Fortalecimiento del límite de grano
El fortalecimiento del límite de grano (o fortalecimiento de Hall-Petch ) es un método para fortalecer materiales cambiando su tamaño promedio de cristalita (grano). Se basa en la observación de que los límites de grano son fronteras infranqueables para las dislocaciones y que el número de dislocaciones dentro de un grano tiene un efecto sobre cómo se acumula la tensión en el grano adyacente, lo que eventualmente activará las fuentes de dislocación y, por lo tanto, permitirá la deformación en el grano vecino. , también. Entonces, al cambiar el tamaño de grano, se puede influir en el número de dislocaciones acumuladas en el límite de grano y el límite elástico . Por ejemplo, el tratamiento térmico.después de la deformación plástica y cambiar la tasa de solidificación son formas de alterar el tamaño del grano. [1]
En el fortalecimiento de los límites de grano, los límites de grano actúan como puntos fijos que impiden una mayor propagación de la dislocación. Dado que la estructura reticular de los granos adyacentes difiere en orientación, se requiere más energía para que una dislocación cambie de dirección y se mueva hacia el grano adyacente. El límite de grano también está mucho más desordenado que dentro del grano, lo que también evita que las dislocaciones se muevan en un plano de deslizamiento continuo. Impedir este movimiento de dislocación dificultará el inicio de la plasticidad y, por lo tanto, aumentará el límite elástico del material.
Bajo una tensión aplicada, dislocaciones existentes y dislocaciones generadas por fuentes de Frank-Readse moverá a través de una red cristalina hasta encontrar un límite de grano, donde el gran desajuste atómico entre diferentes granos crea un campo de tensión repulsivo para oponerse al movimiento continuo de dislocación. A medida que se propagan más dislocaciones a este límite, se produce un "apilamiento" de dislocaciones, ya que un grupo de dislocaciones no puede moverse más allá del límite. Como las dislocaciones generan campos de tensión repulsivos, cada dislocación sucesiva aplicará una fuerza repulsiva a la dislocación incidente con el límite de grano. Estas fuerzas repulsivas actúan como una fuerza impulsora para reducir la barrera energética para la difusión a través del límite, de modo que un apilamiento adicional provoca la difusión de dislocaciones a través del límite del grano, lo que permite una mayor deformación en el material. La disminución del tamaño de grano disminuye la cantidad de acumulación posible en el límite, aumentando la cantidad de tensión aplicada necesaria para mover una dislocación a través de un límite de grano. Cuanto mayor sea la tensión aplicada necesaria para mover la dislocación, mayor será el límite elástico. Por lo tanto, existe una relación inversa entre el tamaño de grano y el límite elástico, como lo demuestra la ecuación de Hall-Petch. Sin embargo, cuando hay un gran cambio de dirección en la orientación de los dos granos adyacentes, es posible que la dislocación no se mueva necesariamente de un grano al otro, sino que cree una nueva fuente de dislocación en el grano adyacente. La teoría sigue siendo la misma de que más límites de grano crean más oposición al movimiento de dislocación y, a su vez, fortalecen el material. cuanto mayor sea el límite elástico. Por lo tanto, existe una relación inversa entre el tamaño de grano y el límite elástico, como lo demuestra la ecuación de Hall-Petch. Sin embargo, cuando hay un gran cambio de dirección en la orientación de los dos granos adyacentes, es posible que la dislocación no se mueva necesariamente de un grano al otro, sino que cree una nueva fuente de dislocación en el grano adyacente. La teoría sigue siendo la misma de que más límites de grano crean más oposición al movimiento de dislocación y, a su vez, fortalecen el material. cuanto mayor sea el límite elástico. Por lo tanto, existe una relación inversa entre el tamaño de grano y el límite elástico, como lo demuestra la ecuación de Hall-Petch. Sin embargo, cuando hay un gran cambio de dirección en la orientación de los dos granos adyacentes, es posible que la dislocación no se mueva necesariamente de un grano al otro, sino que cree una nueva fuente de dislocación en el grano adyacente. La teoría sigue siendo la misma de que más límites de grano crean más oposición al movimiento de dislocación y, a su vez, fortalecen el material. es posible que la dislocación no se mueva necesariamente de un grano a otro, sino que cree una nueva fuente de dislocación en el grano adyacente. La teoría sigue siendo la misma de que más límites de grano crean más oposición al movimiento de dislocación y, a su vez, fortalecen el material. es posible que la dislocación no se mueva necesariamente de un grano a otro, sino que cree una nueva fuente de dislocación en el grano adyacente. La teoría sigue siendo la misma de que más límites de grano crean más oposición al movimiento de dislocación y, a su vez, fortalecen el material.
Obviamente, hay un límite para este modo de refuerzo, ya que no existen materiales infinitamente fuertes. Los tamaños de grano pueden variar desde aproximadamente 100 μm (0,0039 pulgadas) (granos grandes) hasta 1 μm (3,9 × 10 −5 pulgadas ) (granos pequeños). Por debajo de esto, el tamaño de las dislocaciones comienza a acercarse al tamaño de los granos. Con un tamaño de grano de aproximadamente 10 nm (3,9 × 10 −7 pulgadas ), [2] solo una o dos dislocaciones pueden caber dentro de un grano (consulte la Figura 1 anterior). Este esquema prohíbe la acumulación de dislocaciones y, en cambio, da como resultado la difusión del límite de grano . La red resuelve la tensión aplicada mediante el deslizamiento del límite de grano, lo que da como resultado una disminución en el límite elástico del material.
Para comprender el mecanismo del fortalecimiento del límite de grano, se debe comprender la naturaleza de las interacciones dislocación-dislocación. Las dislocaciones crean un campo de tensión a su alrededor dado por:
