Ciencias De Los Materiales

Resumen Capítulo 2 Ciencias de los Materiales

Estructuras cristalinas de los materiales:

Sustancia cristalina es aquella donde las especies químicas que los constituyen se encuentran geométricamente ordenado a escala geométrica, esta ordenación interna se puede verse reflejada en elementos geométricos visibles: Sustancia definida Cristales. Si la disposición de los átomos es sólo localizada y no se repite en3 dimensiones, es material amorfo o no cristalino.

Niveles del arreglo atómico en los materiales son:

1_Gases Inertes no tienen orden en sus átomos.

2_Vapor de agua, vidrios y otros materiales, tienen un orden en una distancia muy corta.

3_Los metales y otros sólidos tienen un orden regular de los átomos que se extiende por todo el material.

Tipos de Estructuras Cristalinas:

Si los átomos o iones de un sólido están ordenado según una secuencia que se repita en el espacio, forman un sólido que tienen estructura cristalina, y estos materiales son conocidos como cristalinos o sólido cristalino.

Sistemas Cristalinos y redes de Bravais:

Bravais mostró que 14 celdas unidad estándar podrían describir todas las estrucutras retícula posible.Los estudios han demostrado que son solo 7 los tipos diferentes de celdas unidad para crear todas las redes puntuales.

_Cúbica Simple, Centrada en las caras, Centrada en el cuerpo.

_Tetragonal Simple, Tetragonal centrada en el cuerpo ,Hexagonal, Ortorrombica simple, Ortorrombica centrada en el cuerpo, Ortorrombica centrada en las bases, Ortorrombica centrada en las caras, tomboedrica, Monoclínica simple, Monoclínica Centrada en las bases, Triclinica.

Celda Unitaria: Es la subdivisión de la red cristalina que sigue conservando las características generales de toda la red. Hay 4 tipos básicos de esta en que cada sistema cristalino podrían cristalizar y son: Sencilla, Centrada en el cuerpo, Centrada en las caras, Centrada en la base.

Principales Estructuras Cristalinas Metálicas:

Alrededor del 90% de los metales cristalizan al solidificar en 3 estrucuturas cristalinas de empaquetamiento compacto

BCC cúbica centrada en el cuerpo BCC Es.C.Cúbica de cuerpo centrado HCP hexagonal Compacta

_Formada por un átomo del metal en cada uno de los vértices de un cubo y un átomo en el centro.

_Materiales que se cristalizan a tº ambiente: hierro alfa, titanio, cromo, sodio , potasio.

_La red BCC está conformada por 2 átomos.

_Arista del cubo a= (4.R/√3)

_Esta Estructura no es totalmente compacta, ya que los átomos no ocupan todo el espacio.

_FCA DE 68 % del volumen de la celdad unidad está ocupado por átomos.

_Esta red tiene una distribución de un átomo compartido en cada vértice y de un átomo compartido en cada cara del cubo.

_El total de átomos necesarios para conformar la red de FCC son: 1 átomo por los vértices, 3 átomos compartidos por sus seis caras, en total son 4 átomos.

_Arista del cubo a= (A.R/ √2).

_El Factor de Empaquetadura es del 74%.

_Materiales metálicos que cristalizan son: Aluminio, Plomo, Plata, Platinio, Níque, Cobre.

_Cristal Mayor densidad y tamaño. _Se encuentra en cada vértice del prima hexagonal.

_Se forma por 6 átomos, tres propios de la red más uno compartido por sus dos caras y dos que comparten en los vértices de los bases.

_El FCA para la celda unitaria es de 74%.

_Materiales que se cristalizan en esta red de HCP son : Cadmio, Cinc, Magnesio, Cobalto, Circonio, Titanio, Berilio.

Densidad Factor de Empaquetamiento

_Al saber la estructura cristalina de un sólido metálico permite calcularla

ρ=n*(A/Na)/ V

Na :Nº de Avogadro 6,023*10 ^23 (àtomo /mol) A: Peso Atómico Vc: Volumen de la celdad Unidad n: Nº de átomos asociados a la estructura _Esto es debido a que se libera energía a medida que los átomos se aproximan y se enlazan fuertemente entre sí.

_Llamado también Factor de Condensación Atómica.

█(@Volumen de átomos en la celda unitaria)/(Volumen de la celda UNitaria)

_Los cristales FCC y HCP tienen las configuraciones compactas con mayor densidad.

_No tiene unidad de medida.

Poliformismo o Alotropía:

Es la capacidad de los Materiales cristalinos para asumir dos o más estructuras cristalinas.Los materiales que presentan esta situación se llaman materiales polimorfos o que sufren cambios alotrópicos con elevadas tº a presión atmosférica.

_Los materiales metales y no metales puedes tener más de una estructura cristalina bajo condiciones de tº y presión.

_Además el Alotropismo es un factor importante en el tratamiento térmico de los metales, como soldadura y otro aspecto importante es que los que tienen estas propiedades van cambiando su volumen a medida que va cambiando su estructura cristalina.

Ejemplos de materiales con esta capacidad: Hierro, Sílice.

Hierro: de_ -273 ºC a 910 (BCC) hierro Alfa

_910 a 1394 (FCC) Hierro Gamma

_1394 a 1539 (BCC) Hierro Alfa

Solidificación de metales:

La solidificación de los metales y aleaciones metálicas es un proceso industrial importante porque la mayoría de los metales se obtienen por procesos de fundición para luego ser moldeados, colada continua y finalmente son sometidos a procesos de deformaciones que son necesarios para obtener productos de aplicación industrial.Los metales que se utilizan comúnmente en la manufactura de diversos productos constan de muchos cristales individuales orientados al azar (granos), Las estructuras metálicas no son monocristalinos sino POLICRISTALINAS

Un metal fundido que comienza a solidificar , los cristales empiezan a formarse independientemente uno de otros en varios lugares dentro de la masa líquida, tienen orientaciones al azar y sin relación unas con otras .Después , cada uno de ellos crece en una estructura cristalina o grano.

,

Proceso de Solidificación de una mezcla o Aleación:

_Formación de un núcleo estable en el material fundido (Nucleación).

_Crecimiento del núcleo hasta formar cristales.

_Formación de una estructura granular.

Nucleación Homogénea Nucleación Heterogénea

_Tiene lugar en el líquido fundido cuando el metal proporciona por sí mismo los átomos para formar los núcleos de iniciación de la solidificación.

_Ocurre cuando la probabilidad de formar un núcleo es la misma en todas las partes.

_Casi nunca ocurre este tipo. _Es la nucleación preferente en las superficies del molde(paredes) y de las impurezas, que ocurre cuando el líquido entra en contacto con la superficie del molde.

_En la mayoría de los procesos industriales existe este tipo de nucleación.

_El número de sitios de nucleación dispobiles en el metal afectaran a la estructura granular del metal solidificado, si hay pocos puntos de nucleación disponibles durante la solidificación se produce una estructura de grano grueso y tosca pero si hay muchos puntos de n. se dará origen a una estructura de grano fino, la cual es la más deseable en los metales de usos industriales.

Grano:

_Son unidades microscópicas fundamentales de estructura metálicas, llamados cristales o fragmetos cristalinos. _El tamaño del grano es importante por la superficie que tiene, ya que tienen efectos significativos en muchas propiedades de los metales como es la resistencia y tenacidad. _Existe un método llamado ASTM para determinar el número de tamaño de grano n es: N= 2 ^(n-1). _Si el tamaño del grano está entre 5 y 8 se consideran granos finos, tamaños 7 es aceptable en láminas que se fabrican para automóviles, los tamaños mayores a 6 según ASTM producen una deficiencia apariencia superficial y afecta de manera adversa la deformación local.Además el tamaño de los granos se relaciona directamente con la tº de enfriamiento. _Cuando es más rápido el enfriamiento el tamaño del grano es aún más fino, y un metal de grano fino presenta mayor resistencia, dureza y mayor ductibilidad durante su deformación. _Si los granos están deformados son anisotropicos, la propiedades varían con la dirección.

Solidificación:

Numerosos núcleos se forman inicialmente en las paredes del molde, pero solo unos crecen en la pared hacia el interior del líquido. La transformación de líquido a sólido presenta una estructura semejante a un árbol, esta estructura se llama dendrita y prosiguiendo el enfriamiento del líquido, ella da origen a los Granos Equixiales y Granos Columnares, estos se obtienen cuando un metal se solidifica en un molde sin utilizar un refinador de grano.

Granos Equixiales: Se produce cuando la solidificación de los cristales crecen por igual en todas las direcciones , estos se encuentran normalmente junto

...