Microestructura y propiedades de los materiales

Unidad 1 Microestructura y propiedades de los materiales

1.1 Introducción a la ciencia e ingeniería de materiales

Los materiales a lo largo de distintas épocas del tiempo han sido factor importante en el manejo apropiado de la vida diaria ya que mediante ciertas maneras de manipularlos se han logrado desarrollar diversas nuevas tecnologías en las cuales el ser humano ha tomado gran ventaja en el avance tecnológico facilitando las necesidades del día a día para nosotros.

La ciencia e ingeniería de los materiales están íntimamente ligadas ya que el conocimiento y procesos de fabricación de los materiales, posibilita la conversión de los mismos para su uso industrial.

Hasta hace relativamente poco tiempo el material de interés tecnológico era el metal, los cuales han perdido parte de hegemonía a favor de materiales tradicionales, cerámicos, compuestos y poliméricos gracias a las nuevas tecnologías de fabricación.

Estas mismas tecnologías posibilitan la fabricación de materiales compuestos y evolución de nuevos materiales. Existe dos posibilidades para la síntesis de un nuevo material, tratar de encontrar otros materiales haciendo composiciones con los mismos o utilizar nuevas técnicas para variar los existentes. La aparición de nuevos materiales no debe suponer el desprecio por los materiales tradicionales.

Clasificación de los materiales.

Se hace necesario clasificar los materiales en función de sus propiedades, para determinar las tendencias de uso.

Tradicionalmente los materiales se han dividido en estructurales o funcionales aunque esta clasificación no está perfectamente delimitada.

Materiales estructurales.

Son aquellos basados en sus propiedades mecánicas para su uso, siendo los más importantes tanto en volumen de producción como desde el punto de vista económico.

1.2 Soluciones sólidas y fases intermedias

Soluciones Solidas

Al describir las aleaciones. Dos términos son esenciales: soluto y solvente. El soluto es el elemento menor (como sal o azúcar) que se agrega al solvente, que es el elemento mayor (como el agua). En términos de elementos involucrados en una estructura cristalina metálica, el soluto (compuesto de átomos de soluto) es el elemento que se agrega al solvente (compuesto de Átomos anfitrión). Cuando durante la aleación se mantiene la estructura cristalina particular del solvente, la aieaci6n se conoce como una solución sólida.

Soluciones solidas sustitucionales.

Si el tamaño del átomo soluto es similar al del átomo solvente, los átomos del soluto pueden remplazar a los átomos del solvente y formar una solución solida sustitucional. Un ejemplo es el latón una aleación de zinc y cobre, en el cual el zinc (átomo de soluto)se introduce en la red del cobre (Átomos de solvente). Por tanto, controlando la cantidad de zinc en el cobre, se pueden alterar, dentro de un rango, las propiedades de los latones. Por lo general se requieren dos condiciones (conocidas como reglas Hume-Rothery, según W. Hume-Rothery, 1899-1968).

Para formar soluciones sólidas sustitucionales completas:

Los dos metales deben tener estructuras cristalinas similares. La diferencia en sus radios atómicos debe ser inferior al 15%.Si estas condiciones no se satisfacen. No se obtendrá una solución só1ida completa, y la cantidad de solución solida formada será limitada.

Soluciones Intersticiales

El concepto de fases es fundamental para comprender los diagramas de equilibrio. Una fase se puede definir como una porción homogénea de un sistema que tiene características físicas y químicas uniformas. Un material puro, un sólido, un líquido, una disolución gaseosa se considera fases.

El diagrama de fases de la figura muestra una aleación

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