plasticidad. fluencia a alta temperatura

Transcripción

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al
G ru p o
E
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z
o
ad
de
at
M
er
i
UEx
M/Al2OTEMA
V:
3
PLASTICIDAD. FLUENCIA A
ALTA TEMPERATURA
Asignatura: PROPIEDADES MECÁNICAS
Á
II
Titulación: Ingeniero de Materiales
Tipo: Troncal
Curso: 4º
Cuatrimestre: 2º
Créditos: 4.5 (3T+1.5P)
F
Foro:
htt // t i l
http://materiales.unex.es/foro
/f
Página Web: http://materiales.unex.es/docencia/PMII.html
P d Miranda
Pedro
Mi
d González
G
ál
Profesor Contratado Doctor.
Departamento de Ingeniería Mecánica, Energética y de los Materiales.
Escuela de Ingenierías Industriales. Universidad de Extremadura.
Avda. de Elvas s/n. 06071 Badajoz. SPAIN.
[email protected]
es
al
G ru p o
E
ci
spe
a li
z
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ad
de
at
M
er
i
UEx
M/Al2OTEMA
V:
3
PLASTICIDAD. FLUENCIA A
ALTA TEMPERATURA
Esquema:
5.1 Introducción.
5.2 Características fundamentales de la fluencia a alta
temperatura.
5 3 Ensayos de deformación plástica a alta temperatura.
5.3
temperatura
5.4 Fluencia en monocristales: subida de dislocaciones.
5.5 Mecanismos de fluencia en policristales sin fase
intergranular.
5.6 Mecanismos de fluencia en policristales con fase
intergranular.
intergranular
5.7 Superplasticidad.
Tema V: Plasticidad. Fluencia a alta temperatura
5.1. Introducción.
TEMPERATURAS
BAJAS
Dislocaciones
Cambio
microestructural
irreversible
TEMPERATURAS
ALTAS
Cambio
microestructural
Restauración
de la microestructura
(Dif ió )
(Difusión)
Endurecimiento
MECANISMO DE
DEFORMACIÓN
ACOMODADO
    
    , t, T 
FLUENCIA
Metales:
T >0.3
>0 3-0
0.4
4 Tf > Tambb
Cerámicos: T >0.4-0.5 Tf >> Tamb
Polímeros: T ~Tg ~ Tamb
5.1. Introducción.
Metales:
T >0.3
>0 3-0
0.4
4 Tf > Tambb
Cerámicos: T >0.4-0.5 Tf >> Tamb
Polímeros: T ~Tg ~ Tamb
5.1. Introducción.
Velocid
dad de deform
mación (s-1)
5.2. Características fundamentales de la fluencia a alta temperatura.
T
Transitorio
i i
.
s
Terciario
Estacionario
D f
Deformación
ió (%)
5.2.1. Régimen primario o transitorio.
• La deformación aumenta con el tiempo de forma no lineal.
• La velocidad de deformación disminuye monótonamente con el tiempo.
• Las características del régimen primario dependen de la composición de los
materiales y de las condiciones a las que se deformen
5.2.2. Régimen secundario o estacionario.
• La deformación varía linealmente en el tiempo.
• La velocidad de deformación es constante.
  A(S )d  p n e

Q
RT
1ª Ley de Fick de la difusión:
Parámetros
de fluencia:
D  D0 e

Q
RT
p: Exponente de tamaño de grano
n: Exponente de tensión
Q: Energía de activación
Flujo Newtoniano:     Ae
Q
RT

5.2.3. Régimen terciario o acelerado.
• Aumento de la velocidad de deformación
• Mecanismo de deformación no acomodado
• Deterioro estructural
Formación
de cavidades
Disminuye
la sección
ROTURA
Aumenta
A
t
la fluencia
Aumenta
A
t
la tensión
5.3. Ensayos de deformación plástica a alta temperatura.
Ensayos
Ensa
os de
Fluencia
• Ensayos uniaxiales.
• Se usan pesos muertos para garantizar una carga constante.
• Es preciso utilizar extensometría.
VELOCIDAD DE DEFORMA
ACIÓN (u.a
a.)
T constante
.
f
.
i
i
f > i
i
DEFORMACIÓN (u.a.)
i  A(T , S ) i n 
 f   f 


 
n
i   i 
 f  A(T , S ) f 
n
n
 ln 
 ln 
T ,S
  f
ln 

  i
 f
ln 
 i





   i
VEL
LOCIDAD D
DE DEFORM
MACIÓN (u
u.a.)
constante
.
f
Q  R
.
i
Ti
i
Tf > Ti
DEFORMACIÓN (u.a.)
 ln ε
 ( 1/T) σ, S
 ε f 
ln 
ε
 R  i 
 1 1
  
T T 
i 
 f
ε  εi
5.4. Fluencia en monocristales: subida de dislocaciones.
Mecanismo de deformación primario:
Zirconia YTZP
Deslizamiento de dislocaciones
- Nuevos sistemas de deslizamiento (disminuye τc)
- Fácil difusión de defectos
Mecanismo de acomodación:
Movimiento de subida (dislocaciones en arista)
Plano de deslizamiento {111}
Plano de subida {110}
5.4. Fluencia en monocristales: subida de dislocaciones.
Mecanismos de acomodación:
-En monocristales de alta pureza:
Subida
n = 4.5
Q = Energía de activación
para la difusión en el cristal.
cristal
-En monocristales de baja pureza:
Subida + Arrastre de la nube
de impurezas
(Atmósfera de Cotrell)
n=3
Q relacionada con la difusión de
las impurezas que dificultan el
deslizamiento de las
dislocaciones
5.5. Mecanismos de fluencia en policristales sin fase intergranular.
5.5.1. Deslizamiento de dislocaciones (mecanismo intragranular).
- Acomodado por subida de dislocaciones.
- Fácil apilamiento de las dislocaciones.
- No dependen del tamaño de grano (p=0).
Apilamiento de dislocaciones y formación
de subjuntas de grano
n > 2 (n ≈ 5 o n ≈ 3)
p=0
Emisión de dislocaciones
5.5.2. Fluencia difusional (mecanismo intra o intergranular)
Nabarro – Herring (intragranular)
Coble (intergranular)


vacantes
át
átomos
vacantes
átomos
n=1
Q = Qvolumen
p=2
Acomodación por
deslizamiento en
frontera de grano
n=1
Q = Qfrontera
p=3
5.5.2. Fluencia difusional (mecanismo intra o intergranular)
5.5.3. Deslizamiento de fronteras de grano (mecanismo intergranular).
•Mecanismos
M
i
d Acomodación:
de
A
d ió
-por difusión (Ashby – Verral):
n = 1, Q = Qdifusión, p = 2
-por reacción en la intercara (Artz, Ashby):
n = 2, Q = Qvol o Qfg, p = 1 o 2
-por dislocaciones (Burton):
Parámetros variables
5.6. Mecanismos de fluencia en policristales con fase intergranular
YAG
SiC
Fase vítrea
• La fase secundaria:
- Proporciona trayectorias de mayor difusividad: Disolución – precipitación
- Es lugar preferente para la aparición de cavidades: Cavitación
- Actúa como “lubricante” en deslizamientos de grano: Fluencia viscosa
5.6.1. Mecanismo de disolución–precipitación.
• Mecanismo secuencial, el proceso más lento controla la velocidad:
- controlado por difusión:
n = 1,
p=3
- controlado por reacción en la interfase: n = 1 o 2, p = 1
5.6.2. Mecanismo de cavitación.
- Dependencia exponencial con la tensión 
- Indep. tamaño grano (p = 0)
- Mecanismo
M
i
activo
ti sólo
ól en tracción
t
ió
5.6.3. Mecanismo de fluencia viscosa.
Grano
- La fase intergranular es
expulsada
l d (parcialmente)
(
i l
t )
de las fronteras de grano
h
Grano
Fase
intergranular
- Se agota
g
para
p
deformaciones bajas
(transitorio)
5.7. Superplasticidad.
• Para alcanzar el estado superplástico:
- La temperatura debe ser alta, por encima de 0.5 T f.
- El material ha de ser un metal o cerámico policristalino.
- Su tamaño de grano debe ser
pequeño (≤ 5 m, pero sin llegar a ser nanométricos)
y estable (los granos no deben crecer para estas temperaturas)
- Debe existir en el material algún mecanismo inhibidor del fenómeno de cavitación.
5.7. Superplasticidad.
• Conformado superpástico:

plasticidad. fluencia a alta temperatura

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