avalanchas de dislocación

Las avalanchas de dislocaciones son eventos discretos rápidos durante la deformación plástica, en los que los defectos se reorganizan colectivamente. Este comportamiento de flujo intermitente se ha observado en microcristales, mientras que la plasticidad macroscópica aparece como un proceso continuo. El flujo plástico intermitente se ha observado en varios sistemas diferentes. En las aleaciones de AlMg, la interacción entre el soluto y las dislocaciones puede causar un salto repentino durante el envejecimiento de la deformación dinámica. ^{[ 1 ]} En el vidrio metálico, se puede observar mediante bandas de cizallamiento con localización de la tensión; ^{[ 2 ]} y en la plasticidad de monocristales , se muestra como un estallido de deslizamiento. ^{[ 3 ]} Sin embargo, el análisis de los eventos con diferencias de órdenes de magnitud en tamaños con diferente estructura cristalográfica revela una escala de ley de potencias entre el número de eventos y su magnitud, o flujo sin escala. ^{[ 4 ]}

Esta inestabilidad microscópica de la plasticidad puede tener profundas consecuencias en el comportamiento mecánico de los microcristales. El aumento del tamaño relativo de las fluctuaciones dificulta el control del proceso de conformado plástico. ^{[ 5 ]} Además, en muestras de tamaño reducido, la tensión de fluencia ya no está bien definida por el criterio de deformación plástica del 0,2 %, puesto que este valor varía de una muestra a otra. ^{[ 6 ]}

Se han estudiado efectos intermitentes similares en muchos sistemas completamente diferentes, incluyendo la intermitencia de la disipación de energía en el magnetismo ( efecto Barkhausen ), la superconductividad, los terremotos y la fricción. ^{[ 7 ]}

La plasticidad macroscópica se describe bien mediante el modelo continuo. Los movimientos de dislocaciones se caracterizan por una velocidad media.

${\displaystyle \tau =\rho b{\bar {v}}}$

que se conoce como la ecuación de Orowan. Sin embargo, este enfoque no logra explicar fenómenos de deformación intermitente bien conocidos, como la localización espacial del flujo de dislocaciones en "bandas de deslizamiento" ^{[ 8 ]} (también conocida como banda de Lüders ) y las fluctuaciones temporales en las curvas de tensión-deformación (el efecto Portevin-Le Chatelier, reportado por primera vez en la década de 1920). ^{[ 9 ] [ 1 ]}

Si bien la evidencia del comportamiento de flujo intermitente se conoce y se ha estudiado desde hace mucho tiempo, no ha sido hasta las últimas dos décadas que se ha desarrollado una comprensión cuantitativa del fenómeno con la ayuda de nuevas técnicas experimentales.

Las distribuciones de deformación por avalancha tienen la forma general ^{[ 5 ].}

${\displaystyle P(s)=Cs^{-\tau }exp[-(s/s_{0})^{2}]}$

donde C es una constante de normalización, t es un exponente de escala y s ₀ es la deformación característica de las avalanchas más grandes.

Las simulaciones dinámicas de dislocación han demostrado que${\displaystyle \tau }$a veces puede estar cerca de 1,5, pero también, muchas veces se observan exponentes más altos, con valores que pueden incluso aproximarse a 3 en circunstancias especiales. ^{[ 14 ] [ 15 ]} Si bien las predicciones de la teoría de campo medio tradicional sugieren el valor de 1,5, ^{[ 16 ] [ 17 ]} investigaciones de campo medio más avanzadas han demostrado que exponentes mayores pueden ser causados ​​por mecanismos no triviales, pero prevalentes en la plasticidad cristalina que suprimen las poblaciones de dislocaciones móviles. ^{[ 18 ] [ 19 ]}

En los cristales FCC, la velocidad escalada muestra un pico principal en la distribución con una curva relativamente suave, lo cual es esperado por la teoría excepto por cierta discrepancia a baja velocidad. ^{[ 20 ]} Sin embargo, en el cristal BCC, la distribución de la velocidad escalada es más amplia y mucho más dispersa. ^{[ 21 ]} El resultado también muestra que la velocidad escalada en BCC es mucho más lenta que en FCC, lo cual no es predicho por la teoría de campo medio. Una posible explicación de esta discrepancia se basa en la diferente velocidad de movimiento de las dislocaciones de borde y de tornillo en los dos tipos de cristales. En los cristales FCC, las dos partes de la dislocación se mueven a la misma velocidad, lo que resulta en un perfil de avalancha promedio suave; mientras que en los cristales BCC, los componentes de borde se mueven rápido y escapan rápidamente, mientras que las partes de tornillo se propagan lentamente, lo que arrastra la velocidad general. Basándonos en esta explicación, también esperaremos una dependencia de la dirección de los eventos de avalancha en los cristales HCP, de los cuales actualmente no hay datos experimentales.

• Dislocación
• Deslizamiento (ciencia de los materiales)
• Intermitencia
• La banda de Lüders
• Efecto Portevin-Le Chatelier
• Efecto Barkhausen