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La fluencia está causada fundamentalmente por la movimiento térmicamente activado de defectos dentro de la estructura del material. A temperaturas elevadas, estos defectos (principalmente vacantes y dislocaciones) se mueven y reordenan, provocando tensiones permanentes bajo esfuerzos sostenidos.
La fluencia en los materiales no es simplemente un fallo macroscópico; es un proceso complejo e irreversible impulsado por la física microestructural. Cuando los componentes funcionan a temperaturas superiores a su temperatura homóloga crítica (normalmente 0,4Tm), se dispone de suficiente energía térmica para activar procesos atómicos o microestructurales. Esta energía permite que los defectos cristalinos superen las barreras energéticas locales.
La deformación permanente se rige, por tanto, por tres categorías principales de movimiento dentro de la red cristalina y la estructura de grano:
- Movimiento de dislocación: Movimiento de defectos lineales (dislocaciones) a través de la red cristalina mediante ascenso y deslizamiento.
- Difusión atómica: Migración de átomos o vacantes a través de la red o a lo largo de los límites de grano.
- Deslizamiento de los límites de grano (GBS): Movimiento tangencial relativo de granos adyacentes.
El mecanismo dominante depende en gran medida de las condiciones específicas de tensión y temperatura. Comprender qué mecanismo controla la velocidad de deformación es el primer paso para realizar una simulación de fluencia.
Dado que múltiples procesos activados térmicamente impulsan esta degradación del material. El resultado fluencia en materiales rara vez está controlada por un único factor. De hecho, la velocidad de deformación macroscópica depende en gran medida de la interacción específica de la tensión aplicada, la temperatura y la microestructura (como el tamaño de grano). Por tanto, para realizar simulación de fluencialos ingenieros deben definir rigurosamente las leyes cinéticas fundamentales que rigen cada proceso físico dominante. Las siguientes secciones detallan estos mecanismos esenciales, incluyendo la fluencia por dislocación y la fluencia por difusión, que dictan la respuesta dependiente del tiempo del material.
2.1. Fluencia controlada por difusión (baja tensión/Nabarro-Herring y Coble)
Los procesos de difusión dominan la respuesta de fluencia a altas temperaturas y bajas tensiones.
- Fluencia de Nabarro-Herring (difusión reticular):Este mecanismo implica la difusión de átomos a través de la red cristalina (difusión masiva). El movimiento es impulsado por gradientes de vacantes inducidos por la tensión. En consecuencia, la velocidad de deformación por fluencia escala inversamente con el cuadrado del tamaño de grano (
).
donde 
es la velocidad de deformación, σ es la tensión aplicada, d es el tamaño de grano, Qd es la energía de activación para la difusión, R es la constante universal de los gases, T es la temperatura absoluta y A1 es una constante dependiente del material.
- Fluencia de Coble:Este mecanismo implica un transporte atómico concentrado a lo largo de los límites de grano. La fluencia de Coble predomina en los materiales de grano fino. Por lo tanto, la velocidad de deformación escala inversamente con la cubo del tamaño de grano ().
2.2. Fluencia de dislocación (fluencia de ley de potencia/ley de Norton)
La fluencia por dislocación controla la deformación a niveles de tensión de moderados a altos. Se caracteriza por el movimiento de las dislocaciones. Las dislocaciones se mueven por deslizamiento y por activación térmica. escalar.
La fluencia permite a las dislocaciones sortear obstáculos intercambiando vacantes con la red. La velocidad de deformación en estado estacionario sigue la ley de potencia de Norton, en la que la velocidad es proporcional a la tensión elevada a una potencia n. En el caso de la fluencia de dislocaciones, el exponente de la tensión suele oscilar entre 3 y 8.
La ecuación demuestra claramente la dependencia exponencial de la temperatura (T) y la dependencia no lineal de la tensión (
), donde es el exponente de tensión.
2.3. Fluencia por arrastre de soluto
La fluencia por arrastre de soluto es un mecanismo caracterizado por la resistencia impuesta por los átomos de soluto al movimiento de la dislocación. Los átomos de soluto se agrupan alrededor del núcleo de la dislocación, formando un Atmósfera de Cottrell. En consecuencia, la dislocación requiere una mayor energía para desprenderse de esta agrupación. Este mecanismo mejora la resistencia a la fluencia al aumentar la energía de activación efectiva necesaria para el movimiento de la dislocación.
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