En física , mecánica e ingeniería , una banda de corte adiabática es uno de los muchos mecanismos de falla que ocurren en metales y otros materiales que se deforman a una alta velocidad en procesos como el conformado de metales, el mecanizado y el impacto balístico . [1] Las bandas de corte adiabáticas suelen ser bandas muy estrechas, típicamente de 5 a 500 μm de ancho y que consisten en material altamente cizallado. Adiabático es un término termodinámico que significa ausencia de transferencia de calor : el calor producido se retiene en la zona donde se crea. (El extremo opuesto, donde todo el calor que se produce se conduce, es isotérmico ).
Es necesario incluir algunos conceptos básicos de deformación plástica para comprender la relación entre el calor producido y el trabajo plástico realizado. Si realizamos una prueba de compresión en una muestra cilíndrica hasta, digamos, el 50% de su altura original, la tensión del material de trabajo aumentará normalmente de forma significativa con la reducción. Esto se denomina "endurecimiento por deformación". Durante el endurecimiento por deformación, se producen la microestructura, la distorsión de la estructura del grano y la generación y deslizamiento de dislocaciones . El resto del trabajo plástico realizado, que puede llegar a ser hasta el 90% del total, se disipa en forma de calor.
Si la deformación plástica se lleva a cabo en condiciones dinámicas , como en el caso de la forja con estampación, la deformación plástica se localiza más a medida que aumenta la velocidad del martillo de forja . Esto también significa que el material deformado se calienta más cuanto mayor es la velocidad del martillo de forja. Ahora bien, a medida que los metales se calientan, su resistencia a una mayor deformación plástica disminuye. A partir de este punto, podemos ver que existe una especie de efecto cascada: a medida que el metal absorbe más deformación plástica, se produce más calor, lo que facilita que el metal se deforme aún más. Este es un efecto catastrófico que conduce casi inevitablemente al fracaso.
El primero en llevar a cabo un programa experimental para investigar el calor producido como resultado de la deformación plástica fue Henri Tresca en junio de 1878 [2]. Tresca forjó una barra de platino (así como de muchos otros metales); en el momento de la forja, el metal se había enfriado justo por debajo del punto de incandescencia roja. El golpe posterior del martillo de vapor, que dejó una depresión en la barra y la alargó, también la recalentó en la dirección de dos líneas en forma de letra X. Este recalentamiento fue tan grande que el metal a lo largo de estas líneas se restableció por completo durante algunos segundos al punto de incandescencia roja. Tresca llevó a cabo muchos experimentos de forja en diferentes metales. Tresca calculó la cantidad de trabajo plástico convertido en calor a partir de un gran número de experimentos, y siempre estuvo por encima del 70%.
Las aleaciones pesadas de tungsteno (WHAs) poseen alta densidad, resistencia y tenacidad, lo que las convierte en buenas candidatas para aplicaciones de penetración de energía cinética . En comparación con el uranio empobrecido , otro material que se utiliza a menudo para penetradores cinéticos, las WHAs exhiben una formación de banda de corte adiabática mucho menor. [3] Durante el impacto balístico, la formación de bandas de corte produce un efecto de "autoafilado", que ayuda a la penetración al minimizar el área de superficie en el borde delantero del proyectil. [4] Por lo tanto, el ancho promedio de la banda de corte también debe minimizarse para mejorar el rendimiento.
Se ha propuesto que la formación de bandas de corte adiabáticas en WHAs podría ser promovida por la presencia de concentraciones de tensión. [5] Cuando se probaron diferentes geometrías de muestra, las muestras cilíndricas sin concentraciones de tensión geométricas fueron las menos propensas a la formación de bandas de corte. Las bandas de corte tienden a formarse en estos puntos de inicio y viajan a lo largo de las direcciones de mayor tensión de corte. Se han investigado varios métodos de procesamiento de WHA para aumentar la propensión a la formación de bandas de corte. [6] [7] [8] Se ha demostrado que el aprovechamiento de la extrusión hidrostática en caliente y/o la torsión en caliente alarga los granos de tungsteno en la microestructura. Cuando se somete a una deformación de alta tasa de deformación paralela a la dirección de la elongación del grano, las bandas de corte adiabáticas se forman fácilmente y se propagan a lo largo de la fase de matriz de Ni-Fe. La tensión de flujo de la matriz es mucho menor que la del tungsteno, por lo que la texturización de la microestructura proporciona un camino más fácil para la propagación de las bandas de corte.
En 2019, se fabricó un nuevo WHA, reemplazando la fase de matriz de Ni-Fe tradicional con una matriz de aleación de alta entropía . [9] Se descubrió que este sistema induce fácilmente la formación de bandas de corte adiabáticas. [10] La fase de matriz incluye nanoprecipitados que aumentan la dureza de la matriz . Se postula que estos precipitados se disuelven al aumentar la temperatura, lo que lleva al ablandamiento de la matriz a lo largo de la zona de corte, reduciendo así la barrera para la propagación de la banda de corte.