En ciencia de materiales , el deslizamiento es el gran desplazamiento de una parte de un cristal con respecto a otra parte a lo largo de planos y direcciones cristalográficas . [1] El deslizamiento se produce por el paso de dislocaciones en planos compactos/compactos, que son planos que contienen la mayor cantidad de átomos por área y en direcciones compactas (la mayoría de los átomos por longitud). Los aviones muy compactos se conocen como aviones de deslizamiento o planeo . 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 deformación plástica . La magnitud y dirección del deslizamiento están representadas por el vector de Burgers , b .
Una fuerza externa hace que partes de la red cristalina se deslicen entre sí, cambiando la geometría del material. Se requiere un esfuerzo cortante resuelto crítico para iniciar un deslizamiento. [2]
El deslizamiento de los cristales cúbicos centrados en la cara (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 y la dirección específicos son (111) y [ 1 10], respectivamente.
Dadas las permutaciones de los tipos de planos de deslizamiento y los tipos de direcciones, los cristales fcc tienen 12 sistemas de deslizamiento. [3] En la red fcc, la norma del vector de Burgers, b, se puede calcular usando la siguiente ecuación: [4]
Donde a es la constante de red 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 de 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 {123} y 12 {112} aviones 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 de la red . [3] Si bien los planos {123} y {112} no son exactamente idénticos en energía de activación a {110}, están tan cerca en energía que para todos los efectos pueden ser tratados como idénticos. En el diagrama de la derecha, el plano de deslizamiento y la dirección específicos son (110) y [ 1 11], respectivamente. [4]
El deslizamiento en metales hexagonales compactos (hcp) es mucho más limitado que en estructuras cristalinas bcc y fcc. Por lo general, las estructuras cristalinas de hcp permiten el deslizamiento en los planos basales {0001} densamente empaquetados 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 en los planos basales sólo hay 2 sistemas de deslizamiento independientes, en caso de deformación plástica arbitraria es necesario activar sistemas de deslizamiento adicionales o gemelos. Por lo general, esto requiere una tensión de corte resuelta mucho mayor y puede provocar el comportamiento frágil de algunos policristales de hcp. Sin embargo, otros materiales de 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>. De este modo se crean en total tres sistemas de deslizamiento, según la orientación. También son posibles otras combinaciones. [7]
Hay dos tipos de dislocaciones en los cristales que pueden inducir dislocaciones de borde deslizante 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 tornillos pueden cruzar fácilmente el deslizamiento 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 causa una concentración de tensiones. Normalmente, las bandas deslizantes inducen escalones superficiales (es decir, rugosidad debida a bandas deslizantes 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 son impactadas por 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), mientras que la formación en condiciones monótonas se aborda como conjuntos planos de dislocación (o simplemente bandas de deslizamiento). [11] Las bandas deslizantes pueden verse simplemente como un deslizamiento de límites debido a un deslizamiento de dislocación que carece (de la complejidad de) la localización de la alta deformación plástica de los PSB manifestada por una extrusión en forma de lengüeta y cinta. Y, donde los PSB normalmente se estudian con el vector de Burger (efectivo) alineado con el plano de extrusión porque los PSB se extienden a lo largo de la fibra y se exacerban durante la fatiga; [12] la banda deslizante monótona tiene un vector de Burger para la propagación y otro para las extrusiones planas, ambos controlados por las condiciones en la punta.
Los principales métodos para identificar el sistema de deslizamiento activo implican el análisis de trazas de deslizamiento de monocristales [13] [14] o policristales , [15] [8] utilizando técnicas de difracción como la difracción de neutrones [16] y la difracción elástica de retrodispersión de electrones de alta resolución angular. análisis de deformación, [17] o imágenes de difracción por microscopía electrónica de transmisión de dislocaciones . [18]
En el análisis de trazas de deslizamiento, sólo se mide el plano de deslizamiento y se infiere la dirección del deslizamiento. En el circonio, por ejemplo, esto permite identificar la actividad de deslizamiento en un plano basal, prismático o piramidal de primer/segundo orden. En el caso de una traza del plano piramidal de primer orden, el deslizamiento podría ocurrir en las direcciones 〈𝑎〉 o 〈𝑐 + 𝑎〉; El análisis de rastros de deslizamiento no puede discriminar entre estos. [5]
Los estudios basados en difracción miden el contenido de dislocaciones residuales en lugar de las dislocaciones deslizadas, lo que es sólo 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 no necesariamente se acumulan. [20] El contenido de dislocación residual no distingue entre dislocaciones glisiles y sésiles. Las dislocaciones glisiles contribuyen al deslizamiento y al endurecimiento , pero las dislocaciones sésiles contribuyen sólo 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 del tornillo de las dislocaciones 〈𝑎〉 podrían deslizarse en planos prismáticos, basales o piramidales de primer orden. De manera similar, las dislocaciones de tornillos 〈𝑐 + 𝑎〉 podrían deslizarse en planos piramidales de primer o segundo orden. [5]
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