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2.2.3.1 Mecanismos de la deformación plástica

La deformación plástica de los materiales se puede dar mediante los mecanismos básicos del deslizamiento, el maclaje, el cambio de ángulos de enlace de moléculas, o por combinación de estos. La deformación plástica puede ser generalizada en la pieza o estar localizada en ciertas zonas. En los siguientes numerales se describen los mecanismos básicos de la deformación plástica.

2.2.3.1.1. DESLIZAMIENTO

El deslizamiento se presenta cuando átomos o moléculas dentro de un material se desplazan unas sobre otras de manera permanente, bajo la acción de un esfuerzo cortante o cizallante (τ), sin que desaparezcan las fuerzas de enlace entre estas.

En materiales metálicos y cerámicos iónicos este deslizamiento se presenta cuando hay movimiento relativo de planos atómicos dentro de un cristal, en el cual estos se desplazan unos sobre otros bajo la acción de esfuerzos cortantes. Como resultado de los diferentes estudios realizados, se ha encontrado que el deslizamiento tiene lugar preferentemente entre los planos de mayor densidad atómica y siempre en la dirección más compacta, ya que estas dos situaciones ofrecen la menor resistencia al movimiento. De acuerdo con lo anterior, se denomina sistema de deslizamiento al conjunto formado por un plano de deslizamiento y una dirección de deslizamiento dentro de un cristal. En la figura 2.6 se muestra el interior de un grano con una estructura cúbica simple, donde se esquematizan dos orientaciones en las que se podría producir el deslizamiento. Observando este gráfico se puede deducir que el deslizamiento se dará más fácilmente entre los planos horizontales que entre los diagonales, ya que existe una mayor densidad lineal (átomos por unidad de longitud ρL), la cual a su vez implica una mayor distancia interplanar.

Figura 2.6 Orientación del deslizamiento en una estructura cúbica simple

Nota. Obsérvese que la distancia interplanar a es mayor que la b.

Fuente: elaboración propia.

En la tabla 2.1 se muestran los planos de mayor densidad atómica y direcciones cristalográficas más compactas para las estructuras cristalinas ideales cúbica centrada en el cuerpo (CC), cúbica centrada en las caras (CCC) y hexagonal compacta (HC). La estructura cúbica centrada en el cuerpo no presenta grandes variaciones de densidad entre los planos de mayor y menor valor de esta, lo que hace que el deslizamiento pueda ocurrir en los planos {110}, {112} o {123}, pero siempre en la dirección ⟨111⟩. La estructura CCC es más compacta que la CC, y muestra importantes diferencias entre las densidades de los diferentes planos, lo que conduce a que la familia de planos {111} y las direcciones ⟨110⟩ sean particularmente densas, haciendo que el deslizamiento en esta estructura se dé siempre en este sistema. En la estructura HC predomina el deslizamiento en la familia de planos {0001}, pero para algunos materiales en los cuales los planos más densos no están en contacto, se puede presentar deslizamiento en las familias {10-10} y {10-11}, conservándose eso sí, para todos los casos, la dirección de deslizamiento ⟨1120⟩ [4].

Tabla 2.1 Familias de planos y direcciones de mayor densidad de las estructuras

Nota. Estructura cúbica centrada en el cuerpo, cúbica centrada en las caras y hexagonal compacta, donde se da preferentemente el deslizamiento en cristales metálicos.

Estructura	Planos más densos	Direcciones más compactas
CC	{110}	⟨111⟩
CCC	{111}	⟨110⟩
HC	{0001}	⟨1120⟩

Fuente: elaboración propia.

Si se calcula el número de sistemas de deslizamiento para las estructuras CC, CCC y HC, de acuerdo con las posibles combinaciones de familias de planos y de direcciones de deslizamiento, se obtienen los resultados mostrados en la tabla 2.2. Con los datos de este cuadro se puede ver que, en general, hay más sistemas de deslizamiento en la estructura CC, que en la CCC y HC, lo cual sugiere, en primera instancia, que la estructura CC es más dúctil que las otras dos (propensa a deformarse plásticamente), y que las estructuras CCC y HC tienen una ductilidad similar. Sin embargo, el número de sistemas de deslizamiento no es el único criterio para determinar la ductilidad de una estructura cristalina, ya que también se debe tener en cuenta la distribución espacial de dichos sistemas; es decir, se debe evaluar si para cualquier sentido de ataque de un esfuerzo cizallante, se encuentran o no alineados con este, sistemas de deslizamiento sobre los cuales pueda ocurrir el desplazamiento atómico. Teniendo en cuenta lo anterior, se encuentra que, aunque la estructura de CC tiene un gran número de sistemas de deslizamiento, sus orientaciones no están distribuidas uniformemente alrededor del cristal, mientras que los sistemas de la estructura CCC sí lo están. La estructura HC presenta además de un bajo número de sistemas de deslizamiento, una mala orientación de estos.

A partir de lo discutido anteriormente, se puede asegurar que en general (porque hay excepciones), para sólidos cristalinos el orden descendente de ductilidad para las estructuras es CCC, CC y HC. En la tabla 2.3 se relacionan los metales de uso común, que presentan las estructuras CCC, CC y HC, donde se nota además el orden de ductilidad.

Tabla 2.2 Sistemas de deslizamiento de las estructuras

Nota. Estructura cúbica centrada en el cuerpo, cúbica centrada en las caras y hexagonal compacta.

Fuente: elaboración propia.

Tabla 2.3 Ductilidad teórica de los metales en función de su estructura cristalina

Nota. Estructura cúbica centrada en el cuerpo, cúbica centrada en las caras y hexagonal compacta.

Estructura	Metal	Ductilidad
CCC	Cobre, aluminio, níquel, plomo, oro, plata, austenita (Feϒ), etcétera.	Alta
CC	Ferrita (Feα), tungsteno, molibdeno, etcétera.	Media
HC	Titanio, zinc, magnesio, berilio, cadmio, etcétera.	Baja

Fuente: elaboración propia.

A manera de resumen se puede decir que, para evaluar la ductilidad de un metal, a partir de la estructura cristalina que presenta, se deben considerar los siguientes aspectos: a) número de sistemas de deslizamiento y b) distribución espacial de dichos sistemas.

En el caso de los cristales cerámicos iónicos, el deslizamiento se da entre planos adyacentes de carga opuesta, es decir, entre planos aniónicos y catiónicos, lo cual hace que el número de sistemas de deslizamiento, en este caso, sea más limitado que para los metales, por lo que se disminuye, además, su cobertura espacial. Lo anterior hace que un cristal iónico sea en general menos dúctil que uno metálico, excepto en la dirección del sistema de deslizamiento, donde la ductilidad es similar. En la figura 2.7 se muestra en un cristal iónico, el plano y dirección en el cual ocurre el deslizamiento, y un sistema en el cual este no puede ocurrir. En este caso el deslizamiento solo se da entre planos de carga opuesta, ya que siempre permanece la atracción electrostática, mientras que en otros planos el deslizamiento puede enfrentar iones de igual carga, que al repelerse, favorecen el agrietamiento.

Figura 2.7 Deslizamiento en un cristal iónico cúbico centrado en las caras

Fuente: elaboración propia.

El primer modelo teórico del mecanismo de deslizamiento en un cristal suponía que este se producía por un movimiento simultáneo de todos los átomos ubicados sobre el plano de deslizamiento, tal como se muestra en la figura 2.8. Este desplazamiento tenía lugar cuando el esfuerzo cortante inducido en el cristal hubiera sobrepasado el valor de la resistencia teórica al deslizamiento τmáx, la cual viene dada por la ecuación (2.1), donde G representa el módulo de rigidez.

τ máx ≈ G 2π

(2.1)

Hoy en día se sabe que el deslizamiento real que se presenta en el interior de los cristales no se realiza por un movimiento total y uniforme de los átomos ubicados en el plano de deslizamiento, sino que este tiene lugar por generación y desplazamiento paulatino de las dislocaciones.

Figura 2.8 Esquematización del mecanismo teórico del deslizamiento

Fuente: elaboración propia.

Las dislocaciones son defectos cristalinos lineales que se presentan en las estructuras cristalinas (tanto metálicas como cerámicas), clasificándose de manera básica en dislocaciones de borde y dislocaciones de hélice. El estudio de estos defectos reticulares es importante, ya que en virtud de su movimiento se presenta el deslizamiento real en los cristales.

La dislocación de borde se presenta cuando un plano de átomos no atraviesa completamente el interior de un cristal, lo cual origina una apreciable distorsión de la red cristalina alrededor de la línea atómica hasta la cual llega este plano. La dislocación de hélice recibe esta denominación, ya que la distorsión adyacente a la línea de dislocación posiciona a los átomos sobre una hélice alrededor de esta. En la figura 2.9 se muestran esquemáticamente una dislocación de borde y una de hélice.

El deslizamiento en los cristales como se mencionó anteriormente, está gobernado fundamentalmente por el movimiento de las dislocaciones sobre la interfaz de planos de alta densidad en los metales, o sobre la interfaz de planos aniónicos y catiónicos en cerámicos iónicos (la interfaz se refiere al plano de deslizamiento). En la figura 2.10 se esquematiza el proceso de generación y movimiento de una dislocación de borde, hasta que este culmina con la aparición de un escalón de deformación dentro de una estructura cúbica simple. Para que se presente el deslizamiento por el movimiento de una dislocación de borde o una de hélice, no es necesario que esta sea originada por el esfuerzo cortante inducido, sino que es suficiente con que este movilice una dislocación ya existente en el cristal. En el movimiento de una dislocación de hélice bajo la influencia de un esfuerzo cortante se obtendrá también como resultado final un escalón de deformación. La mayoría de las dislocaciones presentes en los cristales son el resultado de intersecciones de las líneas de dislocación de borde y de hélice, las cuales al movilizarse producen igualmente escalones de deslizamiento.

Figura 2.9 Esquemas de las dislocaciones de borde y de hélice

Fuente: elaboración propia.

Figura 2.10 Esquema de la generación y movimiento de una dislocación de borde

Fuente: elaboración propia.

El esfuerzo teórico calculado por la ecuación (2.1) es mayor que el esfuerzo real de deslizamiento en las aleaciones comunes de ingeniería, ya que este no se produce por el movimiento simultáneo de todos los átomos ubicados en el plano respectivo, sino que obedece al movimiento de las dislocaciones en dicho plano. El desplazamiento de una dislocación involucra el movimiento solo de algunos átomos, por lo que el esfuerzo necesario para producir este fenómeno es menor que el teórico.

De lo tratado hasta ahora acerca del deslizamiento, es válido deducir que un cristal que no posea dislocaciones presentará una alta resistencia a este, lo cual ha encontrado sustento experimental cuando se han ensayado probetas monocristalinas pequeñas con un alto control de calidad, en las cuales se han alcanzado valores del esfuerzo cortante necesario para producir el deslizamiento, muy cercanos a los teóricos.

El deslizamiento en polímeros termoplásticos se da cuando una o más macromoléculas se desplazan sobre otras (las moléculas están unidas entre sí por enlaces secundarios), bajo la acción de un esfuerzo cortante. Lo anterior se esquematiza en la figura 2.11.

Figura 2.11 Deslizamiento entre macromoléculas

Fuente: elaboración propia.

2.2.3.1.2. MACLAJE EN CRISTALES METÁLICOS Y CERÁMICOS IÓNICOS

Mediante este mecanismo de deformación plástica, una región de un cristal se desplaza respecto a otra que no lo hace, generándose una zona intermedia donde se concentra la deformación, denominada zona maclada. La zona maclada está delimitada respecto a las zonas no deformadas por planos de simetría cristalinos denominados planos de macla. Dentro de la zona maclada se presenta el movimiento de planos enteros de átomos, de manera paralela a los planos de macla y en una distancia proporcional a la separación entre cada uno de estos y el plano de macla. La región maclada corresponde a aquella zona del cristal que sufre la deformación de la red cristalina por la ocurrencia del maclaje. Una diferencia importante entre el deslizamiento y el maclaje radica en que este último presenta una mayor distorsión de la red cristalina. En la figura 2.12 se aprecia esquemáticamente la forma final de la estructura cristalina, una vez ha ocurrido el maclaje.

Figura 2.12 Estado final de un cristal deformado plásticamente mediante maclaje

Fuente: elaboración propia.

Los metales con estructura de CC y CCC, cuando se deforman a temperatura ambiente, no tienden a presentar maclas, sobre todo en el caso de la estructura CCC, ya que la alta ductilidad de esta hace que predomine el deslizamiento. Las maclas en estas estructuras se presentan de manera importante a altas ratas de aplicación de la carga (impactos) o en ensayos mecánicos realizados a bajas temperaturas. En la estructura HC el mecanismo de deformación por maclaje es muy importante, ya que el deslizamiento está restringido por el número de sistemas de deslizamiento bajo y orientaciones de estos desfavorables.

El maclaje se puede formar en fracciones de tiempo muy cortas, las cuales pueden estar en el orden de los microsegundos, mientras que la formación de la estructura escalonada producto del deslizamiento puede demorar varias milésimas de segundo [5]. Las parejas de planos y direcciones más comunes de maclaje para las diferentes estructuras no son las mismas que para el deslizamiento. En la tabla 2.4 se dan los planos y direcciones de maclaje más comunes para las estructuras de CC, CCC y HC.

Tabla 2.4 Planos y direcciones comunes de maclaje de las estructuras CC, CCC y HC [5]

Estructura	Planos de maclaje	Direcciones de maclaje
CC	(112)	[111]
CCC	(111)	[112]
HC	(10-12)	[–1011]

La deformación total de una pieza producto del maclaje es pequeña cuando se le compara con la que resulta después del deslizamiento; sin embargo, el maclaje es importante dentro de la deformación de la mayoría de metales de estructura CC y HC, ya que reorienta regiones importantes de los cristales, colocando sistemas de deslizamiento en posiciones más favorables para continuar la deformación por este mecanismo. En general, se encuentra que el esfuerzo cortante crítico necesario para producir el maclaje es mayor que el que produce el deslizamiento, razón por la cual, este último tipo de deformación plástica predomina sobre el maclaje. El maclaje se producirá fácilmente en aquellas estructuras donde se encuentre restringido por alguna razón el deslizamiento (bajas temperaturas, alto endurecimiento por partículas de segunda fase, elevada velocidad de deformación, etcétera). El maclaje en cristales iónicos se da siempre y cuando en la formación de la zona maclada se desplacen planos aniónicos sobre catiónicos.

2.2.3.1.3. ROTACIÓN DE ENLACES EN MOLÉCULAS POLIMÉRICAS

La deformación plástica en un polímero también se puede dar, además del deslizamiento entre moléculas, a través de la rotación permanente de enlaces sencillos entre sus átomos, lo cual se traduce en que, por ejemplo, una molécula inicialmente enrollada quede alineada en el sentido del esfuerzo. Esta rotación es posible en enlaces covalentes sencillos, ya que no se modifica la forma del orbital molecular. En la figura 2.13 se esquematiza este mecanismo de deformación.

Figura 2.13 Alargamiento de una molécula por rotación de enlaces

Fuente: elaboración propia.

2.2.3.1.4. DEFORMACIÓN PLÁSTICA REAL DE LOS MATERIALES

En materiales metálicos los mecanismos del deslizamiento y maclaje descritos anteriormente se pueden aplicar directamente para predecir el comportamiento de monocristales bajo la acción de las cargas; sin embargo, las aleaciones de ingeniería son en su gran mayoría agregados policristalinos en los cuales estos dos mecanismos de deformación plástica se presentan en cada uno de los granos de una manera restringida, debido a la acción de los granos circundantes.

En el proceso de deformación plástica de una aleación de ingeniería, el deslizamiento y el maclaje se presentarán juntos antecediéndose el uno al otro. El maclaje podrá ocurrir primero que el deslizamiento, cuando no se encuentre un sistema de deslizamiento apropiadamente orientado respecto a la carga, empezando el deslizamiento cuando el maclaje haya reorientado parte de la estructura apropiadamente. El maclaje podrá seguir al deslizamiento cuando este último haya generado un nivel deendurecimiento tal que selimite a sí mismo.

El comportamiento de metales policristalinos ante la deformación plástica se enuentra fuertemente influenciado por la presencia de los siguientes factores: (a) límites de grano, (b) límites de subgranos en el interior de los granos, (c) átomos en solución sólida y (d) dispersión de partículas de segunda fase.

Cuando una región de un grano rota por la acción simultánea de varios sistemas de deslizamiento, para acomodarse a la deformación aplicada, se dice que este presenta una banda de deformación, pero si esta rotación se presenta en muchos granos adyacentes dentro de una aleación de ingeniería, se le denomina a esta región banda de corte. Las bandas de deformación y de corte son zonas localizadas dentro de un cristal o un policristal, respectivamente, que han experimentado una mayor deformación que el material que los rodea, con lo cual en estas se tenderá a formar una orientación preferente. Estas bandas se presentarán bajo la acción de esfuerzos cortantes. En la figura 2.14 se esquematiza el aspecto que presenta al microscopio una banda de corte.

Figura 2.14 Esquematización del aspecto metalográfico de una banda de corte

Fuente: elaboración propia.

Cuando en las bandas de corte se presentan altas velocidades de deformación, las cuales pueden ser producidas por cargas de impacto, se podrá encontrar que su formación se lleva a cabo en condiciones adiabáticas; con lo cual el calentamiento localizado de la banda puede llegar a ser importante, desencadenando transformaciones microestructurales. En este caso se habla de bandas de corte adiabáticas.

Así, pues, en resumen, en las aleaciones de ingeniería la deformación plástica se presentará por la acción de los mecanismos del deslizamiento, del maclaje, de las bandas de deformación y de las bandas de corte.

En los materiales cerámicos, los monocristales covalentes por la rigidez en la posición de los electrones que intervienen en los enlaces no son susceptibles de deformar plásticamente, mientras que los monocristales iónicos sí lo pueden ser, incluso en porcentajes que pueden igualar a los metales, en los planos y direcciones de deslizamiento permitidos. A nivel de los cerámicos de ingeniería, es decir, de los policristales, los cerámicos covalentes seguirán siendo frágiles y en los cerámicos iónicos la plasticidad será severamente reducida, ya que el limitado número de sistemas de deslizamiento será en general incapaz de asegurar que, durante la deformación plástica, los granos permanezcan en contacto, por lo que se producirán grietas con mucha facilidad.

De acuerdo con lo anterior y teniendo en cuenta que los productos cerámicos en general serán policristales que tendrán tanto enlaces covalentes como iónicos, se puede asegurar que estos materiales presentarán una alta fragilidad, o lo que es lo mismo, baja o nula ductilidad.

Dentro de los materiales poliméricos, los plásticos termoplásticos se caracterizan por presentar en general niveles de deformación plástica altos, lo cual se produce fundamentalmente por deslizamiento entre moléculas y por rotación de los enlaces sencillos. En los plásticos termoestables la deformación plástica es prácticamente nula, ya que su estructura de mallas moleculares hace prácticamente imposible el deslizamiento entre moléculas, por lo que se presenta solo una pequeña rotación de enlaces sencillos. Los elastómeros, al igual que los plásticos termoestables, poseen enlaces cruzados entre las cadenas, lo cual hace que una vez cese la deformación elástica, sea baja o nula la deformación plástica, por lo que predomina de nuevo la rotación de enlaces sencillos. En las lecturas [6-8] se trata con mayor profundidad la plasticidad y el comportamiento plástico de los materiales.

2.2.3.2 Análisis de piezas deformadas plásticamente

Una pieza se deformará plásticamente cuando la carga aplicada genere un esfuerzo que sobrepase el límite elástico del material (σaplicado > σE), a una temperatura de operación dada. El límite elástico del material podrá experimentar variaciones en su valor, dependiendo del tipo de carga actuante. Es común que la deformación plástica tienda a concentrarse en ciertas zonas, una vez la pieza sea sobrecargada, estas se conocen como zonas de inestabilidad plástica.

Bajo carga de tracción, las piezas experimentan alargamiento y una zona de acuellamiento (figura 2.15 (a)) cuando el esfuerzo sobrepasa el límite elástico del material (σaplicado > σE). La zona de acuellamiento corresponde a la de inestabilidad plástica a tracción. Bajo cargas compresivas, los elementos mecánicos de baja relación de aspecto (es decir, aquellos cuya altura no es grande comparada con sus otras dos dimensiones) muestran acortamientos en la dirección de la carga y abombamientos en la dirección perpendicular a esta, cuando se sobrepasa el límite elástico del material a compresión (σaplicado > σE compresión). El límite elástico a compresión de un material es en general mayor que a tracción. Si un elemento mecánico bajo carga compresiva es esbelto, lo que significa que su altura es grande comparada con sus otras dos dimensiones, y la carga está alineada con la dirección más larga, se podrán producir fallas por deformación plástica o fractura, una vez el esfuerzo compresivo sobrepase la carga crítica de Euler o resistencia al pandeo (σaplicado > σEuler), donde el elemento se dobla lateralmente (figura 2.15 (b)). La resistencia al pandeo de Euler es de la pieza y no solo del material, ya que depende fuertemente de la sección resistente y del tipo de apoyos del elemento. Elementos tubulares pueden experimentar también fallas por pandeo, bajo cargas de flexión o torsión, cuando las láminas de sus paredes experimenten esfuerzos equivalentes de compresión que sobrepasen la resistencia de Euler (figura 2.15 (c)). En las fallas por pandeo las zonas donde se concentra el doblado corresponden a las de inestabilidad plástica.

Cuando se presentan cargas excesivas de contacto entre dos cuerpos, se pueden generar esfuerzos hertzianos que sobrepasen la resistencia a la deformación plástica local por aplastamiento (σaplicado > σaplastamiento), lo cual desemboca en fallas por aplastamiento o indentación (figura 2.15 (d)). Bajo carga de flexión se pueden generar doblados por deformación plástica (figura 2.15 (e)) cuando el esfuerzo sobrepase el límite elástico a flexión (σaplicado > σE flexión), el cual es en general mayor que el límite elástico a tracción; si es un momento torsor el que sobrecarga la pieza, se tendrá deformación permanente por rotación (figura 2.15 (f)), una vez el esfuerzo cortante sobrepase el límite elástico cortante (τaplicado > τE). Bajo la acción directa de un esfuerzo cortante, se puede generar deformación plástica cizallante (figura 2.15 (g)) cuando el esfuerzo aplicado sobrepase el límite elástico cortante (τaplicado > τE).

Figura 2.15 Aspecto de piezas que experimentaron deformación plástica

Nota. a) Tornillo con alargamiento y acuellamiento producido por una carga de tracción, que sobrepasó su límite elástico; (b) tijera de tren de aterrizaje de aeronave que falló por pandeo, al disminuirse la resistencia del material a consecuencia de un incendio; (c) viga de una grúa que falló por pandeo de lámina en el lado de compresión, producto de una sobrecarga a flexión; (d) pista interior de rodamiento, la cual presentó indentación o falla por aplastamiento por parte de los elementos rodantes, producto de una sobrecarga radial. Las flechas rojas indican la dirección de aplicación de la carga y las negras las zonas deformadas.

Fuente: elaboración propia.

Para poder observar evidencias del mecanismo de deslizamiento que ocurre dentro de los cristales metálicos, se debe preparar metalográficamente una cara del material por analizar previo a la deformación plástica. Una vez deformada esta probeta, se observará con la ayuda del microscopio óptico o electrónico en el interior de los granos, una serie de líneas o bandas dependiendo de su ancho, las cuales se deben a diferencias de elevación en la superficie pulida de la probeta. Estas líneas o bandas de deslizamiento no son más que la unión de muchos escalones de deformación debidos a este mecanismo. Las líneas de deslizamiento cambiarán de orientación al pasar de un grano a otro. En la figura 2.16 se puede observar el aspecto de las bandas de deslizamiento dentro de varios granos, cuando se observan al microscopio. Las líneas o bandas de deslizamiento no se observarán en probetas que se pulan y ataquen posteriormente a la deformación, ya que el pulimento elimina los escalones; luego, en piezas que hayan fallado por deformación plástica mediante deslizamiento este mecanismo solo se podrá evidenciar en el análisis de fallas, por encontrar los granos alargados en su conjunto, o evidencias del endurecimiento por deformación plástica, etcétera.

Figura 2.15 Aspecto de piezas que experimentaron deformación plástica (continuación)

Nota. (e) Tornillo con doblado producido por una sobrecarga a flexión; (f) eje con distorsión por rotación, debida a una sobrecarga a torsión; (g) platina con cizallamiento a partir de agujero, producido por una sobrecarga aplicada por el cuerpo de un tornillo. Las flechas rojas indican la dirección de aplicación de la carga y las negras las zonas deformadas.

Fuente: elaboración propia.

Figura 2.16 Esquema del aspecto de las líneas de deslizamiento en un metal policristalino

Nota. Preparado metalográficamente antes de deformarse plásticamente (izquierda); imagen de probeta de acero ASTM A36, que se sometió al procedimiento descrito bajo carga de tracción a temperatura ambiente, donde se pueden observar las líneas de deslizamiento, las cuales son paralelas en cada grano a las líneas rojas (derecha).

Fuente: elaboración propia.

El mecanismo de deformación plástica en metales por maclaje, contrariamente al deslizamiento, sí se puede observar en probetas pulidas y atacadas con posterioridad a la deformación, ya que la diferencia de orientación cristalográfica entre las zonas no deformadas y la zona maclada hace que los planos de macla sean revelados por el ataque químico. En la figura 2.17 se muestra el aspecto que presentarían granos con maclas, al ser observados al microscopio óptico o electrónico.

Figura 2.17 Aspecto de granos con maclas

Nota. Esquema del aspecto metalográfico del maclaje en un metal policristalino (izquierda); imagen de probeta de acero ASTM A36, que se deformó plásticamente mediante carga de impacto, donde se pueden observar las maclas en cada grano (derecha).

Fuente: elaboración propia.

Cuando se formen bandas de corte dentro de un metal, estas actuarán como zonas de inestabilidad plástica, ya que concentrarán la deformación en su interior. Ante inspección metalográfica se notará que dentro de la banda los granos estarán alargados, mientras que fuera de esta no mostrarán gran distorsión (figura 2.18, superior izquierda). Si dentro de la banda de corte se genera en muy corto tiempo una gran cantidad de calor, se podrá tener transformación microestructural local; afinándose el tamaño de grano o formándose estructuras fuera de equilibrio de elevada dureza y fragilidad, en este caso se tiene una banda de corte adiabática (figura 2.18, superior derecha). Si la pieza deformada no presenta zonas de inestabilidad plástica, sino que la deformación se da de manera homogénea en todo el volumen afectado (flujo plástico), se encontrará en inspección metalográfica que todos los granos se habrán alargado en la dirección de la deformación principal (figura 2.18, inferior). Dentro de cada grano en el flujo plástico generalizado, se tendrá la participación del deslizamiento o el maclaje. Para que se note el alargamiento de los granos en sección metalográfica, se requieren altos porcentajes de deformación generalizados o localizados en la pieza, por ejemplo, mayores al 25 %. En el diseño mecánico es común que se use el esfuerzo de fluencia (σF) en lugar del límite elástico, como el criterio para el inicio de deformaciones plásticas, esto es debido a que este esfuerzo es más sencillo de determinar a partir de los ensayos de material, además los dos esfuerzos tienen valores muy cercanos entre sí.

Figura 2.18 Secciones metalográficas de probetas de acero AISI 1045 en estado recocido, que se sometieron a carga de impacto

Nota. Zona con banda de corte, donde la deformación se concentra en los granos ubicados en la banda (superior izquierda); zona con banda de corte adiabática, donde el calentamiento asociado con la deformación provocó transformación microestructural dentro de la banda, generándose martensita no revenida de grano fino (superior derecha); zona con flujo plástico generalizado, donde todos los granos se alargaron en la dirección de deformación (inferior). Las flechas rojas indican la dirección de los esfuerzos cortantes. Todas las secciones se encuentran atacadas con nital al 3 %.

Fuente: elaboración propia.