Gerardo.rodriguez

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Fluencia se refiere a la deformación plástica dependiente del tiempo de materiales sometidos a estrés constante o carga constante. Se asume mayor importancia en el rango de alta temperatura; a saber, por encima de la mitad de la temperatura de fusión. Los estudios detallados sobre el comportamiento de fluencia de los materiales, tanto de ultra alta pureza y pureza comercial, a tensiones bajas son de importancia científica y práctica. En esta investigación, se hará hincapié en el estudio de la microestructura asociada a un proceso de deformación que lleva a la aceleración de las tasas de fluencia a baja tensión. Este proceso es relevante para la predicción de la deformación geológica sino también debido a su relevancia para muchas consideraciones de diseño.

Es el propósito de esta propuesta para describir un programa en el que se solicita la clasificación de las características microestructurales relacionados con la fluencia de bajo estrés en los metales. La propuesta incluye el desarrollo reciente, el tema a tratar, el enfoque que se adopte, y los procedimientos a aplicar, se describen.

El programa de investigación propuesto es fundamental en su alcance e implica la preparación de materiales, pruebas mecánicas, caracterización de la microestructura y análisis. Como resultado, el programa dará lugar a la adquisición de conocimientos y la capacitación en áreas que mejorarían mis oportunidades para una buena carrera profesional.

Fluencia se refiere a la deformación plástica dependiente del tiempo de materiales sometidos a estrés constante o carga constante. Se asume mayor importancia en el rango de alta temperatura; a saber, por encima de la mitad de la temperatura de fusión. La Figura 1 muestra una curva de fluencia típico observado en los metales. La pendiente de esta curva de fluencia se refiere como la relación de fluencia. Tras un alargamiento rápido inicial, la tasa de fluencia disminuye con el tiempo (fluencia primaria o etapa I) y luego llega a un estado de equilibrio en el que la tasa de fluencia cambios pequeños con el tiempo (fluencia secundaria o estadio II), y finalmente la tasa de fluencia aumenta rápidamente con el tiempo (etapa terciaria) hasta que se produce la fractura.

Se ha prestado más atención a la fase de estado estacionario de la curva de fluencia, básicamente debido a que (a) la fluencia primaria es una etapa transitoria con duración relativamente corta; (b) la fluencia terciaria es una etapa en la que los materiales podrían fallar en cualquier momento sin previo aviso, y por lo tanto no hay componentes o partes pueden trabajar en esta etapa; y (c) la fluencia en estado estacionario es una etapa estable de duración relativamente larga y la mayoría de los diseños de ingeniería se basan en ella. A altas velocidades de deformación (altas tensiones), un gráfico log-log de la velocidad de fluencia en estado estacionario vs. estrés en los resultados de estrés constantes en una línea recta. Esta línea es coherente con la predicción de las teorías de fluencia en base a defectos (tales como dislocaciones) de movimiento que conduce a la siguiente ecuación:

donde γ y es la tasa de deformación de cizallamiento de estado estacionario, A es una constante, b es el vector de Burgers, d es el tamaño de grano, S es la sensibilidad de tamaño de grano, τ es el esfuerzo cortante aplicado, G es el módulo de cizallamiento, n es el exponente de la tensión, T es la temperatura absoluta, y Qc es la energía de activación para la fluencia. De acuerdo con la Ec. 1, n representa la pendiente de la línea recta en el gráfico log-log de la velocidad de fluencia en estado estacionario, γ y, frente a la tensión aplicada, τ.

Los estudios detallados sobre el comportamiento de fluencia de los materiales, tanto de ultra alta pureza y pureza comercial, a tensiones bajas son de importancia científica y práctica. Desde un punto de vista científico, los datos obtenidos a partir de estos estudios son fundamentales para la caracterización del comportamiento de fluencia en términos de mecanismos de deformación. Desde un punto de vista práctico, la información inferida de este tipo de estudios es útil no sólo por su importancia para la predicción de la deformación geológica sino también por su importancia para muchas consideraciones de diseño. La importancia de un conocimiento detallado del comportamiento de baja tensión a las consideraciones de diseño puede ser apreciado cuando se reconoce que la extrapolación de los datos a corto plazo obtenidos a altas tensiones a los datos a largo plazo necesarias a tensiones muy bajas puede resultar, en algunos casos (metales ultra-alta pureza), en una subestimación considerable de la velocidad de deformación, y por lo tanto conducen a fallas prematuras en operación. Esta situación se encuentra bajo dos condiciones combinadas: (a) el mecanismo para la fluencia en tasas bajas de tensión difiere de la que a altas velocidades de deformación, y (b) cuando el mecanismo en tasas bajas de deformación se caracteriza por una línea recta cuya pendiente (= n ) es menor que para el mecanismo a altas velocidades de deformación (Figura 1 (b)).

En consecuencia, no es de extrañar que el régimen de muy baja tensión de la deformación a alta temperatura ha recibido considerable atención en los últimos cuatro decenios, y esto ha dado lugar a tres grandes logros. En primer lugar, los mecanismos de deformación pertinentes, como la fluencia Nabarro Arenque [1, 2], se formularon. En segundo lugar, se han obtenido los datos experimentales (mecánicos y subestructurales) para examinar la validez de los mecanismos de

deformación propuestos. En tercer lugar, un nuevo tipo de comportamiento de fluencia, conocido como [3], se informó Harper-Dorn fluencia. A pesar de esta buena marcha y su potencial impacto en nuestro conocimiento del comportamiento de fluencia bajo estrés, varias cuestiones siguen sin resolverse. El principal de esos problemas es la cuestión relacionada con los detalles microestructurales correspondientes al mecanismo de fluencia bajo estrés que es responsable de la mejora de las tasas de fluencia de metales de gran grano como Al. (Figura 2).

Figura 2: Los datos originales de fluencia para Harper-Dorn fluencia en Al [1] representan como la velocidad de deformación versus tensión efectiva en una escala logarítmica, incluidas es la predicción de Nabarro-Arenque fluencia [4,5]

La falta de información y análisis fiable que se puede utilizar para hacer frente a problema antes mencionado representa una deficiencia importante en nuestros conocimientos fundamentales sobre la fluencia.

Es el propósito de esta propuesta para describir un programa que debe hacer una importante contribución a la clarificación de las características microestructurales relacionados con la fluencia de bajo estrés en los metales. En las siguientes secciones de la propuesta, los detalles del programa propuesto, incluyendo el desarrollo reciente, el tema a tratar, el enfoque que se adopte, y los procedimientos que han de aplicarse, se describen.

2. Programa propuesto

2.1. Desarrollos recientes

Investigaciones recientes utilizando Al se ha centrado en la realización de pruebas a largo plazo en las cuales se hizo énfasis en la cantidad de tensión y no la duración de la prueba. Los datos obtenidos como resultado de estas pruebas a largo plazo han dado lugar a los siguientes resultados [4, 5, 6]:

• Harper-Dorn fluencia no siempre ocurre en Al deslizado cuando el uso de grandes tamaños de grano y tensiones muy bajas. Como se muestra por los datos de la Figura 2, 99,99 Al, a diferencia de 99,9995 Al, no exhibe las velocidades de fluencia acelerados asociados con Harper-Dorn fluencia a pesar del hecho de que ambos grados de Al se arrastraron bajo las mismas condiciones de temperatura y el estrés.

a) b)

Figura 2: Velocidad de deformación frente a la tensión de Al a 920 K (escala logarítmica) [18]

(a) Al (c) y Al (d) de 99,99 pureza y cuyas muestras tienen una densidad de dislocaciones inicial de alrededor de 106 / cm2 no exhiben Harper-Dorn creep (datos de tracción).

(b) Al (a) y Al (b) de la pureza de 99,9995 y cuyas muestras tienen densidad de dislocación inicial de alrededor de 104/cm2 exhibición Harper-Dorn fluencia; esto contrasta con el comportamiento de Al (c) y un solo cristal Al, que no presentan este tipo de comportamiento de fluencia (datos de corte).

• Las curvas de fluencia asociados con Harper-Dorn fluencia no son suaves (Figura 3a). Siguiendo cepas transitorios de la orden 0,01-0,02, las curvas de fluencia muestran aceleraciones regulares y periódicas. Estas aceleraciones periódicas son similares en la tendencia a las aceleraciones que se informaron de Pb [7] (Figura 3b).

Figura 3: Curvas de fluencia que muestran, aceleración regular y periódica

(a) de alta pureza Al (99.9995) arrastró a 923 K y 0. 01 MPa [28, 29] (la región Harper-Dorn)

(b) de alta pureza Pb arrastró a 373 K y 2,76 MPa [30] (alta tensión-región)

2.2. Asunto

La Figura 3 muestra la curva de fluencia de 99,9995% de Al en la región de baja tensión. La curva muestra los cambios bruscos (saltos acelerados) en la tasa de fluencia a los valores progresistas de la tensión a lo largo de la curva, como contraste con el 99,95% de Al que muestra disminución continua de la velocidad de fluencia, incluso después de largos períodos de tiempo [1]. Se sugiere en la literatura [8] que estas aceleraciones periódicas pueden estar asociados con la recristalización dinámica. Sin embargo se informó de [9] que el crecimiento del grano dinámica podría dar lugar a la observación de oscilaciones periódicas similares a los observados en la curva de fluencia de Al según lo informado por Ginter et al. (Figuras 3a). Mientras Ginter et al. [5, 6] informó de que las secciones transversales de la mayoría de las muestras analizadas representados monocristales (no hay límites eran), no se puede descartar la posibilidad de que podría haber límites en planos inclinados a la sección transversal de la galga de la muestra. En consecuencia, es necesario llevar a cabo nuevos experimentos que permitan establecer si el crecimiento de grano dinámica contribuye a la ocurrencia de oscilaciones en la curva de fluencia de Al.

2.3. Enfoque Experimental

2.3.1. Pruebas. En la medición de tensiones de fluencia técnica de doble cizalla [10] se adoptó y la atención se ejercerá usar equipo resolución muy sensible, de alta junto con el control de temperatura fiable. Cizalla doble será utilizado en la mayoría de los casos para evitar el problema de formación de cuello, especialmente a grandes deformaciones.

2.3.1. Cristales individuales vs. policristales. A fin de examinar de manera inequívoca si o no el crecimiento del grano dinámica es responsable de la aparición de saltos (aceleraciones) en la curva de fluencia de Al, monocristales de alta pureza Al serán evaluados en doble cizalladura bajo condiciones que son idénticos a los utilizados por Ginter et al. [5, 6] en la prueba de policristalino de alta pureza Al; T = 920 K y tensiones de cizallamiento <0,06 MPa. Además, las características de las aceleraciones (forma, magnitud, los intervalos de tensión entre aceleraciones sucesivas, y

deformación inicial antes de que el primer salto) serán examinados cuidadosamente. Además, se investigó el efecto de variar el tamaño de grano o de la muestra de espesor. Los resultados de dicha investigación tendrán implicaciones en términos de la ocurrencia de un crecimiento dinámico y la multiplicación de las luxaciones por fuentes superficiales.

2.3.2. Microscopía. Examen subestructural de las muestras como se recibe y se metió se llevará a cabo utilizando (a) microscopio de luz óptica (LOM) y (b) microscopio electrónico Philips CM 20 de transmisión (TEM) que opera a 200 kV.

2.4. Materiales y Procedimientos

Los experimentos y la microscopía se llevarán a cabo en los siguientes materiales de alta pureza y pureza comercial.

2.4.1. De aluminio. Un estudio sistemático de la A1 que implica ensayos de fluencia a largo plazo proporcionará información definitiva sobre las características del comportamiento de fluencia de la A1 con la condición de tensiones muy bajas.

2.4.2. Pb. Pb tiene un bajo punto de fusión (Tm para Pb = 600 K) y, por lo tanto, su estudio fluencia a temperaturas cercanas al punto de fusión se puede realizar de una manera sencilla. Prueba Pb servirá a los siguientes fines: una investigación de la ocurrencia de fluencia bajo estrés en grandes deformaciones; se dispone de datos para el Pb en cepas pequeños [5]. Además, la gran diferencia en el valor de la energía falla replanteo entre Al (200 erg / cm2) y Pb (30 erg / cm2) proporcionaría un parámetro importante que puede arrojar luz sobre la naturaleza y el origen de la fluencia.

2.5. Impacto de la investigación sobre mi educación

El programa de investigación propuesto es fundamental en su alcance e implica la preparación de materiales, pruebas mecánicas, caracterización de la microestructura y análisis. También, en la realización de experimentos de investigación, voy a estar utilizando las instalaciones de investigación de materiales del estado de la técnica. Como resultado, el programa me permitirá adquirir conocimientos y capacitación en áreas que mejoran mis oportunidades para unirse a una buena universidad de investigación como estudiante de posgrado. Esta capacitación allanará el camino para mí para alcanzar mi objetivo de convertirse en un líder en la industria, un científico en los laboratorios nacionales, o un académico en las universidades. Además, el programa propuesto nos permitirá atraer a jóvenes estudiantes universitarios de ingeniería, exponerlos a la investigación del estado de la técnica de los materiales, y posiblemente les interesen en formar parte del programa de postgrado en las materias.