En la ciencia de los materiales , el deslizamiento es el gran desplazamiento de una parte de un cristal en relación con otra parte a lo largo de planos y direcciones cristalográficos . [1] El deslizamiento se produce por el paso de dislocaciones en planos cerrados/empaquetados, que son planos que contienen el mayor número de átomos por área y en direcciones compactas (la mayoría de los átomos por longitud). Los planos compactos se conocen como planos de deslizamiento o deslizamiento . Un sistema de deslizamiento describe el conjunto de planos de deslizamiento simétricamente idénticos y la familia asociada de direcciones de deslizamiento para las cuales el movimiento de dislocación puede ocurrir fácilmente y conducir a una deformación plástica . La magnitud y la dirección del deslizamiento están representadas por el vector de Burgers , b .
Una fuerza externa hace que partes de la red cristalina se deslicen unas sobre otras, modificando la geometría del material. Para que se produzca un deslizamiento, se requiere una tensión de corte crítica resuelta . [2]
El deslizamiento en cristales cúbicos centrados en las caras (fcc) se produce a lo largo del plano compacto . Específicamente, el plano de deslizamiento es de tipo {111} y la dirección es de tipo < 1 10>. En el diagrama de la derecha, el plano específico y la dirección son (111) y [ 1 10], respectivamente.
Dadas las permutaciones de los tipos de planos de deslizamiento y tipos de dirección, los cristales fcc tienen 12 sistemas de deslizamiento. [3] En la red fcc, la norma del vector de Burgers, b, se puede calcular utilizando la siguiente ecuación: [4]
Donde a es la constante reticular de la celda unitaria.
El deslizamiento en cristales cúbicos centrados en el cuerpo (bcc) también ocurre a lo largo del plano del vector de Burgers más corto ; sin embargo, a diferencia de fcc, no hay planos verdaderamente compactos en la estructura cristalina bcc. Por lo tanto, un sistema de deslizamiento en bcc requiere calor para activarse.
Algunos materiales bcc (por ejemplo, α-Fe) pueden contener hasta 48 sistemas de deslizamiento. Hay seis planos de deslizamiento de tipo {110}, cada uno con dos direcciones <111> (12 sistemas). Hay 24 planos {123} y 12 planos {112}, cada uno con una dirección <111> (36 sistemas, para un total de 48). Aunque el número de posibles sistemas de deslizamiento es mucho mayor en los cristales bcc que en los cristales fcc, la ductilidad no es necesariamente mayor debido al aumento de las tensiones de fricción reticular . [3] Si bien los planos {123} y {112} no son exactamente idénticos en energía de activación a {110}, son tan cercanos en energía que, a todos los efectos, pueden considerarse idénticos. En el diagrama de la derecha, el plano de deslizamiento específico y la dirección son (110) y [ 1 11], respectivamente. [4]
El deslizamiento en los metales de empaquetamiento compacto hexagonal (hcp) es mucho más limitado que en las estructuras cristalinas bcc y fcc. Por lo general, las estructuras cristalinas hcp permiten el deslizamiento en los planos basales densamente empaquetados {0001} a lo largo de las direcciones <11 2 0>. La activación de otros planos de deslizamiento depende de varios parámetros, por ejemplo, la relación c/a. Dado que solo hay 2 sistemas de deslizamiento independientes en los planos basales, para una deformación plástica arbitraria se necesita activar sistemas de deslizamiento o gemelos adicionales. Esto generalmente requiere una tensión de corte resuelta mucho más alta y puede dar como resultado el comportamiento frágil de algunos policristales hcp. Sin embargo, otros materiales hcp como el titanio puro muestran grandes cantidades de ductilidad. [6]
El cadmio , el zinc , el magnesio , el titanio y el berilio tienen un plano de deslizamiento en {0001} y una dirección de deslizamiento de <11 2 0>. Esto crea un total de tres sistemas de deslizamiento, según la orientación. También son posibles otras combinaciones. [7]
Existen dos tipos de dislocaciones en los cristales que pueden inducir deslizamiento: dislocaciones de borde y dislocaciones de tornillo. Las dislocaciones de borde tienen la dirección del vector de Burgers perpendicular a la línea de dislocación, mientras que las dislocaciones de tornillo tienen la dirección del vector de Burgers paralela a la línea de dislocación. El tipo de dislocaciones generadas depende en gran medida de la dirección de la tensión aplicada, la temperatura y otros factores. Las dislocaciones de tornillo pueden sufrir fácilmente un deslizamiento cruzado de un plano a otro si el otro plano de deslizamiento contiene la dirección del vector de Burgers. [2]
La formación de bandas de deslizamiento indica un deslizamiento unidireccional concentrado en ciertos planos que provoca una concentración de tensiones. Normalmente, las bandas de deslizamiento inducen escalones superficiales (es decir, rugosidad debido a bandas de deslizamiento persistentes durante la fatiga ) y una concentración de tensiones que puede ser un sitio de nucleación de grietas. Las bandas de deslizamiento se extienden hasta que chocan con un límite, y la tensión generada por la acumulación de dislocaciones contra ese límite detendrá o transmitirá el deslizamiento operativo. [9] [10]
La formación de bandas de deslizamiento en condiciones cíclicas se aborda como bandas de deslizamiento persistentes (PSB), donde la formación en condiciones monótonas se aborda como matrices planares de dislocación (o simplemente bandas de deslizamiento). [11] Las bandas de deslizamiento se pueden ver simplemente como deslizamiento de límites debido al deslizamiento de dislocación que carece de (la complejidad de) la alta localización de deformación plástica de las PSB manifestada por una extrusión en forma de lengüeta y cinta. Y, donde las PSB normalmente se estudian con el vector de Burger (efectivo) alineado con el plano de extrusión porque las PSB se extienden a través del grano y se exacerban durante la fatiga; [12] la banda de deslizamiento monótona tiene un vector de Burger para la propagación y otro para las extrusiones planas, ambas controladas por las condiciones en la punta.
Los principales métodos para identificar el sistema de deslizamiento activo implican el análisis de trazas de deslizamiento de cristales individuales [13] [14] o policristales , [15] [8] utilizando técnicas de difracción como la difracción de neutrones [16] y el análisis de deformación elástica por difracción de retrodispersión de electrones de alta resolución angular [17] o la obtención de imágenes de dislocaciones por difracción mediante microscopía electrónica de transmisión . [18]
En el análisis de trazas de deslizamiento, solo se mide el plano de deslizamiento y se infiere la dirección del deslizamiento. En el circonio, por ejemplo, esto permite la identificación de la actividad de deslizamiento en un plano basal, prismático o piramidal de primer o segundo orden. En el caso de una traza de plano piramidal de primer orden, el deslizamiento podría estar en direcciones ⟨𝑎⟩ o ⟨𝑐 + 𝑎⟩; el análisis de trazas de deslizamiento no puede discriminar entre estas. [5]
Los estudios basados en difracción miden el contenido de dislocaciones residuales en lugar de las dislocaciones deslizadas, lo que solo es una buena aproximación para sistemas que acumulan redes de dislocaciones geométricamente necesarias , como los policristales cúbicos centrados en las caras . [19] En cristales de baja simetría como el circonio hexagonal , podría haber regiones del deslizamiento predominantemente único donde las dislocaciones geométricamente necesarias pueden no acumularse necesariamente. [20] El contenido de dislocaciones residuales no distingue entre dislocaciones deslizantes y sésiles. Las dislocaciones deslizantes contribuyen al deslizamiento y al endurecimiento , pero las dislocaciones sésiles contribuyen solo al endurecimiento latente. [5]
Los métodos de difracción generalmente no pueden resolver el plano de deslizamiento de una dislocación residual. Por ejemplo, en Zr, los componentes de tornillo de las dislocaciones ⟨𝑎⟩ podrían deslizarse en planos prismáticos, basales o piramidales de primer orden. De manera similar, las dislocaciones de tornillo ⟨𝑐 + 𝑎⟩ podrían deslizarse en planos piramidales de primer o segundo orden. [5]
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