Las hoyuelas en las superficies de fractura nanocristalinas como evidencia de la formación del plano de cizallamiento

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Ingeniería Mecánica Ingeniería Mecánica.
• Física Física es la física de las cosas.

Sus antecedentes:

• Los materiales nanocristalinos exhiben una mayor dureza pero reducen el alargamiento hasta la falla, a menudo mostrando un comportamiento quebradizo.
• Las superficies de fractura de estos materiales a veces muestran estructuras de hoyuelos, indicativas de mecanismos de fractura dúctil.
• Las razones subyacentes de esta aparente contradicción en el comportamiento de la deformación siguen siendo incompletamente comprendidas.

Objetivo del estudio:

• Investigar los mecanismos responsables de las características de fractura dúctil observadas en materiales nanocristalinos frágiles.
• Para aclarar el papel de la desorientación de los granos y la acomodación de los límites en la deformación plástica de las estructuras nanocristalinas.
• Establecer un vínculo entre las características de los límites de grano y la ductilidad general de los materiales nanocristalinos.

Principales métodos:

• Realización de experimentos de tracción en materiales nanocristalinos totalmente densos con un tamaño de grano medio inferior a 100 nanómetros.
• Analizando las superficies de fractura para identificar y caracterizar las características microstruturales, tales como estructuras de hoyuelos.
• Emplear simulaciones atomísticas a gran escala para modelar los mecanismos de deformación a nanoescala y comprender las interacciones de los granos.

Principales resultados:

• Las pruebas de tracción confirmaron un aumento de la dureza y una disminución significativa del alargamiento a la falla, consistente con el comportamiento frágil.
• Las estructuras de hoyuelos se observaron consistentemente en las superficies de fractura, lo que sugiere una falla dúctil localizada.
• Las simulaciones atomísticas revelaron que los granos agrupados con desorientaciones específicas impiden la acomodación de los límites de los granos, lo que lleva a planos de cizallamiento localizados y a la formación de hoyuelos.

Conclusiones:

• Las estructuras de hoyuelos observadas en materiales nanocristalinos frágiles se atribuyen a planos de cizallamiento localizados alrededor de grupos de granos mal orientados.
• Estos granos agrupados, debido a su desorientación, no pueden acomodar la deformación de manera efectiva en los límites del grano, lo que limita la deformación plástica general.
• Los hallazgos sugieren fuertemente que una prevalencia de límites generales de granos de ángulo alto es esencial para lograr una buena ductilidad en materiales nanocristalinos.