¿Por qué el acero dulce tiene puntos de rendimiento superior e inferior, mientras que el aluminio tiene solo un punto de rendimiento?

Answer 1

Veamos la causa del punto de rendimiento más bajo.

El espacio intersticial entre el átomo de hierro es más pequeño que el sitio de dislocación

• Dado que el tamaño de las impurezas intersticiales (C, N) es mayor que el espacio intersticial, produce una gran cantidad de tensión de compresión en el átomo de hierro del huésped. Debido a esto, los átomos de carbono y nitrógeno buscan una posición cómoda y difusa hacia los sitios de dislocación porque tiene un espacio más grande. Esto produce una atmósfera rica en carbono llamada atmósfera COTTREL.
• Estos átomos de Cottrel producen un campo de deformación en los sitios de dislocación. Cuando se aplica carga sobre el material, se requiere una tensión ligeramente mayor para romper esta atmósfera de Cottrel y saltar la dislocación a nuevos sitios, por eso aparece el punto de límite superior en el material.
• Una vez que la dislocación saltó a los nuevos sitios, no hay atmósfera de Cottrel, por lo que se requiere un esfuerzo ligeramente menor para mantener la dislocación en movimiento y esa es la razón por la que aparece un punto de rendimiento más bajo.
• Debido a que el acero dulce tiene una baja cantidad de carbono y hay una cantidad insignificante de átomos de C, N para formar rápidamente la atmósfera de Cottrel en los nuevos sitios de dislocación (de hecho, los átomos de C, N tardan de 1,5 a 2 años en llegar al nuevo sitio de dislocación y nuevamente formando la atmósfera de Cottrel) . Pero el acero de carbono medio y alto tiene una cantidad abundante de carbono, por lo que forma una atmósfera de Cottrel en los nuevos sitios de dislocación rápidamente y esa es la razón por la cual no hay un punto de rendimiento más bajo cuando se aplica la carga.
• Puedes pensar de la misma manera en el caso del aluminio también.

Answer 2

El acero suave muestra una transición localizada del comportamiento elástico al plástico en lugar de tener una curva de flujo con transición gradual, como es el caso del aluminio. En el caso del fenómeno del punto de fluencia (acero dulce), con el aumento de la tensión elástica, la carga aumenta de manera constante, luego disminuye repentinamente y fluctúa alrededor de un valor constante y luego aumenta aún más. La carga a la que ocurre la caída repentina se conoce como punto de rendimiento superior , el valor constante se conoce como punto de rendimiento inferior.
Este fenómeno del punto de fluencia está asociado con impurezas intersticiales y sustitucionales en el caso del acero dulce. El carbono intersticial (1.541 Angstrom) y el nitrógeno son mucho más grandes en comparación con el vacío (0.385 Angstrom) que ocupan en ferrita. Por lo tanto, tienden a segregarse a los vacíos para minimizar su energía de distorsión, creando así una atmósfera alrededor de las dislocaciones conocidas como atmósfera de Cottrell. El esfuerzo de ruptura requerido para que las dislocaciones atraviesen los átomos de soluto se hace grande y esto da lugar al punto de fluencia superior. Cuando se aplica una cantidad suficiente de tensión y las líneas de dislocación se liberan de los átomos de soluto, el deslizamiento ocurre con una tensión relativamente más baja. Las dislocaciones liberadas en los planos de deslizamiento se acumulan en los límites del grano y la tensión producida por las acumulaciones junto con la tensión aplicada en el siguiente grano desbloquean más fuentes de dislocación causando un punto de rendimiento más bajo.

Pero en el caso del aluminio hay dislocaciones móviles, por lo que muestra un comportamiento de rendimiento continuo. Sin embargo, en algunas aleaciones de aluminio con un tamaño de grano muy fino, se observa un fenómeno de punto de fluencia.

Answer 3

La presencia de un límite elástico superior se debe principalmente a la presencia de impurezas intersticiales. También podría deberse a impurezas de sustitución. Los átomos de soluto (C o N) en los aceros con bajo contenido de carbono bloquean las dislocaciones, lo que aumenta las tensiones iniciales de rendimiento.

Este aumento lleva al punto de mayor rendimiento. Sin embargo, el estrés requerido para romper este enclavamiento se da como

[matemáticas] \ sigma \ aprox \ frac {A} {b ^ 2r_o ^ 2} [/ matemáticas]

donde [math] \ sigma [/ math] es el esfuerzo de ruptura requerido, [math] r_o [/ math] es la distancia desde el núcleo de dislocación a la línea de átomos de soluto (alrededor de 0.2 nm)

y [matemáticas] A = 4Gba ^ 3 \ epsilon [/ matemáticas]

[matemática] G, a, b [/ matemática] son ​​el módulo de corte, el radio atómico y la magnitud del vector Burgers.

Cuando la dislocación se libera, el deslizamiento ocurre en un nivel más bajo de tensión, de ahí el punto de fluencia más bajo.

Answer 4

El acero dulce tiene un límite elástico porque,

1. El porcentaje de carbono es inferior al 3% (es decir, el carbono ocupa el sitio intersticial del hierro, ya que hay menos carbono en el acero dulce, los sitios vacantes son más).

2. En la atmósfera, el acero dulce contiene los átomos de nitrógeno y carbono. La atmósfera rica en hidrógeno y carbono se llama atmósfera cotrell.

3.Estos carbono y nitrógeno se formaron como un plano de dislocación en la estructura cristalina del acero dulce. Necesita más carga para desplazarse. Como resultado, aparece el punto de rendimiento superior. Una vez que se disloca, requiere tiempo para establecerse en los intersticiales, por lo que el requisito de carga adicional es menor, por lo que aparece un punto de rendimiento inferior.

Answer 5

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Excelente descripción por el Dr. Swadesh Singh