Fundamentos de Difractometría de Rayos X y el Fenómeno de Acritud en Metales

Difractometría de Rayos X

La herramienta más útil para estudiar la estructura cristalina es la difracción de rayos X. Estos tienen una longitud de onda aproximadamente igual a la distancia de separación de los átomos en los sólidos. Cuando estos rayos se dirigen hacia un material cristalino, los planos de los átomos en el cristal los difractarán.

Explicación del método

Si un haz de rayos X choca contra un conjunto de planos cristalinos a un ángulo arbitrario, generalmente no habrá un haz reflejado, porque los rayos reflejados de los planos del cristal deben viajar a diferentes longitudes y tenderán a estar fuera de fase o cancelarse entre sí. Sin embargo, si choca a un ángulo específico, conocido como ángulo de Bragg (θ), los rayos reflejados estarán en fase porque la distancia viajada será un número entero de las longitudes de onda.

Si “d” es el espacio entre planos y “θ” el ángulo de incidencia, se obtiene la fórmula de la Ley de Bragg:

• Difractografía: Es una gráfica donde aparecen con colores todos los compuestos de un material. Se utiliza para comprobar las proporciones de los elementos de un material compuesto.
• Difractograma: Está compuesto por dos ejes: el vertical nos indica el número de destellos que tiene cada plano y el horizontal representa el ángulo (2θ). En la familia de planos, cuanto más a la izquierda se sitúen, mayor es la distancia interplanar.

Acritud: Endurecimiento por Deformación

La acritud se define como el endurecimiento de un material por deformación elastoplástica en frío, debido al deslizamiento de dislocaciones. Cuando se somete un metal a tensiones superiores al límite elástico, tiene lugar la deformación plástica además de la elástica.

Generalmente, para incrementar la deformación plástica debe aumentarse la tensión aplicada que, en este caso, no tiene proporción con la deformación tal y como se define en la ley de Hooke (no sigue una ley lineal con la elasticidad). En la gráfica, se observa una curva más allá del límite elástico. En la deformación plástica intervienen mecanismos de desplazamiento de material que, principalmente, se deben al deslizamiento de dislocaciones.

La teoría de las dislocaciones cristalinas para explicar la deformación plástica de sólidos cristalinos es la más aproximada a la realidad y ha sido comprobada experimentalmente.

Fuentes y mecanismos de dislocación

El propio proceso de deformación plástica pone en marcha mecanismos por medio de los cuales se generan nuevas dislocaciones en el interior del grano cristalino. Las fuentes de dislocaciones más importantes son:

1. Fuentes de Frank-Read: Generan nuevas dislocaciones a partir de dislocaciones compuestas.
2. Dislocaciones simples: Pueden transformarse en fuentes de Frank-Read.
3. Otros mecanismos complejos: Como la interacción de dislocaciones simples con los bordes del grano y otras discontinuidades o defectos puntuales (reticulares: vacantes, inserciones, dislocaciones).

Causas del endurecimiento por deformación en frío

El origen del endurecimiento por deformación en frío reside en la finalización progresiva del deslizamiento por la formación de un enrejado de dislocaciones, debido principalmente a dos causas:

1. Cuando en su movimiento una dislocación encuentra un obstáculo y se detiene porque la tensión de cortadura (τ) aplicada no es suficiente para rebasarlo, otras dislocaciones que le siguen suelen apilarse en sus proximidades. Esto origina entornos de alta densidad de dislocaciones sobre una matriz con tensión elástica, donde el material aún no se ha relajado.
2. Cuando las dislocaciones se cruzan de forma perpendicular, la distorsión producida impide la progresión del deslizamiento de ambas dislocaciones. Esto produce un apilamiento de dislocaciones en el entorno sobre la matriz con tensión elástica.

De lo anterior, podemos afirmar que el enrejado de dislocaciones producido, conjuntamente con la porción de la matriz a tensión elástica, es la causa del endurecimiento producido por la deformación en frío. Es decir, la energía elástica retenida en la matriz por el entorno plástico del enrejado de las dilataciones es la responsable del aumento de dureza y resistencia del material deformado en frío.

Consecuencias de la acritud

• Aumento del endurecimiento y la resistencia del material.
• Si cesamos la aplicación de tensión en el punto de resistencia máxima (Rmax) y volvemos a deformar, el material partirá de dicho valor Rmax como momento inicial.