Debido a la tendencia global de reducir el consumo de energía y de emisiones de CO2, las aleaciones de Magnesio como material muy ligero están despertando un gran interés en la industria del transporte. Investigadores del Instituto IMDEA Materiales en colaboración con prestigiosos centros de investigación Europeos, han propuesto una metodología mediante experimentos y simulación para analizar la plasticidad en tres dimensiones a nivel microscópico este tipo de materiales.
La reducción del peso de los vehículos de transporte es una tendencia mundial cuyo objetivo es disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero y la cantidad de combustible requerido. Las aleaciones de magnesio (Mg) son materiales esenciales para reducir peso, ya que su resistencia específica es una de las más altas entre todos los metales estructurales. Por ello, estas aleaciones están siendo ampliamente investigadas con el objetivo de incrementar sus posibilidades de comercialización para la fabricación de componentes en industrias relacionadas con el transporte ligero. Entre los distintos mecanismos de deformación, responsables del comportamiento mecánico de dichas aleaciones, el maclado es uno de los más relevantes. La interacción entre las maclas y las fronteras de grano es un fenómeno todavía bastante desconocido.
Ana Fernández, investigadora pre-doctoral perteneciente al grupo de Metalurgia Física de IMDEA Materiales, que lidera la Dra. Teresa Pérez-Prado, ha completado un estudio acerca de la influencia de la desorientación de las fronteras de grano en la propagación de las maclas en la aleación de magnesio AZ31 (Mg-3%Al-1%Zn). Este estudio ha sido llevado a cabo en colaboración con el Prof. A. Jérusalem (University of Oxford) y el Dr. I. Gutiérrez-Urrutia (Max-Planck Institute for Iron Research, Düsseldorf).
La metodología utilizada para abordar esta investigación combina experimentación, mediante técnica de difracción de electrones retrodispersados (EBSD) en tres dimensiones, con modelización en el continuo (modelos de plasticidad cristalina). Esto ha permitido analizar cómo las variantes de macla se transfieren a través de fronteras con ángulos de desorientación que varían entre 15 y 65 grados. Tanto los experimentos como las simulaciones confirman que la transferencia tiene lugar más fácilmente cuando la desorientación es baja. A medida que ésta aumenta se generan tensiones locales altas en la vecindad de las fronteras de grano, y esto da lugar a que las variantes nucleadas en los granos vecinos no sean las que poseen el mayor factor de Schmid (FS) con respecto a la tensión aplicada. Para ángulos mayores de 50 grados no se observa transferencia alguna. En este caso las tensiones locales son tan elevadas que causan deformaciones plásticas en zonas próximas a la intercara que no obedecen a la ley de Schmid global. Esta investigación ha permitido así mismo relacionar la geometría de las variantes de macla con su FS. Así, se ha comprobado que, si una variante tiene una orientación muy favorable, adopta una forma de disco. Sin embargo, variantes con FS más bajos tienen morfologías muy irregulares. Estas consideraciones deben ser incorporadas en modelos que pretendan proporcionar una descripción completa de la deformación plástica de las aleaciones de magnesio.
Este estudio ha sido publicado en la prestigiosa revista científica Acta Materialia. (A. Fernández, A. Jérusalem, I. Gutiérrez-Urrutia, M.T. Pérez-Prado. Three-dimensional investigation of the grain boundary-twin interactions in a Mg AZ31 alloy by electron backscatter diffraction and continuum modeling. Acta Materialia, 61:7679-7692, 2013. DOI:10.1016/j.actamat.2013.09.005).
Figura. Mapa de 3D-EBSD del volumen analizado. La leyenda de colores de orientaciones es incluida en la imagen.
