Mecanismos de Endurecimiento por Solución Sólida en Aleaciones Metálicas

Endurecimiento por Solución Sólida

Distorsión de Red

Debido a la diferencia de tamaño, al introducir el átomo de soluto en la red del material base, los átomos que quedan alrededor de él son desplazados de sus posiciones de equilibrio, distorsionándose la red cristalina. Esto lleva asociados unos campos de tensiones, que, de tratarse de átomos intersticiales, producen tensiones normales y de cizalladura, mientras que los de sustitución las producen normales tan solo.

Estas tensiones interaccionan con los campos de tensiones asociados a las dislocaciones, y se generarán unas fuerzas más o menos intensas, entorpeciendo el avance de las dislocaciones y obligando a aumentar la tensión exterior aplicada (endurecimiento). Los átomos intersticiales interaccionan con todo tipo de dislocaciones, pudiendo ser causa de fragilidad por frenar en exceso las dislocaciones, impidiendo la deformación plástica.

Los átomos sustitucionales, en cambio, solo interaccionan con las dislocaciones en arista, ya que las helicoidales no generan tensiones normales a su alrededor. Esto genera menor fragilidad. Aun así, estos átomos pueden llegar a asociarse acumulándose en una cierta zona del cristal, apareciendo a su alrededor tensiones de cizalladura y pudiendo interaccionar con las helicoidales, aumentando en mayor medida la dureza. Si el átomo sustitucional es de menor tamaño que el del disolvente, generará tensiones de tracción (situándose en el lado de compresión de la dislocación) a su alrededor, y si es mayor, de compresión (situándose en el lado de tracción de la dislocación).

Endurecimiento por Diferencias en el Módulo Elástico

La energía asociada a una dislocación es proporcional al módulo de cizalladura (G), el cual a su vez está relacionado con el módulo elástico. Si en la estructura existen átomos de soluto con distinto módulo de cizalladura, se introducen variaciones en la energía, lo que puede producir efectos repulsivos o atractivos entre las dislocaciones y el soluto.

Si el átomo de soluto disminuye G, habrá una fuerza de atracción, y si lo aumenta, de repulsión.

Envejecimiento Estático

Para poner en movimiento las dislocaciones o permitir el nacimiento de otras nuevas, se requiere una tensión mínima mayor que la prevista, ya que las dislocaciones han de ser liberadas de las atmósferas de soluto. Una vez se ha conseguido esto, avanzarán a una velocidad cada vez mayor. Además, si una gran cantidad de dislocaciones se liberan a la vez, habrá deformación plástica sin necesidad de incrementar la tensión. Así, se genera una zona de cedencia, en la que el material se deforma a una tensión prácticamente constante.