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.
2.2.4 Fluencia lenta o termofluencia
Se trata de un modo de falla por deformación plástica, mediante el cual, una pieza experimenta deformación permanente que incrementa con el paso del tiempo, estando sometida a un esfuerzo constante, cuyo valor es inferior al límite elástico o la resistencia a la fluencia del material (figura 2.19). El proceso de deformación se da una velocidad lenta, menor que la experimentada en la deformación plástica cuando se supera el esfuerzo de fluencia, por ello se le clasifica como un modo de falla por deformación plástica dependiente del tiempo. La deformación se da mediante un proceso viscoso que se presenta dentro del material (comportamiento similar al de un fluido), el cual se puede dar si el material se encuentra por encima de una temperatura mínima que activa el fenómeno.
Figura 2.19 Comportamiento del esfuerzo versus el tiempo en las fallas por deformación plástica mediante fluencia lenta o termofluencia
Fuente: elaboración propia.
La deformación total que experimentará una pieza en régimen de termofluencia será la suma de: (1) la expansión térmica, que se genera durante el calentamiento de la pieza; (2) la deformación elástica ∈0, la cual se da en el proceso de carga inicial del elemento; y (3) la deformación por termofluencia, que constituye el componente viscoso retardado en el tiempo. Al analizar