Inhomogeneidad del campo de deformaciones

Más allá del análisis de la evolución temporal de las deformaciones, también es de interés estudiar cómo se desarrolla la totalidad del campo de deformaciones a medida que el ensayo va progresando. Es común, en un ensayo de tracción uniaxial, asumir que la deformación se distribuye de manera homogénea en el área de la longitud calibrada de la muestra. Sin embargo, la deformación local de cada

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punto puede diferir en menor o mayor medida del valor macroscópico, influenciada principalmente por la textura y la microestructura local. Más allá de que en los gráficos temporales se observa que en todos los casos la deformación se va concentrando en una franja progresivamente más pequeña, lo que se observa es sólo una línea correspondiente al eje central de la muestra y no cómo es la distribución espacial de las deformaciones sobre el total de la superficie. Es por ello que un análisis del área completa resulta útil para visualizar si hay desarrollo de bandas de deformación localizada, o zonas de índole macroscópica cuya deformación dista de ser homogénea.

Para el análisis de campo completo, se optó por tomar la muestra RD-1, ya que es la que mayor deformación macroscópica presentó. Sobre la curva de carga se marcaron siete instantes considerados característicos, etiquetados con letras de la A hasta la G, en los que los campos de deformaciones serán analizados, mostrados en la Figura 7.8.

Figura 7.8: curva de tensión verdadera-deformación verdadera de la muestra RD-1, con siete puntos indicados de la A hasta la G correspondientes a los mapas de deformación y velocidad de deformación

estudiados

Posteriormente, se graficaron los campos completos para las componentes de deformación longitudinal, 𝜀𝑦𝑦, y transversal, 𝜀𝑥𝑥, los cuales se muestran en la Figura 7.9. Cada campo de

deformaciones está etiquetado por la letra que lo asocia a cada punto de la curva de carga, de modo de conocer a qué momento del comportamiento macroscópico corresponde. En los campos de deformaciones A y B se puede ver que la distribución de ambas deformaciones, tanto la longitudinal como la transversal, no es homogénea sobre la superficie de la probeta. Los campos posteriores, y especialmente los de las deformaciones longitudinales, muestran dos fenómenos combinados. Por un lado se observa que hay una concentración macroscópica de la deformación en una franja progresivamente más pequeña, lo cual coincide con lo que muestran los gráficos de evolución temporal presentados anteriormente. Por otro lado se distingue la presencia de múltiples bandas de localización entrecruzadas, regularmente espaciadas y con ángulos de inclinación iguales. Ya en el instante identificado con la letra C (𝜀1=0.37), las bandas son completamente distinguibles. El incremento de la

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finalmente produce la falla del material. La presencia de múltiples bandas fue reportada por Héripré et al. (2007) para una deformación macroscópica de 2.5% de tracción uniaxial sobre zirconio, aunque en su caso son a escala microscópica. Efstathiou et al. (2010) también observaron un patrón de múltiples bandas a escala microscópica, al tensionar uniaxialmente titanio puro policristalino.

Figura 7.9: evolución del campo de deformación en instantes seleccionados en curso del ensayo de tracción. Superior: 𝜺𝒚𝒚; inferior: 𝜺𝒙𝒙

La Figura 7.9 muestra que la distribución de la deformación es heterogénea en todos los casos mostrados. Sin embargo, es difícil poder evaluar y comparar la heterogeneidad en cada caso, ya que el nivel de deformación de cada mapa es diferente. Por ello, es de interés evaluar las inhomogeneidades locales independientemente de los valores absolutos de deformación, calculando la variación porcentual en cada punto entre la deformación local y la promedio de toda la muestra. La Figura 7.10 presenta los valores obtenidos para los campos de deformaciones longitudinales y transversales mostrados en la Figura 7.9. Al comparar las variaciones de las deformaciones 𝜀𝑦𝑦 y 𝜀𝑥𝑥, se puede ver que en los instantes

A, B y C los campos de la deformación transversal son más inhomogéneos que los longitudinales. Luego, en las figuras D a la G se distingue muy bien la formación de múltiples bandas entrecruzadas. Además, es muy interesante ver que las bandas que finalmente no resultan en estricción se mantienen aproximadamente en el mismo nivel de heterogeneidad (15-20%) respecto a la deformación promedio en el momento de su formación. Éstas se observan entre los 20 y 30 mm de longitud de la muestra. Por otro lado, la estricción muestra lógicamente el mayor valor de variación porcentual, de 75%. Padilla et

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al. (2012) utilizaron el mismo tipo de gráficos para cuantificar la heterogeneidad de la deformación en zirconio a escalas microscópica y mesoscópica.

Figura 7.10: mapas de desviación porcentual de la deformación respecto al promedio. La barra de colores indica la variación en porcentaje (%) de los valores locales de 𝜺𝒚𝒚(superior) y 𝜺𝒙𝒙 (inferior) respecto al

valor promedio de cada mapa

Algunos trabajos han reportado el desarrollo de campos heterogéneos de deformación en materiales HCP, a escala microscópica. Por ejemplo, Kang et al. (2013) estudiaron la evolución de la deformación por tracción en una chapa de magnesio (AZ31) con una textura basal intensa y observaron que la deformación en el espesor era muy baja, lo que produjo una ocurrencia prolongada de estricción difusa sin desarrollo de estricción localizada. Además encontraron que el campo de deformación que se produce es inhomogéneo desde momentos tempranos del ensayo. En un estudio similar, Padilla et al. (2012) combinaron técnicas de EBSD y DIC para estudiar de manera exhaustiva las inhomogeneidades en la deformación de una chapa de aleación de zirconio con textura basal. Sus resultados muestran que,

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a nivel microscópico, se desarrolla un campo de deformaciones inhomogéneo al efectuar compresión en la dirección perpendicular a los planos basales, caracterizado por la formación de bandas de localización orientadas a aproximadamente 45°. Lunt et al. (2017) estudiaron recientemente la relación entre macro zonas de textura y la distribución de la deformación por tracción de una chapa de aleación de titanio Ti- 6Al-4V. En su trabajo observaron que, según la dirección de la solicitación, las zonas de macro textura posicionan más o menos favorablemente diferentes sistemas de deslizamiento, de modo que hay regiones que resultan más blandas y otras más duras, generando inhomogeneidades en el campo de deformación. Los estudios mencionados anteriormente, si bien no son específicos de zinc, se aplican a materiales de estructura HCP con una textura fuertemente desarrollada, lo cual condiciona el campo de deformación que se produce.