2.7. Respuesta de los metales al deslizamiento.

Podemos observar que las estructuras cristalinas ccc y hd muestran menor esfuerzo cortante crítico que la cc. Esto obedece, según vimos en unidades anteriores, que tanto la estructura ccc como la hd son compactas, planos (111) y (0001), y direcciones densas <110> y <1120> que no permiten intersticios. No sucede lo mismo con la cc donde no existe ningún plano denso con el acoplamiento de las estructuras anteriores.
Por ello se concluye que las estructuras ccc y hd muestran unos cortantes críticos inferiores, 1/100, a los de la estructura cc.
Por otra parte, puede hipotetizarse la aptitud a la fluencia por deslizamiento tanto desde la observación de su esfuerzo cortante crítico como desde el análisis del número de sistemas de deslizamiento con t crítico que alberga cada sistema cristalino.

La estructura c.c.c. tiene cuatro planos (111) y cada plano con tres direcciones densas <110>. Hacen un total, por lo tanto, de 12 sistemas de deslizamiento distribuidos espacialmente. La estructura h.d. tiene un plano (0001) y tres direcciones densas <1120>. Dispone pues de solo 3 sistemas de deslizamiento. En el sistema c.c., por no ser el plano (110) un plano compacto, no es dominante. La dirección de deslizamiento <111> es compacta y por tanto de mayor influencia en el deslizamiento. Dispone pues, sólo de 4 sistemas de deslizamiento con planos no densos. Resumimos pues que la aptitud a la fluencia es máxima para la estructura c.c.c., 12 sistemas de deslizamiento, mucho menor la h.d., 3 sistemas de deslizamiento, y mínima en la estructura c.c., 4 sistemas de deslizamiento con planos no densos.

2.7.1. EXISTENCIA DE DEFECTOS EN LA ESTRUCTURA CRISTALINA.

El esfuerzo cortante es el causante del deslizamiento de un plano atómico sobre su inferior, figura 4.17a. En su posición reticular, el átomo alcanza su mínima energía, figura 4.17b. Si se mueve de su posición de equilibrio incrementa su energía.

Figura 4.17. Deslizamiento por esfuerzo cortante.

El esfuerzo cortante es el causante del deslizamiento de un plano atómico sobre su inferior, figura 4.17a. En su posición reticular, el átomo alcanza su mínima energía, figura 4.17b. Si se mueve de su posición de equilibrio incrementa su energía.
La fuerza F requerida para mover los átomos está definida por:

Su cuantificación está indicada en la figura 4.17c.
Se puede deducir que si el esfuerzo aplicado t es mayor que tm los átomos podrán desplazarse al lugar contiguo del retículo. Se puede modelizar para el esfuerzo cortante una función senoidal del tipo:

que se linealiza para desplazamientos pequeños en la forma:

Por otra parte, la ley de Hook para el cortante es:

siendo G el módulo de elasticidad transversal.
Comparando las ecuaciones 4.18 y 4.20, evaluamos el valor del cortante requerido tm para originar el deslizamiento:

En la tabla 4.3 se indican los valores tm calculados y los obtenidos, te, en distintos metales.
Modelos más detallados consiguen esfuerzos tm diez veces menores a los citados por el modelo simplificado. De todos modos se observa que los esfuerzos cortantes necesarios para originar el deslizamiento son de ordenes muy inferiores a los calculados, de 100 a 1000 veces. Esto induce a pensar la existencia de algunos mecanismos que determinen la facilidad a la fluencia observada.

Tabla 4.3. Comparación de esfuerzos cortantes calculados y medidos en diversos metales.

Se concluye pues que para producir deslizamientos en estructuras cristalinas se requieren tensiones cortantes menores, 1/100 - 1/1000, que las que se deducen por el cálculo a través de energías elásticas e hipótesis de elasticidad para la estructura perfecta descrita en la Unidad 3.

2.7.2. LOS DEFECTOS LINEALES, DISLOCACIONES.

De acuerdo con la bibliografía (1), las imperfecciones cristalinas denominadas dislocaciones pueden ser una explicación válida para el hecho considerado. La figura 4.18 representa una dislocación cuña en una estructura cúbica donde se indica con punto los átomos y por vacío las posiciones vacantes, para el plano observado. Los planos inferiores reproducen lo observado en el plano primero.

El menor esfuerzo cortante encontrado puede ser debido al hecho de que el deslizamiento que ocurre por los esfuerzos cortantes no sucede simultáneamente en todas las posiciones atómicas que se desplazarían una posición, sino de forma ordenada átomo tras átomo, que ocuparían la vacante del frente de la dislocación.
La figura 4.19 expresa la cinética del citado desplazamiento ordenado de átomo a átomo. Se observa el movimiento de la dislocación en el sentido contrario a la tensión cortante y el escalón final de una distancia atómica, ubicado en la parte del monocristal sin dislocación.

Los escalones acumulados en el exterior del monocristal por sucesivos deslizamientos a través de las dislocaciones existentes justifican los deslizamientos que se visualizan tanto por microscopía como por su rugosidad.
El deslizamiento por cortantes a través de dislocaciones justifican las pequeñas tensiones requeridas para causar la fluencia en los monocristales.
El deslizamiento sucede de forma ordenada, átomo a átomo, a lo largo del plano de deslizamiento ocupando la vacante dejada por el frente de la dislocación.