatura absoluta
⎞
⎟
⎠

Defectos de línea
(vacancias y auto-intersticiales)
auto intersticiales)
• Auto-intersticial: es un átomo que ocupa un intersticio
de la estructura cristalina.
• Los auto-intersticiales causan una gran distorsión del
reticulado cristalino a su alrededor.
Representación de una vacancia y de un auto-intersticial

Impurezas
• Es imposible que exista un metal que contenga un sólo
tipo de átomo (metal puro).
• Las técnicas de refinado atualmente disponibles
permiten obtener metales con un grado de pureza en lo
máximo de 99,9999%.
Representación de átomos de impurezas
substitucionales e intersticiales

Arreglo de los átomos
alrededor de una
dislocación de cuña o de
línea
Defectos de línea
Dislocación en hélice o de
tornillo

Defectos de línea
• Una dislocación no puede terminar en el interior de un cristal.
• La línea de dislocación delimita las regiones cizallada y no
cizallada.
Línea de dislocación, plano de deslizamiento

Defectos de línea
• La magnitud y la dirección de la distorsión del reticulado
•
asociada a una dislocación puede ser expresada en terminos del
vector de Burgers, Burgers,
b.
El vector de Burgers puede ser determinado por medio del
circuito de Burgers.
Circuito de Burgers
Línea de dislocación, plano de
deslizamiento y vector de
Burgers

Deformación plástica
El mecanismo de deformación plástica es diferente para materiales
cristalinos que para materiales amorfos. En los materiales cristalinos
el principal mecanismo de deformación plástica consiste en el
deslizamiento de planos atómicos a través del movimiento de
dislocaciones, y en los materiales amorfos consiste en flujo viscoso.
Deformación plástica producida por el movimiento de una dislocación em cuña

Deformación plástica
Formación de una grada en la superficie de un metal por el movimiento de (a)
una dislocación em cuña y (b) una dislocación en hélice.
Analogía entre el movimiento de un gusano y de una dislocación.

Deformación plástica em monocristales y
policristales
Deslizamiento macroscópico en un
monocristal
Deslizamiento en un monocristal
de zinc
Alteración de la microestrutura de un metal policristalino como consecuencia de una
deformación plástica.

Movimientos alternativos de dislocaciones
• Ascenso.
Campo de tensones alrededor de una dislocación
Tensiones de compresión y de
tracción alrededor de una
dislocación em cunha
Interacción entre dislocaciones
em cuña en el mismo plano de
deslizamento

Defectos bidimensionales
• Interface: Límite entre dos fases diferentes.
• Límitess de grano: límite entre dos cristales sólidos de la misma
fase.
• Superficie externa: superficie entre el cristal y el medio que lo
rodea
• Límites de macla: tipo especial de límite de grano que separa
dos regiones con una simetria tipo ”espejo”.
• Fallas de apilado: ocorre en los materiales cuando hay una
interrupción en la secuencia de apilado, por ejemplo en la
secuencia ABCABCABC.... de los planos compactos de los cristais
CFC.

Defectos bidimensionais
(contornos de grano)
Cuando el desalineamiento entre los granos vecinos es
grande (mayor que ~15 o ), el límite formado es llamado
límite de grano de éngulo grande. Si el desalineamiento
es pequeño (en general, menor que 5 o ), el límite es
llamado límite de pequeño ángulo.
Límites de grano y de subgrano
ímite de ángulo pequeño
resultado del alineamiento de
dislocaciones em cuña

Defectos bidimensionales
(contornos de macla)
• Una macla es un tipo de defecto cristalino que puede ocurrir durante la
solidificación, deformación plástica, recristalización o crecimento de
grano.
• Tipos de macla: maclas de recocido y maclas de deformación.
• La maclación ocurre en un plano cristalográfico determinado según una
dirección cristalográfica específica. Tal conjunto plano/direción depende
del tipo de estructura cristalina.
Límite de macla Maclación mecánica en
metales CFC

DEFECTOS TRIDIMENSIONALES
Este tipo de defectos aparece debido a:
- Control inadecuado durante la solidificación de los metales
- Inadecuada realización de tratamientos térmicos
- Sobre esfuerzos aplicados a las piezas
- Mal diseño de piezas mecánicas
- Mala selección de materiales
Rechupes
Grietas
Poros

Observación microestrutural
• Observación estructural: macroestructura y microestrutura.
• Observación de la macroestructura: a ojo o con bajos aumentos (hasta
~10X).
• Observación de la microestructura: microscopía óptica y microscopia
electrónica.
Macroestrutura de un lingote de
plomo presentando los diferentes
granos.
Aumento: 0,7X

(a) y (b) formación del
contraste entre granos.
(c) Micrografía óptica de
un latón (Cu-Zn)
policristalino. Aumento:
60X.
Observación microestructural
(microscopía óptica y electrónica)
(a) y (b) formación de la
imagen de los límites de
grano.
(c) Micrografía óptica de
una aleación Fe-Cr.
Aumento: 100X.
Micrografia
electrónica de un
metal corroido