Metalografia

METALOGRAFIA

La metalografía es la disciplina que estudia microscópicamente las características estructurales de un metal o de una aleación. Sin duda, el microscopio es la herramienta más importante del metalurgista tanto desde el punto de vista científico como desde el técnico. Es posible determinar el tamaño de grano, forma y distribución de varias fases e inclusiones que tienen gran efecto sobre las propiedades mecánicas del metal. La micro estructura revelará el tratamiento mecánico y térmico del metal y, bajo un conjunto de condiciones dadas, podrá predecirse su comportamiento esperado.

La ciencia de materiales es el campo científico encargado de investigar la relación entre la estructura y las propiedades de los materiales. Paralelamente, conviene matizar que la ingeniería de materiales se fundamenta en esta, las relaciones propiedades-estructura-procesamiento-funcionamiento, y diseña o proyecta la estructura de un material para conseguir un conjunto predeterminado de propiedades.

La ciencia de materiales es, por ello mismo, un campo multidisciplinar que estudia los conocimientos fundamentales sobre las propiedades físicas macroscópicas de los materiales y los aplica en varias áreas de la ciencia y la ingeniería, consiguiendo que éstos puedan ser utilizados en obras, máquinas y herramientas diversas, o convertidos en productos necesarios o requeridos por la sociedad. Incluye elementos de la química y física, así como las ingenierías química, mecánica, civil y eléctrica o medicina, biología y ciencias ambientales. Con la atención puesta de los medios en la nano ciencia y la nanotecnología en los últimos años, la ciencia de los materiales ha sido impulsada en muchas universidades.

A pesar de los espectaculares progresos en el conocimiento y en el desarrollo de los materiales en los últimos años, el permanente desafío tecnológico requiere materiales cada vez más sofisticados y especializados.

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Las propiedades de un material dependen de su estructura interna y condicionan su comportamiento durante el proceso de fabricación, a la vez que le confieren utilidad para unas determinadas aplicaciones. Si queremos modificarlas habrá que variar su estructura interna, en el caso de los metales al alearlos entre sí o al someterlos a tratamientos térmicos. A la hora de elegir un material hay que tener en cuenta sus propiedades: químicas, físicas, mecánicas, económicas y estéticas. Mediante el estudio detallado de las propiedades físicas y químicas de átomos, moléculas y compuestos y utilizando herramientas de diseño asistido por ordenador, los científicos diseñan materiales con propiedades sorprendentes.

1.1 PROPIEDADES QUÍMICAS

La Interacción entre el material y el ambiente provoca pérdida o deterioro propiedades. Las efectos serán diferentes según sea material: metal, cerámico o polímeros.

a) Oxidación (átomos pasan de estado elemental a formar cationes)

Material se combina con oxígeno. Reacción de oxidación. Ag, Au o Pt no se oxidan pero son caros para la industria. Al crea capa superficial que le auto protege. Aleando Acero con Cr o Ni se vuelve inoxidable. Utilizar recubrimientos protectores: galvanización o cremación.

b) Corrosión (Oxidación en ambiente húmedo la capa óxido se disuelve y se desprende). Se produce un deterioro lento del material por acción agente externo (O2) en presencia agua. No resulta ser un proceso uniforme. Aparecen puntos de corrosión en distintas partes del material.

1.2 PROPIEDADES FÍSICAS

Se deben al ordenamiento en el espacio de los átomos de los materiales.

a) Densidad. Si d<1kg/m3 flotan en agua destilada. Peso específico: relación entre el peso de una determinada cantidad de material y el volumen que ocupa.

b) Propiedades eléctricas (Nos indican la resistencia que presentan al paso de corriente eléctrica cuando se les somete a una diferencia de potencial).La resistencia eléctrica de un material conductor depende, entre otros factores de su naturaleza, es decir de la presencia de electrones móviles en los átomos y de su grado de movilidad ante la acción de un campo eléctrico. Esta propiedad, específica de cada sustancia, se denomina resistividad.

Aislantes

Cualquier material que impide la transmisión de la energía en cualquiera de sus formas: con masa que impide el transporte de energía.

Conductores

Son todos aquellos materiales o elementos que permiten que los atraviese el flujo de la corriente o de cargas eléctricas en movimiento. Si establecemos la analogía con una tubería que contenga líquido, el conductor sería la tubería y el líquido el medio que permite el movimiento de las cargas.

Semiconductores

Superconductores la resistividad se hace nula y la corriente fluye por el cristal sin oposición durante un tiempo indefinido (Tiene muchas aplicaciones médicas).El cambio de conducción normal a superconductor se produce a Tc (Temperatura de Curie) relacionada con características magnéticas de dicho material.

1.3. PROPIEDADES TÉRMICAS

Efectos al calentar sólido: absorción, transmisión calor y expansión o dilatación:

• Coeficiente de dilatación térmica lineal El Material se dilata al aumentar su temperatura (si no existen cambios de fase)como consecuencia de la mayor vibración de los átomos mayor separación entre ellos. AL=Lo(1+aAT) Dilatación lineal a=coeficiente dilatación lineal.

• Calor específico energía absorbida para elevar 1ºC la T de un material sin que se presenten cambios de fase.

• Temperatura de fusión: Al calentar sólido, el movimiento vibratorio de las partículas se hace más amplio se produce dilatación. Si la T sigue subiendo la magnitud de vibraciones es tal que la estructura del material se rompe fusión. Temperatura de fusión o punto de fusión. Va acompañado de un aumento del volumen. Pto. Fusión mayor cuanto mayor sean las fuerzas que mantienen unidas a las partículas

• Conductividad Térmica. Transmisión calor por conducción se verifica a través de los cuerpos desde los puntos de mayor a los de menor temperatura y se debe a choques de átomos y partículas entre sí. Conductividad térmica: indica comportamiento de cada cuerpo frente a la transmisión calor por conducción.

1.4. PROPIEDADES MAGNÉTICAS

Las propiedades magnéticas de 1 material representan la interacción de su estructura atómica con el campo magnético. Magnetización: cuando dipolos permanentes o inducidos se orientan con B. cm=M/H

Describir ciclo histéresis (B-H)

• Diamagnetismo El campo magnético B induce dipolo que se oponen al campo. Se oponen al B aplicado, de forma que en su interior el B es más débil.cm < 0.

• Paramagnetismo El campo magnético en su interior es algo mayor que el aplicado. Dipolos alinean con B cm> 0.

• Ferromagnetismo cm > 0.Dominios magnéticos. Los dipolos permanentes se alinean con B aplicado.

1.5. PROPIEDADES ÓPTICAS (interrelación de un material y la radiación de la luz visible)

Al incidir luz sobre superficie cuerpo: parte se refleja, parte se transmite al cuerpo, parte se absorbe(aumentando su energía interna). El color de un cuerpo se debe a la luz reflejada si el cuerpo es opaco o a la que pasa si es translucido o transparente. Opaco: absorbe o refleja toda la luz. Transparentes: transmiten la luz, se puede ver a través. Translucido: dejan pasar la luz pero impiden ver los objetos a su través. El índice de refracción es el que determina las propiedades ópticas de un material n=c/v.

2. PROPIEDADES MECÁNICAS.

Describen la forma en que un material soporta fuerzas aplicadas, incluyendo fuerzas de tensión, compresión, impacto, cíclicas o de fatiga, o fuerzas a altas temperaturas. Muchos materiales cuando están en servicio están sujetos a fuerzas o cargas. En tales condiciones es necesario conocer las características del material para diseñar el instrumento donde va a usarse de tal forma que los esfuerzos a los que vaya a estar sometido no sean excesivos y el material no se fracture. El comportamiento mecánico de un material es el reflejo de la relación entre su respuesta o deformación ante una fuerza o carga aplicada.

a) Elasticidad-Plasticidad. Capacidad de un material para recuperar su forma una vez desparecida la fuerza que lo deformaba. En sólidos cada átomo ocupa posición equilibrio debido a la existencia de fuerzas internas de cohesión. Al aplicar Fext se produce una deformación. Si el material vuelve a su forma original la deformación se considera elástica. En caso contrario se considera plástica. Tracción: Esfuerzo axial. Def elástica inmediatas y reversibles. Para determinar la elasticidad y la plasticidad de un material se realizan ensayos de tracción y compresión. En muchos materiales, entre ellos los metales y los minerales, la deformación es directamente proporcional al esfuerzo.

b) Plasticidad. Habilidad de un material para conservar su nueva forma una vez deformado. Importante en procesos de conformación por deformación (sobretodo metales).Laminación acero en caliente, conformado en frío chapas de automóvil.

c) Ductilidad (capacidad mat para estirarse en hilos)

d) Maleabilidad (aptitud de un mat para extenderse en láminas sin romperse)

e) Dureza (Oposición cuerpo a dejarse rayar o penetrar por otro = resistencia al desgaste)

f) Tenacidad (R q opone cuerpo a rotura cuando está sometido a esfuerzos lentos de deformación)

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