6.18: Defectos de línea, mecánica y curvas de tensión-deformación y deslizamiento

Defectos de línea

Además de los defectos puntuales, los cristales pueden tener defectos que cubren áreas más grandes e implican la coordinación de más átomos que solo uno. Los defectos puntuales se denominan 0D, o dimensión cero; de acuerdo con esta nomenclatura, los defectos de línea pueden considerarse como defectos 1D (que involucran una línea de átomos), y los defectos planos pueden considerarse como defectos 2D (que involucran un plano). Un defecto importante de la línea se llama dislocación. Una dislocación equivale a una línea extra de átomos que persiste parte del camino a través del cristal: la terminación dentro del cristal se observa con una\(\mathrm{T}\) forma como se muestra a continuación:

El grueso del cristal mantiene su estructura de equilibrio, bien alineada con la celosía. No obstante, se puede observar que la región alrededor del origen de la dislocación se ha visto forzada a salir de su posición de equilibrio en la celosía. El espaciamiento entre los átomos es diferente alrededor del final de la dislocación; los enlaces se rompen. Se necesita energía para generar una dislocación, pero también toma energía para que se mueva en el cristal. Por lo tanto, a pesar de que no son el estado más favorable energéticamente, son metaestables en equilibrio una vez generados.

Mecánica y curvas de tensión-deformación

Uno de los experimentos más informativos para explorar las propiedades mecánicas de un material es generar una curva de tensión-deformación. Como discutimos en la conferencia, esto generalmente se hace con un Instron; el principio básico es tirar (o empujar) sobre un material de una manera cuidadosamente controlada, y medir su respuesta.

Ejemplo: Etiquetar la gráfica con las siguientes características de las curvas de tensión-deformación: deformación elástica, deformación plástica, límite elástico, módulo elástico, punto de fluencia, fractura

Contestar

La deformación elástica se refiere a la respuesta lineal de un material a la deformación aplicada. Esto suele ocurrir para bajas cantidades de tensión aplicada en materiales cristalinos. La pendiente de la curva tensión-deformación en la región elástica se denomina módulo elástico. La deformación plástica se refiere a la respuesta de deformación no lineal que es irreversible. La transición entre deformación elástica y plástica es el límite de elasticidad, y la tensión a la que cede el material es el límite elástico. Cuando el material ya no es capaz de estirarse, se rompe: esto es fractura. Los regímenes relevantes se etiquetan a continuación:

Slip

Incluso la falla en materiales cristalinos es sistemática: cuando se aplica una fuerza significativa a un material, suficiente para romper uniones, el material puede ceder. Excepto en casos de alto impacto, esto generalmente ocurre a lo largo de planos de deslizamiento. Los planos de deslizamiento son los planos más densamente empaquetados en una celosía. Dado que la densidad de enlace dentro de un plano de deslizamiento es tan grande como se obtiene en el cristal, la densidad fuera del plano es menor: esto significa que se deben romper menos enlaces para que las filas de átomos se muevan entre sí a medida que el material rinde. A medida que cede, se puede pensar en una cara plana que divide secciones de material forzadas en diferentes direcciones. Las direcciones que se deslizan a lo largo se llaman direcciones de deslizamiento, y con una justificación similar, son las direcciones más empaquetadas en el cristal.