3.11 Maclas de deformación.
Sobre una muestra de cobre recocido se produce una deformación plástica, realizándose un análisis microestructural representado en la figura 4.38, donde se observan maclas. Las maclas se identifican microestructuralmente como subgranos estrechos con bordes bastante rectilíneos y paralelos que dividen el monocristal inicial.
Figura 4.38. Micrografía de un cobre con deformación plástica. Observación de maclas.
El diagrama de tracción -, apunta unos escalones bruscos, no habituales en las probetas ensayadas sin aparición de maclas. Incluso puede asociarse a estos saltos bruscos un ruido seco tipo chasquido.
Figura 4.39. Diagrama - en el cobre electrolítico con maclas.
Puede deducirse de esta casuística que: a) La macla tiene la misma composición y estructura del grano en que se haya inmersa. b) La velocidad de formación de la macla es muy alta, repentina. c) Sucede habitualmente cuando la probeta ha sufrido ciertos ciertos niveles de deslizamiento. d) Cada macla que se forma obliga a elevaciones superiores de la tensión aplicada para conseguir aumentar la deformación. e) La macla se ha observado en el cobre, con estructura c.c.c., pero no hemos encontrado maclas en las microestructuras del Fe a, c.c.
El maclado es un mecanismo, complementario al deslizamiento, por el cual la aleación queda endurecida al igual que sucedía con el deslizamiento.
3.11.1 ESTRUCTURA DE LAS MACLAS.
El maclaje es un movimiento de planos de átomos en la red, paralelo a un plano específico, de maclaje, de manera que la red se divide en dos partes simétricas diferentemente orientadas. La cantidad de movimiento de cada plano de átomos en la región maclada es proporcional a su distancia del plano de maclaje, de manera que se forma una imagen especular a través del plano de maclaje, según se muestra en las figuras siguientes. En la figura 4.40, el plano de maclaje (111) corta al plano (110) a lo largo de la línea AB', que es la dirección de maclaje. La figura 4.41 muestra el mecanismo de maclaje. El plano del papel es el (110) y se toman juntas muchas celdas unitarias. Cada plano (111) en la región de maclaje se mueve tangencialmente a la dirección [112]. El primero, CD, se mueve un tercio de una distancia interatómica; el segundo, EF, se mueve dos tercios de una distancia interatómica; y el tercero, GH, se mueve un espacio entero.
Figura 4.40. Diagrama de un plano de maclaje y dirección de maclaje en una red c.c.c.
Figura 4.41. Diagrama esquematico de maclaje en una red c.c.c.
Si desde el átomo A' se traza una línea perpendicular al plano de maclaje AB se tendrá otro átomo C', exactamente a la misma distancia del plano maclado, del otro lado. Lo mismo es cierto para todos los átomos en la región maclada, de modo que realmente se tiene una imagen especular en la región maclada que refleja la porción no maclada del cristal. Como los átomos terminan en espacios interatómicos, se ha cambiado la orientación de los átomos por la distancia entre ellos. Generalmente la región maclada comprende el movimiento de un gran número de átomos, y suele aparecer microscópicamen-te como una línea o banda ancha, como se indica en la figura 4.42. Esta fotografía muestra bandas de maclaje en zinc; nótese como las bandas cambian de direc-ción en las fronteras de los granos.
Figura 4.42. Maclas de deformación en un cristal de zinc puro.
El plano y la dirección de maclaje no son necesa-riamente los mismos que los del proceso de deslizamiento. En los metales c.c.c., el plano de maclaje es el (111) y la dirección de maclaje es la [112]; en los metales c.c., es el plano (112) y la dirección [111]. 3.11.2 FORMACION DE MACLAS.
Las maclas se forman como resultado del esfuerzo cortante aplicado en dirección paralela al plano de maclaje y que queda en la dirección de maclaje. La componente del esfuerzo axial, normal al plano de maclaje, no tiene importancia en la formación de la macla. Al contrario que el deslizamiento, el esfuerzo cortante requerido para poder formarse una macla no es invariante respecto al plano de maclado, sino que pueden requerirse distintos valores en un campo bastante amplio. En el caso del zinc, los valores requeridos, de t, oscilan entre 5 y 35 MPa. En coherencia con esta tensión cortante variante, se ha evidenciado por experiencias que los centros de nucleación para maclaje son posiciones de tensiones muy localizadas en la red. Significa que las maclas se forman solamente en metales que han sufrido deformación previa por deslizamiento. Y justifica la condición necesaria para la nucleación de maclas: impedir el proceso de deslizamiento, formando barreras que prevengan el movimien-to de dislocaciones en ciertas áreas restringidas.
Figura 4.43. Curva tensión-deformación de un cristal simple mostrando incrementos discontinuos de deformación debidos al maclaje.
El crecimiento de las maclas es, primordialmente, función del esfuerzo requerido para su nucleación. Este actúa en las formas siguientes: a) Si se nuclean las maclas a esfuerzos muy bajos, el esfuerzo requerido para su crecimiento será del mismo orden de magnitud que el esfuerzo de nucleación. b) Si se forman las maclas bajo condiciones que resulten en niveles de esfuerzos muy elevados antes de la nucleación, el esfuerzo por crecimiento puede ser mucho menor que por nucleación. Cuando éste sucede, las maclas crecen con mucha rapidez, tan pronto como son nucleadas.
3.11.3 MECANISMOS DE ENDURECIMIENTO POR MACLADO.
El maclado es un proceso de endurecimiento que siempre va asociado al deslizamiento, no puede considerarse por tanto independientemente. Esto significa que hay que considerarlo como mecan ismo secundario al deslizamiento, y el endurecimiento que consigue debe ser consecuencia de multiplicar las acciones del endurecimiento por deslizamiento. En este sentido se justifica que las maclas incrementan el endurecimiento por: a) Dividen en tres partes la dimensión de los granos, con la incidencia que vimos tenía el tamaño de grano. b) Bloquea las dislocaciones que en ese momento estuvieran actuando en el monocristal con la consiguiente inhibición del deslizamiento. c) Dificulta el movimiento de bordes de grano por la propia resistencia a compresión que impone la macla cuando el grano tiende a su estirado.
En consecuencia, el maclado es un mecanismo de endurecimiento que potencia la inhibición de flujo plástico por deslizamiento, por partición del grano y bloqueo de los bordes.
DEFORMACION POR MACLAJE
En ocasiones el deslizamiento puede no ser favorecido por alguna de las siguientes razones: 1. 2. 3. 4.
Pocos sistemas de deslizamiento. Orientación no favorable. Obstáculos mas fuertes al deslizamiento. Velocidades de deslizamiento muy altas y temperaturas muy bajas.
Entonces aparece otro mecanismo de deformación llamado maclaje y que consiste en la deformación cortante de una sección completa de una cristal, con la peculiaridad de que la deformación se produce por el movimiento simultaneo de todos los átomos en la región cortada. El maclaje se produce sobre un plano cristalino definido y una dirección cristalina definida. A esta combinación de llama sistema de maclaje. El maclaje produce una región de diferente orientación cristalina limitada por dos planos paralelos llamados límite de macla. Los sistemas de maclaje más comunes son:
La macla puede verse como una imagen de la red, formada en un espejo colocado en forma inclinada sobre la red, como muestra la figura siguiente (por eso en ingles la macla se llama ‘’twin’’ o sea espejo)
De manera metalográfica las maclas son muy fáciles de identificar, ya que por su diferente orientación presentan una tonalidad diferente al ataque químico. Además presentan lados rectos y paralelos y van de lado a lado del grano, aunque también pueden terminar dentro del grano.
Existen dos tipos de maclas: a. De deformación: Son finas y numerosas y resultan de la deformación. Son comunes en metales hexagonales como el Mg y el Zn. b. De recocido: Son grueas y poco numerosas (1 o 2 por grano) y aparecen en metales fcc recocidos después de gran deformación plástica. Son producto del reacomodo y aniquilación de dislocaciones. La magnitud de la deformación por maclaje puede ser calculada, de acuerdo con Hall (1954), por:
∆l es el alargamiento producido por el maclaje y S una constante que depende de la estructura y el sistema de maclaje. De acuerdo con esta expresión, el amximo alargamiento obtenido por maclaje es de 40% pero los valores promedio aproximadamente son 10%.
En realidad, el maclaje es poco importante como mecanismo de deformación, ya que se presenta bajo condiciones muy especiales y la deformación plástica que se obtiene no es muy alta. Sin embargo, el maclaje es importante en al deformación porque cambia la orientación del cristal localmente y esto constituye un obstáculo al movimiento de dislocaciones. Finalmente, la deformación por maclaje ocurre a velocidades muy altas del orden de los microsegundos, mientras que el deslizamiento es mas lento, del orden de milisegundos.
