Folleto Tecnologia de Materiales

7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales

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TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES

UNIVERSIDAD TECNICA DE AMBATO

CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN

PROCESOS DE AUTOMATIZACIN

TECNOLOGIA DE MATERIALES


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UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL

CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN

TECNOLOGA DE MATERIALES

INDICE

ESTRUCTURA ATOMICA _________________________________________________ 1

CONCEPTOS BASICOS _______________________________________________________ 1ELEMENTO _______________________________________________________________________ 1ATOMO _________________________________________________________________________ 1NUMERO ATOMICO _______________________________________________________________ 1MASA ATOMICA __________________________________________________________________ 1

DISPOSICIN DE ELECTRONES EN LOS TOMOS __________________________________ 2

CONFIGURACIN ELECTRNICA _______________________________________________ 2

Ejercicios _________________________________________________________________ 3

TABLA PERIODICA __________________________________________________________ 4

CLASIFICACION DE LOS ELEMENTOS _______________________________________ 5

Metales. __________________________________________________________________ 5

No metales. _______________________________________________________________ 5

Los metaloides. ____________________________________________________________ 6

DISPONIBILIDAD DE LOS MATERIALES _____________________________________ 6

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES _______________________________________ 7

PROPIEDADES FISICAS _______________________________________________________ 7Dilatacin por calor ________________________________________________________________ 7Temperatura de fusin temperatura de solidificacin ___________________________________ 7Masa, peso, densidad ______________________________________________________________ 7Peso ____________________________________________________________________________ 8Densidad ________________________________________________________________________ 9

PROPIEDADES TECNOLGICAS _______________________________________________ 10

Maleabilidad ____________________________________________________________________ 10Colabilidad ______________________________________________________________________ 10Mecanizabilidad _________________________________________________________________ 10

Soldabilidad _____________________________________________________________________ 10Templabilidad ___________________________________________________________________ 10

PROPIEDADES MECANICAS __________________________________________________ 10

Resistencia ______________________________________________________________________ 10Elasticidad y plasticidad ___________________________________________________________ 11Fragilidad y tenacidad _____________________________________________________________ 13Dureza _________________________________________________________________________ 13

PROPIEDADES QUIMICAS ___________________________________________________ 14

PROCESOS QUMICOS Y FISICOS _____________________________________________________ 14

ENLACES ____________________________________________________________ 15


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ENLACE INICO. ___________________________________________________________ 15

ENLACE COVALENTE _______________________________________________________ 16

ENLACE METLICO. ________________________________________________________ 17

ENLACE DE VAN DER WAALS. ________________________________________________ 17

ESTRUCTURAS CRISTALINAS ____________________________________________ 18

MATERIALES CRISTALINOS Y AMORFOS. _______________________________________ 18

RED ESPACIAL. ____________________________________________________________ 18

REDES DE BRAVAIS. ________________________________________________________ 19

Cbico simple (CS). _______________________________________________________________ 19Cbico centrado en el cuerpo (BCC). _________________________________________________ 20Cbica centrada en las caras (FCC). __________________________________________________ 20Hexagonal compacta (HC). _________________________________________________________ 21Ejercicios: ______________________________________________________________________ 22

PARMETRO DE RED PARA ALGUNOS GRUPOS DE COMPUESTOS ___________________ 24

DIRECCIONES Y PLANOS CRISTALOGRFICOS EN LAS ESTRUCTURAS ________________________ 24CRISTALINAS ____________________________________________________________________ 24DIRECCIONES ____________________________________________________________________ 24PLANOS CRISTALOGRFICOS _______________________________________________________ 25NDICES DE MILLER PARA LOS PLANOS CRISTALOGRFICOS ______________________________ 25

ESTRUCTURA HEXAGONAL COMPACTA (HC) ____________________________________ 28

PARAMETROS DE RED PARA ALGUNOS TIPOS DE COMPUESTOS ____________________ 31

DIRECCIONES Y PLANOS CRISTALOGRAFICOS _______________________________ 31

DIRECCIONES CRISTALOGRFICAS. ____________________________________________ 31

Procedimiento para determinar las direcciones cristalogrficas ___________________________ 31

PLANOS CRISTALOGRFICOS. ________________________________________________ 32

SISTEMA DE DESLIZAMIENTO EN LOS MATERIALES __________________________ 34

FRACCIN ATMICA LINEAL ____________________________________________ 35

PROPIEDADES ESPECIALES DE LOS MATERIALES ____________________________ 36

POLIMORFISMO Y ALOTROPA _______________________________________________ 36

ANISOTROPA_____________________________________________________________ 36

ISOTROPA _______________________________________________________________ 36

CRISTALIZACIN ______________________________________________________ 36

DEFECTOS DE LA ESTRUCTURA CRISTALINA _____________________________________ 37

Defecto puntuales ________________________________________________________________ 37Defectos lineales _________________________________________________________________ 38Macro defecto ___________________________________________________________________ 39


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ESTRUCTURA DE LAS ALEACIONES _______________________________________ 39

DIAGRAMAS DE FASES _________________________________________________ 40

METODOS EXPERIMENTALES ________________________________________________ 40

ANALISIS TERMICO. _______________________________________________________________ 40METODO METALOGRAFICO. ________________________________________________________ 41DIFRACCIN DE RAYOS X __________________________________________________________ 41

REGLA DE LAS FASES _______________________________________________________ 46

DIAGRAMAS DE FASE __________________________________________________ 49

DIAGRAMA DE FASE TIPO 1: SOLUBILIDAD TOTAL ________________________________ 49

REGLAS ________________________________________________________________________ 50EJEMPLO 1 ______________________________________________________________________ 51

DIAGRAMA DE FASE TIPO 2: _________________________________________________ 53EJEMPLO _______________________________________________________________________ 54Eutctico _______________________________________________________________________ 54

DIAGRAMA DE FASE TIPO 3: _________________________________________________ 55

Ejercicio ________________________________________________________________________ 56

DIAGRAMA DE FASE TIPO 4: CAMBIO DE FASE ISOTERMICAMENTE _________________ 57

DIAGRAMA DE FASE TIPO 5: REACCION PERITECTICA _____________________________ 58

DIAGRAMA DE FASE TIPO 6: DOS LIQUIDOS PARCIALMENTE SOLUBLES EN EL ESTADO

LQUIDO (Reaccin Monottica) ______________________________________________ 59DIAGRAMA DE FASE TIPO 7: DOS METALES INSOLUBLES EN EL ESTADO LQUIDO Y SLIDO

________________________________________________________________________ 60

DIAGRAMA DE FASE TIPO 8: REACCION EUTECTOIDE (Alotropia) ____________________ 61

DIAGRAMA DE FASE TIPO 9: REACCION PERITECTOIDE ___________________________ 62

DIAGRAMAS COMPLEJOS REALES___________________________________________ 63

DIAGRAMA DE FASE FeC __________________________________________________ 64

EJEMPLO _______________________________________________________________________ 65

CLASIFICACIN DE ACERO ______________________________________________ 66

Composicin Qumica ______________________________________________________ 66

EJEMPLO_________________________________________________________________ 67


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1TECNOLOGA DE MATERIALES

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES

ESTRUCTURA ATOMICA

CONCEPTOS BASICOS

ELEMENTO.-es una sustancia que est formada por tomos del mismo tipo yque no puede descomponerse en otras sustancias ms simples.

ATOMO.- es la partcula ms pequea que conserva las propiedades delelemento al que pertenece.

Su significado etimolgico es (a=sin; tomos=divisin). El tomo tiene un ncleocon protones, neutrones y en su capa electrones; el nmero de protones esigual al nmero de electrones por lo que el tomo es elctricamente neutro. Lamasa o peso atmico se encuentran en el orden de , su tamao se

puede medir en:

NUMERO ATOMICO.- es equivalente al nmero total de electronesequivalentes en el ncleo.

MASA ATOMICA.-es la suma del nmero de protones y neutrones que existeen el ncleo.


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DISPOSICIN DE ELECTRONES EN LOS TOMOS

CONFIGURACIN ELECTRNICA

Es la manera ordenada de repartir electrones en los niveles y subniveles deenerga.

Los electrones se encuentran orbitando alrededor del ncleo en diferentesniveles de energa. El mximo nmero de electrones que se puede acomodaren cada capa es en donde n es el nmero quntico o nmero de capas.

Subcapas.-cada una de las capas que hemos mencionado es decir para cadan existe subcapas que reflejan diferencias, los niveles de energa discretos quelos elementos pueden ocupar dentro de la capa.

Estas diferencias se deben a 3 nmeros cunticos:

1) Nmero de momento angular orbital (l).- es el nmero de la medida de lacantidad del movimiento angular del electrn y puede tener valores l=0,1,2,3,4,5. a(n-1), las letras s ,p ,d ,f ,g ,h han sido introducidas parasimplificar dichos valores de l.

2) Nmero quntico magntico (MI).- representa la cantidad de momento

angular en una direccin especfica y toma valores Ml= -1,-1, 0, 1,1. 3.3) Nmero de spn (Ms).- representa el momento cintico sobre su propio

eje puede tomar valores Ms= +-1/2.

La configuracin electrnica de un tomo se puede representar por un nmerorepresentativo de la capa principal, seguida por la letra representativa de lasubcapa l y finalmente el nmero de electrones de la subcapa como sperndice.

n 1 2 3 4 5 6 7K L M N O P Q


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Ejercicios

Realizar la configuracion electronica de los siguientas elementos:


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TABLA PERIODICA

Del litio al nen la segunda capa se llena de su mximo posible de 8 (e-); en

este proceso la capa 2s se llena de lo mximo posible con el Berilio. Desde el

Boro hasta el Nen los electrones van llenando progresivamente las subcapas

2p a su mximo de 6 (e-).

En el siguiente elemento el Sodio su ltimo electrn tiene que entrar en la

tercera capa principal que es semejante al H y Li por todo ello el Sodio est

colocado en el mismo grupo.

Del Sodio al Argn; es el mismo proceso que le ocurre entre el Litio al Nen por

lo tanto las subcapas 3s y 3p estn llenas ahora.


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CLASIFICACION DE LOS ELEMENTOSLos elementos qumicos pueden clasificarse en tres grupos: metales, nometales, metaloides; los metales pueden ser ferrosos o no ferrosos, que se

distinguen por varias propiedades caractersticas.

Metales.

La mayor parte de los elementos metlicos exhibe el lustre brillante queasociamos a los metales. Los metales conducen el calor y la electricidad, sonmaleables (se pueden golpear para formar lminas delgadas) y dctiles (sepueden estirar para formar alambres).

Todos son slidos a temperatura ambiente con excepcin del mercurio (Tf= -39 C) que es un lquido.

Los metales tienden a tener energa de ionizacin bajas y por lo tanto se oxidan(pierden electrones) cuando sufren reacciones qumicas. Los metales comunestienen una relativa facilidad de oxidacin. Muchos metales se oxidan condiversas sustancias comunes incluidos l y los cidos.

Se utilizan con fines estructurales, fabricacin de recipientes, conduccin decalor y la electricidad. Ejemplo: hierro, calcio, magnesio, sodio, potasio, cobre,manganeso, zinc, cobalto, molibdeno,..

No metales.Los no metales varan mucho en su apariencia no son lustrosos y por logeneral son malos conductores del calor y de la electricidad.

Sus puntos de fusin son ms bajos que los de los metales (aunque eldiamante en forma de carbono se funde a 3570C)

Varios no metales existen en condiciones ordinarias como molculasdiatmicas. En esta lista ( , , , y ) un lquido ( ) y un slido voltil

( ). El resto de lo no metales son slidos que no pueden ser duros como eldiamante y blandos como el azufre.

Al contrario de los metales, son muy frgiles y no pueden estirarse en hilos ylminas.

Se encuentran en los tres estados de la materia a temperatura ambiente. Notienen brillo metlico y no reflejan la luz.

Muchos no metales se encuentran en todos los seres vivos: C, H, O, N, P, S encantidades importantes.


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Los metaloides.

Se parecen a los metales en algunos aspectos y a los no metales en otros,generalmente tienen alguna conductividad pero poca y ninguna plasticidad por

ejemplo el Carbono y el boro.

DISPONIBILIDAD DE LOS MATERIALESLos primeros materiales que se los encontr en la naturaleza (materiales

naturales), que eran productos animales (lana, seda. cuero, cuerno), vegetales

(madera. resina) y minerales (piedras, cristales, arcilla). Los materiales

industriales actuales se obtienen generalmente en forma sinttica (aceros,

metales ligeros, plsticos), los componentes son sustancias bsicas que se

encuentran en la corteza terrestre o en la atmsfera.

En la figura se muestra el crecimiento de los plsticos as como la importancia

de los materiales metlicos.


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PROPIEDADES DE LOS MATERIALESTienen gran importancia al momento de seleccionar un material suspropiedades fsicas, tecnolgicas, mecnicas y qumicas.

PROPIEDADES FISICAS

Estas son:

La conductividad trmica y elctrica.El punto de fusin. (Temperatura a la cual se encuentra el equilibrio defases solido-liquido)La densidad. (Cantidad de masa en un determinado volumen)

Estas propiedades determinan las posibilidades de aplicacin de los materiales.

Dilatacin por calor

Al aumentar la temperatura, los cuerpos se dilatan en todas las direcciones yadquieren un volumen mayor.

Al aportarse calor aumenta le energa dinmica de las partculas, con lo queestas tienden a apartarse de su posicin de equilibrio, la textura de la sustanciapierde consistencia y el cuerpo se dilata.

Al enfriar un cuerpo solido se hace ms lenta la oscilacin de las partculas, y el

cuerpo se contrae. Casi todas las substancias se contraen al enfriarse. Lafundicin de hierro, por ejemplo. Se contrae en un 1% de su longitud inicial entodas las direcciones al enfriarse despus de colada.

Temperatura de fusintemperatura de solidificacin

La temperatura de fusin y la temperatura de solidificacin son iguales.

Al enfriar un cuerpo lquido, la energa dinmica de las partculas disminuye,volviendo poco a poco a la unin slida. En este proceso se desprende calor deforma que la temperatura permanece constante un corto intervalo de tiempo. La

temperatura al inicio de la solidificacin se llama temperatura o punto deequilibrio.

Masa, peso, densidad

Tener masa es una propiedad de toda materia. Esto se explica por la cantidady tipo de partculas de que se compone el cuerpo. La masa se exterioriza por laresistencia del cuerpo a los cambios de su estado de movimiento (inercia).


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Ejemplo:

Un cuerpo permanece en reposo en tanto no actu sobre el alguna fuerza. Ental caso da arranque sbito el cuerpo bscula. Esto explica la resistencia

(inercia) de la masa.

Como unidad de masa se emplea un cilindro de una aleacin de platino e iridioque se conserva en Pars. Su masa se designa por 1 kg (un kilogramo). Lamasa de un cuerpo se determina comparndola con cuerpos de masa conocida(pesas de la balanza). La comparacin de masas puede hacerse con labalanza de brazos.

Peso.-Todo cuerpo es atrado por la masa de la tierra con una fuerza FG. Estafuerza se mide en N (newton). La unidad de masa es kg (kilogramo) debido a

esa atraccin, tiene un peso de 9.81 N


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Densidad.- Caracteriza a una sustancia determinada y es la relacin de lamasa de un cuerpo por unidad de volumen. La densidad puede obtenerse porvarias formas.

Ejercicio:

Calcular la densidad de los siguientes materiales.

COBRE

1Kg

ALUMINIO

1kg

HIERRO

1Kg

AGUA

1kg

PLOMO

1Kg

ORO

1Kg


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PROPIEDADES TECNOLGICAS

Estas propiedades indican el comportamiento del material al trabajarlo.

Maleabilidad.- Es la capacidad de un material para sufrir deformacionesplsticas cuando es sometido a cualquier tipo de esfuerzo, ej: el acero.

Colabilidad.- Se denominan colables los materiales que funden y puedencolarse en moldes a temperaturas rentables. Por ej: en la fundicin gris, plomo,estao y aleaciones de cobre.

Mecanizabilidad.- Se dicen que son mecanizables por corte o arranque deviruta, aquellos materiales en los que, aplicando fuerzas tecnolgicasrazonables, pueden romperse la cohesin de las partculas.

Soldabilidad.- Soldadles son los materiales en los que, por unin de lassustancias respectivas (soldadura por fusin o presin) pueden conseguirseuna cohesin local.

Templabilidad.- Indica que la dureza del material puede modificarse portrasposicin de partculas

PROPIEDADES MECANICAS

Las propiedades mecnicas de un material describen su comportamiento bajola accin de fuerzas externas.

Resistencia.- Es la oposicin al cambio de forma y a la separacin. Lasfuerzas externas que pueden presentarse como carga son:

Traccin Compresin Flexin

Cizalladura Torsin


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Toda fuerza externa genera en el material tensiones de acuerdo con el tipo desolicitacin por ej. Traccin y compresin.

Elasticidad y plasticidad.-son propiedades de cambio de forma, denominadoplstico si el cambio es permanente y elstico si el cambio no es permanente.La elasticidad es la propiedad que tienen los metales para regresar a suscondiciones iniciales despus de aplicarles una fuerza deformadora.

Diagrama Esfuerzo-Deformacin.

P (limite proporcional): donde el esfuerzo y la deformacin son

proporcionales entre s.E (limite elstico):puede definirse como el esfuerzo mnimo al que ocurre laprimera deformacin permanente.

Sy (punto de cedencia):es un esfuerzo donde el material continadeformando sin que haya incremento de carga.

M (resistencia lmite): es la mxima ordenada de la curva esfuerzo-deformacin.


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Ensayo Tensin - Compresin

Maquina Universal

Probeta (medidas iniciales)

Do= Dimetro final.

Lo= Longitud Inicial

Rotura (forma copa y cono)

Material dctil (Ejemplo:estao)

Rotura (no hay copa ni cono)

Material frgil (Ejemplo:cermica)


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Fragilidad y tenacidad.- Indican el comportamiento de un material bajodeterminadas solicitaciones. Un material es tenaz si tiene cierta capacidad dedilatacin, y frgil si se rompe sin deformacin permanente notable, por ej. El

vidrio y la fundicin gris.Dureza.-La dureza de un cuerpo se designa como la resistencia que opone ala penetracin de otro cuerpo duro. En los materiales duros no se puedenmarcar fcilmente huellas o rayas (conformar o cortar) los filos de lasherramientas de corte por ej. El cincel, sierra y broca deben ser ms duros queel material a trabajar. La dureza evita que las superficies que se tocan entre s,se desgasten rpidamente. Materiales duros son el acero templado, el metalduro, la fundicin dura y el diamante.

Durmetro

Prueba o Ensayo de dureza (HB).- costa de un prensa hidrulica vertical paraforzar un marcador de bola dentro de la muestra.


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PROPIEDADES QUIMICAS

PROCESOS QUMICOS Y FISICOS

En los trabajos de taller se desarrollan procesos fsicos qumicos y atmicos.En el proceso de soldadura representada en la figura se extrae oxgeno yacetileno de botellas de acero (proceso fsico).

El acetileno se inflama y arde en presencia del oxgeno (proceso qumico).

El calor de la combustin calienta el material a soldar y funde la varilla (procesofsico). A causa de la alta temperatura de trabajo el material sufre cambios detextura porque los enlaces atmicos se trasponen (proceso atmico).

Para comprender los procesos citados deben conocerse la estructura de losmateriales y su comportamiento para ello debe hacerse diversasconsideraciones sobre qumica, fsica y qumica nuclear.

En los procesos qumicos se trasforman sustancias y se obtienen otras conpropiedades distintas.


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En los procesos fsicos solamente tiene lugar un cambio de estado externo delas sustancias (variacin de la forma, de la resistencia y de la temperatura). Lassustancias permanecen inalteradas.

La fsica nuclear es la ciencia que estudia la estructura y propiedades de lostomos.

ENLACES

ENLACE INICO.

El tipo ms fuerte que puede establecer entre dos partcula con carga opuesta

se denomina enlace inico que se produce cuando iones con carga positivaatraen todos los iones negativos que puedan.

Cuando los tomos de cloro y sodio se colocan solos hay trasferencia de

electrones de los tomos del sodio al cloro; formando el cloruro de sodio. El

hecho que estos compuestos tengan sus propias propiedades no

necesariamente relacionados al sodio o al cloro, demuestra que el enlace es

muy fuerte. Esto constituye una fortuna ya que el sodio es un metal altamente

reactivo y el cloro es un gas venenoso, aun as la sal de mesa es algo que

utilizamos todos los das sin ningn peligro. Este tipo de enlace se produce con

elementos 1A y 2A con los elementos de la familia 6A y 7A de la tabla

peridica.


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ENLACE COVALENTE.

Se forma por comparticin de electrones de valencia y no por ganancia oprdida de electrones, es decir no forman iones, estos tipos de enlaces losencontramos en los plsticos, polmeros, etc. A causa de intensa atraccin deelectrones de valencia, estos materiales bajos de conductividad trmica y

elctrica. Ej:


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ENLACE METLICO.

Cada tomo de metal contribuye con sus electrones de valencia a formar unanube electrnica negativa, dado que la energa de los electrones de valencia,

es relativamente pequea, la modalidad de estos electrones es elevada, lo cualse traduce en altas conductividades elctricas o trmicas. Este enlace sepuede explicar mediante el modelo de electrones.

ENLACE DE VAN DER WAALS.Este tipo de enlace se presenta en tomos neutros como los gases inertes.Cuando los tomos se acercan hay una separacin de las cargas positivas ynegativas y resulta una fuerza dbil de traccin. Es de importancia solo a bajastemperaturas.

ESTRUCTURAS CRISTALINAS


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ESTRUCTURAS CRISTALINAS

MATERIALES CRISTALINOS Y AMORFOS.

Los materiales se clasifican como cristalinos y amorfos, de acuerdo con ladisposicin de tomos o molculas que da por resultado un patrn que serepite en 3 dimensiones se dice que el material es cristalino. Si la disposicinde los tomos es solo localizada y no se repite en 3 dimensiones se dice que elmaterial es amorfo.

Celda unitaria.-

El estudio de las estructuras o disposicin de los tomos en los materialescristalinos o cristales constituye el campo de cristalografa que define a la celdaunitaria como la unidad ms pequea que tiene la simetra total del cristal. Estacelda se caracteriza por los 3 vectores de la translacin unitaria a, b, c que sonlos bordes u orillas de la celda unitaria y los ngulos , , .

RED ESPACIAL.

Es un arreglo infinito de puntos en 3 dimensiones, hay 14 tipos de redes

espaciales, tambin conocidas como retculas de Bravais y pueden clasificarseen 7 sistemas cristalinos, como se muestra en la tabla siguiente:


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REDES DE BRAVAIS.

La mayora de los metales importantes se cristalizan ya sea en los sistemascbicos y hexagonales.

Cbico simple (CS).

Sistema Long. Adimensionales y angulares R. de Bravais

Cubico a=b=c; ===90 simple bcc, fcc

Tetragonal a=bc; ===90 simple bcc

Ortorrmbico abc; ===90 simple bcc, c base, fcc

Rombodrico a=b=c; ==90 simple

Hexagonal a=bc; ==90 =120 simpleTriclnico abc; 90 simple

Monoclnico abc; ==90 90 simple y c. base


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Cbico centrado en el cuerpo (BCC).

Los tomos estn dispuestos en cada esquina de la celda y un tomo central,

como cada tomo de las esquinas; 8 tomos adyacentes y un tomo del centrono puede ser compartido con ningn otro cubo, la estructura de 1 retculacbica centra en el cuerpo contiene:

Cbica centrada en las caras (FCC).

Adems de haber 1 tomo en cada esquina del cubo hay una en el centro decada cara pero ninguna en el centro del cubo.

Cada tomo de las caras toca los tomos de las esquinas ms prximas cuyacelda unitaria contiene 4 tomos.


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Los modelos de celdas unitarias cbica simple (CS), cbica centrada en elcuerpo (CC) y cbica cercada en las caras (CCC), suponiendo un solo tomopor punto de red.

Relacin entre el radio atmico y el parmetro de red en sistemas cbicos

Hexagonal compacta (HC).

Esta figura muestra 2 planos bsales en forma de hexgonos regulares con untomo en cada esquina y uno en el centro, adems 3 tomos en forma detringulo a la mitad de la distancia entre los 2 planos bsales, entonces la celdaunitaria de esta estructura contiene:

Hexagonal


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La red hexagonal compacta (HC) (izquierda) y su celda unitaria (derecha)

Ejercicios:

El cobre tiene una estructura fcc y un radio atmico de 1.278 A se pidedeterminar la densidad del Cu.Datos:Cu=63.54g/molFCC=4 tomos1A=1*10-8cm.r=1.278A

Bcc Fcc HC

Na, Li, K, Ca, V, Cr, Fe, Rb Al, Cu, Ni, Co, AgCu y aleaciones

Na, Co, Zn

Fe Temperaturas menores a 910 Ni y aleacionesAl y aleacionesMetales precioso

Mg y aleaciones

Metales refractariosTemperaturas mayores a 883

Fe a temperaturasMayores a 9 10

Be y aleaciones


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El cromo contiene un parmetro cristalino 2.84 A y una densidad de7.19gr/cm3. Determinar el tipo de estructura cristalina del cromo.

Datosa=2.84 A=7.19 gr/cm3Cr=51. Gr/mol

La densidad del Torio que se cristaliza con una estructura FCC es 11.72g/cm 3.Obtenga el parmetro de red y el radio atmico del elemento sabiendo que supeso atmico es 232g/mol.


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PARMETRO DE RED PARA ALGUNOS GRUPOS DE COMPUESTOS

DIRECCIONES Y PLANOS CRISTALOGRFICOS EN LAS ESTRUCTURAS

CRISTALINAS

DIRECCIONES

Los ndices de Miller son nmeros enteros positivos o negativos primos, y estos

ndices nos ayudan a designar direcciones.

Las familias direccionales son un conjunto de vectores y se representan con lossignos de < >

Estructura Parmetrocristalino

Nmero deCationes y

aniones

Ejemplos

Bromuro deCesioCsBr

1 y 1 CsCl, CsI

Sal gemaNaCl

4 y 4 LiF,KCL,MgO,CaOBaO,FeO,CdO,MnO

Blenda Zinc(Zns)

4 y 4 BeO, SiC


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PLANOS CRISTALOGRFICOS

Las capas de tomos o los planos sobre los cuales estn ordenados lostomos se conocen con el nombre de planos atmicos o cristalogrficos.

NDICES DE MILLER PARA LOS PLANOS CRISTALOGRFICOS

La relacin que guarda un conjunto de planos con los ejes de las celdasunitarias se designa como Miller; las cuales estn definidas como losrecprocos de las intersecciones que los planos hacen con las coordenadas x,y, z. la unidad de la coordenada es el parmetro de la red de cristal.

PROCEDIMIENTOS:

o Establezca que una de las esquinas de la celda unitaria sea el origen decoordenadas espaciales (0, 0, 0), Los ndices de Miller no puedendeterminarse si un plano pasa por ese origen, en tal caso convienecambiar la localizacin del origen.

o Determine los puntos de corte del plano para una celda unitaria entrminos de coordenadas x, y, z. estos valores pueden ser fracciones.

o Hallar los recprocos de los puntos de cort

o Convertir las fracciones de haberlas en nmeros enteros

o Si un plano corta cualquier eje del lado negativo del origen, el ndice sernegativo y se indica colocando un signo negativo arriba del ndice.


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ESTRUCTURA HEXAGONAL COMPACTA


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DIRECCIONES:

Puntainicio (0, 1, 1)-(0, 0, 0) [011]

Puntos de interseccin: (1, oo, oo)

Inversos: (1,0,0)

ndices de Miller: [100]

i = - (h+k)

[hkil] = [ 1010] ndices de Miller

A partir de los ndices de Miller [011]. Hallar los ndices de Miller Bravais

W=W

I = 1/3 (u-v)


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ESTRUCTURA HEXAGONAL COMPACTA (HC)

La figura de la red hexagonal muestra dos planos basales en forma de

hexgonos regulares con un tomo en cada esquina y uno en el centro,

adems tres tomos en forma de tringulo a la mitad de la distancia entre los

dos planos basales, entonces la celda unitaria de esta estructura contiene


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El cobre tiene una estructura fcc y un radio atmico 1.278A determine la

densidad del cobre

=

El aluminio tiene una masa atmica de 26,97 (g/mol). Sabiendo que cristaliza

en el sistema FCC y que la dimensin de su celda unidad es 4,049 A, culser su densidad?


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La densidad de wolframio es 19,3 g/cm3 con masa atmica de 183,9 g/mol. Si

cristaliza en una red de tipo BCC, calcular su radio atmico.

R=3a / 4 =Solucin 1,37


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PARAMETROS DE RED PARA ALGUNOS TIPOS DE COMPUESTOS

Estructura Parmetro Cristalino

Numero de

cationes y aniones Ejemplos

Bromuro de cesio CrBr 2 y 1 CsCl,CsI

Sal gema NaCl 4 y 4LiF,KCl,MgO,CaO,N

aO,FeO,CdO,

Blenda Zinc Zn 4 y 4 BaO,SiC

DIRECCIONES Y PLANOS CRISTALOGRAFICOSDIRECCIONES CRISTALOGRFICAS.

Los ndices de Miller de las direcciones cristalogrficas se utilizan para describir

direcciones especficas en la celda unitaria

Las direcciones cristalogrficas se usan para indicar determinada orientacin

de un cristal

Como las direcciones son vectores, una direccin y su negativa representan la

misma lnea, pero en direcciones opuestas

Una direccin y su mltiplo son iguales, es necesario reducir a enteros mnimos

Procedimiento para determinar las direcciones cristalogrficas:

1. Determinar las coordenadas del punto inicial y final

2. Restar las coordenadas del final menos el inicial


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3. Eliminar las fracciones o reducir los resultados obtenidos a los enteros

mnimos

4. Encerrar los ndices entre corchetes rectos [ ], los signos negativos se

representan con una barra horizontal sobre el nmero

PLANOS CRISTALOGRFICOS.

Un plano es un conjunto de tomos ubicados en un rea determinada. Los

ndices de Miller sirven para identificar planos especficos dentro de una

estructura cristalina

Este sistema sirve para identificar planos de deformacin o de

deslizamiento

Se utiliza para determinar diferentes niveles de energa superficial

Sirven para determinar el sentido de crecimiento de cristales en algunos

materiales

Procedimiento para identificacin de planos:

1. Identificar los puntos en donde el plano cruza los ejes x, y, z. Si el plano

pasa por el origen de coordenadas, este se debe mover para poder

ubicar una distancia.

2. Determinar los recprocos de esas intersecciones.

3. Simplificar las fracciones, sin reducir a enteros mnimos.

4. Los tres nmeros del plano se representan entre parntesis, los

negativos se identifican con una lnea horizontal sobre el nmero


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SISTEMA DE DESLIZAMIENTO EN LOS MATERIALES

La deformacin de los metales se produce por deslizamiento sobre planospreferentes a lo largo de ciertas direcciones referentes. A esto se le llama

planos de deslizamiento, una combinacin de un plano de deslizamiento con

una direccin de deslizamiento se denomina sistema de deslizamiento, los

planos de deslizamiento preferentes son los que tienen la fraccin atmica

planar ms grande, en tanto que las direcciones de deslizamiento preferentes

son las que tienen las fracciones atmicas planares ms grandes.

rea tomos= Na*Aa

DONDE:

= Nmero de tomos en el interior del plano= nmero .de tomos en el borde del plano

= Nmero de tomos de los vrtices del plano

= ngulo interior de los vrtices de la seccin plana

En el caso de un cuadrado o rectngulo el ngulo es de 90 grados y cada

tomo de los vrtices aporta un cuarto del rea atmica


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En un tringulo equiltero el ngulo es de 60 grados y cada tomo de los

vrtices aporta un sexto del rea atmica

FRACCIN ATMICA LINEALLa fraccin atmica lineal es igual a la longitud de los tomos a lo largo de una

direccin dividida para la longitud de esa direccin.

Entendindose por longitud de los tomos a los radios que intersecan a lo largo

de una direccin.

FRACCIONES ATOMICAS LINEALES


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PROPIEDADES ESPECIALES DE LOS MATERIALES

POLIMORFISMO Y ALOTROPA

Es la propiedad de un material de existir en ms de un tipo de red espacial enel estado slido, si el cambio en la estructura es reversible entonces el cambio

polimrfico se conoce como alotropa como por ejemplo el hierro.

ANISOTROPA

Es la desigualdad de propiedades en distintas direcciones metalogrficas.

ISOTROPA

Es la igualdad de propiedades en distintas direcciones metalogrficas.

CRISTALIZACINEs la transicin del estado lquido al slido. El arreglo de los tomos en un gas

es completamente desordenado, a alguna temperatura menor la energa

cintica de los tomos disminuye a tal punto que las fuerzas de atraccin llegan

a ser suficientemente grandes para que la mayora de los tomos se junten

formando un lquido.

Conforme la temperatura disminuye, los movimientos son menos vigorosos y

las fuerzas de atraccin juntan a los tomos hasta que el lquido se solidifica.

En este estado, los tomos no son estacionarios sino que vibran y dan lugar al

ordenamiento de las estructuras cristalinas y analizadas, es decir que en la

solidificacin ocurre una liberacin de energa. Esta diferencia entre energa

potencial entre los tomos que estn enestado lquido y slido se conoce como

calor latente de fusin

Cuando la temperatura del metal lquido ha disminuido en forma suficiente por

debajo de su punto de congelacin, se forman cristales llamados ncleos, que

se unen entre s para formar sistemas de cristales mayores.

Al aumentar el tamao los cristales se obstaculizan generalmente unos a otros

formando grandes conjuntos y regularmente limitados llamados granos o

cristalitos.


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El crecimiento termina en cuanto se ha solidificado la masa fundida. La imagen

visible de los granos se llama textura. El rea a lo largo del cual estn unidos

los cristales se conocen como frontera de grano.

DEFECTOS DE LA ESTRUCTURA CRISTALINAAl estudiar las estructuras cristalinas, se supone que las retculas son perfectas

y que cada sitio de la red es ocupada por el tomo correcto, sin embargo en los

materiales reales existen defectos en su estructura cristalina.

Entre los tipos de defectos se tienen:

Defecto puntuales.- entre los defectos puntuales de las estructuras cristalinas

monoatmicas se pueden tener:

Llamado hueco o vacante que es la ausencia de un tomo

Un tomo intersticial que es un tomo que ocupa un sitio normalmente

desocupado.

Impurezas que son tomos de oros elementos que pueden ubicarse en un sitio

intersticial o el lugar de otro tomo.


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Defectos puntuales: (a) vacancia; (b) pequeo tomo intersticial; (c) tomo

sustituciones; (d) tomo sustitucin al grande; (e) defecto Frenkel y (f) delecto

Schottky. Todos estos defectos alteran en arreglo perfecto de los tomos

circundantes.

Defectos lineales.- se producen por deslizamiento de una frontera a otra

frontera y son de dos tipos:

o Dislocacin marginal.- que consiste en la presencia de un plano extra

de tomos y se te asocia por efectos de esfuerzo de compresin y

tensin.

El cristal perfecto (a) es cortado y un plano adicionas de tomos es insertado

(b).El borde inferior del plano adicional es la dislocacin de borde (c). Se

requiere de un vector de Burgers b para cerrar un circulo de igual cantidad de

espaciamientos atmicos alrededor de la lnea de dislocacin.

o Dislocacin helicoidal o de tornillo.- se produce cuando los planos

atmicos forman espirales.


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El cristal perfecto (a) es cortado y deformado una distancia igual a un

espaciamiento atmico, (b) y (c), La lnea a lo largo de la cual ocurra este corte

es una dislocacin de tomillo.

Se requiere de un vector de Burger b para cerrar la trayectoria de

espaciamientos atmicos alrededor de la dislocacin de trralo.

Macro defecto.- son defectos que pueden surgir de la solidificacin lo

suficientemente grandes para que se pueda advertir a simple vista. Las ms

comunes son calidades de contraccin, porosidad, etc.

ESTRUCTURA DE LAS ALEACIONES

Las aleaciones se forman mezclando metales con metales o con no metales en

estado lquido, el punto de solidificacin de un metal cambia al alearse

dependiendo de la relacin de la mezcla.

En la colada los tomos de los metales mezclados estn disueltos unos en

otros. Al solidificarse los tomos de los metales aliados forman ncleos de

cristalizacin, desde los cuales parte el merecimiento de los cristales.

Pueden aparecer de 2 tipos de retculas:

Los componentes de la aleacin forman cristales por si mismos.- resulta

por lo tanto una serie de cristales diferentes sea que la textura no es

homognea.

Cuando los componentes de la aleacin forman una retcula comn.- en

cada cristal estn contenidos los diferentes tomos metlicos y se habla

de cristales mezclados, siendo la estructura homognea.


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DIAGRAMAS DE FASESEs la representacin grfica de la composicin de cada una de las fases.

El diagrama de fases es esencialmente una representacin grfica de unsistema de aleaciones. Para especificar por completo el estado de un sistema

de equilibrio es necesario 3 variables independientes:

Temperatura,

Presin

Composicin qumica.

Si se supone que la presin permanece constante con valor atmosfrico el

diagrama de equilibrio mostrara lo cambios estructurales debido a la variacin

de temperatura y composicin.

Elemento A Elemento B

Algunos metales son alotrpicos en el estado slido y tendr diferentes fases

slidas. Cuando un metal sufre un cambio en su estructura cristalina

experimenta un cambio de fase ya que cada tipo de estructura es fsicamente

distinto.

METODOS EXPERIMENTALES

Los datos para construir los diagramas de equilibrio se determinan por diversos

mtodos:

ANALISIS TERMICO.

Es el mtodo ms importante dentro de este grupo. Este tipo de mtodoses, con diferencia, el ms empleado. El principio es bastante simple. Si la


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temperatura de un cuerpo que no sufre ningn cambio de fase se determina

en funcin del tiempo durante el enfriamiento, la curva resultante no

contendr ningn salto

METODO METALOGRAFICO.

Este mtodo consiste en aplicar un ataque qumico al material, con el propsito

de hacer visibles las caractersticas de los metales y sus aleaciones, luego de

realizado el corte, desbaste y pulido para luego poder determinar las causas deuna falla de un componente metlico u otro elemento.

DIFRACCIN DE RAYOS X

Este mtodo mide las dimensiones de la red, indicara la aparicin de una

nueva fase por el cambio de las dimensiones de la red.

En el estado slido se puede tener tres tipos de fases posibles:


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1. Metal puro.- todos los metales exhiben un punto definido de fusin o

solidificacin en condicin de equilibrio, el trmino condicin de equilibrio

implica condiciones de enfriamiento y calentamiento extremadamente

lentas. Si para un metal puro se grafica una curva de enfriamiento mostrara

una lnea horizontal en el punto de fusin o congelacin.

2. Fase intermedia de una aleacin o compuesto.- Formado por

combinaciones de elementos con valencia positiva y negativa, es decir

forman un compuesto con enlace que pueden ser inicos o covalentes.


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Cuando se forma un compuesto los elemento pierden una gran medida si

identidad individual y sus propiedades caractersticas, entonces lo que existe

no son los elementos individuales si no la combinacin de ellos, por tanto el

compuesto tendr sus propias propiedades fsicas y qumicas, y mecnicas

caractersticas de l.

Los compuestos al igual que los metales puros tambin exhiben un punto de

fusin definido y la curva de enfriamiento es similar a la del metal puro.

Esta fase intermedia se la puede conseguir con tres tipos de compuestos:

Compuestos intermetlicos.- Son formados por metales qumicamente

completamente diferentes, sus propiedades son esencialmente no metlicas,

es decir muestran una deficiente ductilidad y una pobre conductibilidad trmica

y elctrica.

Compuesto intersticiales.- formados por elementos en transicin como el

hidrogeno, el oxgeno, carbono, boro, los cuales tienen tomos relativamente

pequeos que se acomodan en los espacios de la estructura cristalina del

metal. Los compuestos intersticiales son metlicos y pueden tener alto puntode fusin y son extremadamente duros.

Compuestos electrnicos.-relacin definida entre el nmero de electrones de

valencia al nmero de tomos, por ejemplo el compuesto formado por AgZn, el

tomo de plata tiene un electrn de valencia, mientras el de zinc dos de

manera que los dos tomos del compuesto tendrn tres electrones de valencia,

o una relacin electrn a tomo de 3 a 2.Muchos compuestos electrnicos tienen propiedades parecidas a las

soluciones slidas, alta ductilidad, y baja dureza

Soluciones slidas.- cualquier solucin est constituida por dos partes; un

soluto que es la menor parte de la solucin, es decir el material disuelto y el

solvente que es la mayor parte de la solucin.

Una solucin puede tener 3 condiciones:


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No saturado.- que se puede aadir algo ms del soluto al disolvente.

Saturada.- cuando disuelve la cantidad lmite de soluto.

Sobresaturada.- si disuelve ms soluto de lo que debera.


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La mayora de soluciones solidas se solidifican a un intervalo de temperatura,

la fig. Muestra la curva de enfriamiento de las soluciones slidas.

En conclusin una fase es un estado homogneo distinguible (gaseoso, lquido

o slido) de la materia que manifiesta composicin y propiedades uniformes.En el caso de una material puro, el estado slido se transforma en estado

lquido en el punto de fusin. Para fundir un metal puro es necesario elevar su

temperatura por encima de su punto de fusin.

Si mesclamos A y B para producir una aleacin surge otra variable. Se trata de

la composicin, la cual se representa mediante una lnea horizontal queconecta las dos lneas verticales de cada una de las fases de los materiales A y

B. las dos lneas verticales conservan su identidad respectiva a la de A puro

(100%) y la de B puro (100%). La composicin de los slidos y lquidos se

expresa habitualmente como porcentaje en peso y la escala de la lnea

horizontal va de 0 a 100% de B de izquierda a derecha o de 0 a 100% de A de

derecha a izquierda.


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El espacio por encima de la horizontal y entre las 2 verticales muestra las

regiones o campos que indican las diferentes fases correspondientes a

composiciones variantes de las mezclas (aleaciones A y B) a diferentes

temperaturas.

A fin de apreciar las diferentes situaciones que surgen cuando se mezcla los

elementos slidos A y B examinaremos las situaciones analgicas en el estado

lquido, en ese estado el lquido presente en mayor concentracin recibe el

nombre de disolvente y el lquido o solido que se agrega se denomina soluto.

En los slidos el soluto conserva su significado, pero al disolvente se denomina

matriz.

REGLA DE LAS FASES(JOSIAH WILLARD GIBBS)

Esta ecuacin permite calcular el nmero de fases que pueden coexistir en

equilibrio en cualquier sistema

P + F = C + 2


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Donde

P: nmero de fases que pueden coexistir en el sistema

F: grados de libertad (presin, temperatura y composicin)

C: nmero de componentes en el sistema

Al aplicar la regla de las fases en el punto triple del diagrama de fases presin

temperatura del agua pura resulta que coexisten tres fases en equilibrio (P = 3)

y hay un componente, agua (C = 1)

P + F = C + 2

3 + F = 1 + 2

F = 0 (cero grados de libertad)

Esto indica que no se puede cambiar ninguna de las variables de forma

independiente, por lo tanto el punto triple es un punto invariante

En cualquier punto sobre la curva de congelacin slido-lquido, coexisten dos

fases, resultando:

P + F = C + 22 + F = 1 + 2

F = 1 (un grado de libertad)

Esto implica que una variable independiente se puede cambiar de forma

independiente, por lo tanto si se especifica una presin determinada, solo hay

una temperatura en la que las fases slida y lquida coexisten

La mayor parte de los diagramas binarios utilizados en Ciencia de

Materiales son diagramas temperatura composicin, donde la presin semantiene constante, a 1 atm.

En este caso la regla de fases condensada, dada por:

P + F = C +1


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Solido a gaseoso

Determina el punto de grados de libertad en el punto A.

A) 2+C=F+P

2+1=F+1

F=2

B) 2+C=F+P C) 2+C=F+P

2+1=F+2 2+1=F+3

F=1 F=0

Las caractersticas de la matriz y el soluto determinan:

a) Se forma una nica solucin solido-continua en todo el intervalo de

composicin.

b) Si el soluto es solo parcial en una matriz esta se encuentra saturada del

soluto

c) Si pueden formar un compuesto al soluto es insoluble en la matriz


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DIAGRAMAS DE FASE

DIAGRAMA DE FASE TIPO 1: SOLUBILIDAD TOTALEl sistema binario (de dos componentes) ms simple es aquel en el que lascaractersticas de los 2 elementos son tan similares que forman solucionesslidas en todas las composiciones.

Del mismo modo que la solucin lquida de alcohol y agua, una solucin slidaes en la que el soluto es totalmente compatible con la matriz y por ende noaparece otra fase slida.

Es decir los dos elementos son completamente solubles en el estado slido, el

nico tipo de fase slida formada ser una solucin slida.Los dos elementos o metales tendrn el mismo tipo de estructura cristalina ydiferente en sus radios atmicos.

Trasladando esto al diagrama se tiene:


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El diagrama de fase consta de dos puntos:

Temperatura de Fusin del metal puro A Temperatura de Fusin del metal puro B

Consta de dos lneas: Liquido, Solido y Solido+Liquido.

Es una prctica comn representar las soluciones solidas con letras griegas.

REGLAS:

Regla1: Composicin qumica de fases

Para determinar la composicin qumica de las fases de una aleacin enequilibrio a cualquier temperatura en una regin bifsica se debe trazar unalnea horizontal para la temperatura llamada lnea vnculo a las fronteras delcampo. Estos puntos de interseccin se proyectan a la lnea base y lacomposicin se lee directamente.

Regla2: Cantidades Relativas en cada fase

Para determinar las cantidades relativas de las dos fases en equilibrio acualquier temperatura especfica en una regin bifsica se debe trazar unalnea vertical que representa la aleacin y la lnea horizontal a los lmites delcampo. La lnea vertical dividir a la horizontal en dos partes cuyas longitudesson inversamente proporcionales a la cantidad de las fases presentes.


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Fraccin de peso Lquido Cs-Co.Fraccin de peso Lquido Cs-CLFraccin de peso Solido Co-CL

Fraccin de peso Solido Cs-CLX= las unidades de masa de lquido.(100-X)= Las unidades de masa de slido.

EJEMPLO 1:

Considere una aleacin de Bismuto con 50% en peso de antimonio y determinelo siguiente:

a) Las temperaturas de slidos y lquidos de la aleacin.

b) La composicin de la ltima porcin de lquido que se solidificac) La composicin de la ltima porcin de solido que se funded) La composicin de las fases slido y lquido a 450Ce) La composicin de fase de slidos o lquido a 400C

a) Temperatura Liquido 520CTemperatura Solido 360Cb) 12%c) 88%d) T=450C


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Calcule las cantidades de slidos y lquidos a 1250C en la aleacin Cobre-Nquel. Cu=40% de Ni

Para ciertas investigaciones cientficas, algunas veces es conveniente expresarla composicin de la aleacin en porcentaje atmico. La conversin deporcentaje atmico puede hacerse por medio de las siguientes frmulas.

%

% =

Donde:

= porcentaje en peso del metal A

= porcentaje en peso de metal B

= peso atmico del metal A

= peso atmico del metal B


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DIAGRAMA DE FASE TIPO 2:

Dos metales solubles en el estado lquido y completamente insoluble en elestado slido.

Este diagrama est formado por 4 reas; el rea que se encuentra por arribade la lnea de lquidos es una solucin liquida homognea de una sola fase, lasreas restantes son de dos fases. Cada rea de dos fases sobre un diagrama

debe estar limitado a lo largo de una lnea horizontal por fases simples.

Mezcla

Eutctica

A+MezclaEutctica

L. Liquidus

L. Solidus


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Dnde:

TA:Temperatura de fusin del metal puro A

TB: Temperatura de fusin del metal puro B

TE: Temperatura Eutctica

E:Es el punto eutctico

*:Composicin eutctica

EJEMPLO:

El siguiente grfico es un sistema de transformacin eutctica Bismuto-Cadmio.

Dibuja a escala el diagrama. Determine la temperatura de fusin del Bi, elpunto de fusin del Cd, la composicin qumica en el punto eutctico ybosqueje el proceso de enfriamiento de dicha aleacin.

Todas las aleaciones se funden o se solidifican en un intervalo de temperaturaa excepcin de la aleacin de composicin eutctica que se funde atemperatura constante y a la menor temperatura posible.

Eutctico: Es una mezcla de dos componentes con punto de fusin mnimo,inferior al correspondiente a cada uno de los componentes en estado puro.Esto ocurre en mezclas que poseen alta estabilidad en estado lquido, cuyoscomponentes son insolubles en estado slido.

Es prctica comn considerar las aleaciones a la izquierda de la composicin

eutctica como hipoeutctica y la de la derecha como hipereutctica.


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Se denomina aleacin tipo eutctica a aquellos cuya composicin es menorque la correspondiente o la eutctica, as como aquellos cuyo contenido esmayor son llamados hipereutcticos

DIAGRAMA DE FASE TIPO 3:Dos metales solubles en el estado lquido y parcialmente soluble en el estadoslido, ejemplo: Plomo, Estao.

Como la mayora de los metales muestran alguna solubilidad de uno con otroen el estado slido, este tipo es el ms comn y por lo tanto el ms importantediagrama de aleacin.

Lnea de liquidus:A-E-F

Lnea de solidus:A-B-E-G-F

Lnea de solus:A-B-C; F-G-H

A= Temperatura de fusin puro A

F= Temperatura de fusin del metal puro B


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Lnea B-E-G= Temperatura eutctica de la composicin

E= Es el punto eutctico

Lnea Liquidus: Corresponde al lquido, indica donde comienza a solidificarse

(todo por encima es liquido)Lnea Solidus: Cuando el material puede obtener partculas slidas y liquidas auna mezcla que solo contenga una solucin Solida (todo por debajo sermaterial solido)

Lnea solus: Hace referencia a la mxima solubilidad que se puede tener en unmaterial con respecto a otro

Ejercicio

Determine la solubilidad del Sn-Pb

La solubilidad del estao en el plomo disminuye de 19% a menos 1%

Solubilidad del Pb en el Sn

La solubilidad del Plomo en el Estao disminuye de 2.5% a 0%

Temperatura Eutctica

183C

Aleacin

Hipoeutectica

Solidus

AleacinHipereutectica


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DIAGRAMA DE FASE TIPO 4: CAMBIO DE FASEISOTERMICAMENTE:

La fase intermedia de fusin congruente. Cuando una fase cambia en otraisotrmicamente (a temperatura constante) y sin ninguna modificacin encomposicin qumica se dice que es un cambio de fase congruente.

La fase congruente se representa con el diagrama como una lnea vertical y sela indica con la formula qumica del compuesto.

Si la fase intermedia tiene un reducido intervalo de composicin como sucedeen los compuestos intermetlicos y compuestos intersticiales entonces serepresenta el diagrama como una lnea vertical y se indica con la frmulaqumica del compuesto.

Lnea Liquidus:TA-J-TAmBn-k-TB

Linea solidus:TA-C-J-H-I-K-D-TB

Lnea solus:E-C-TA

F-D-TB


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DIAGRAMA DE FASE TIPO 5: REACCION PERITECTICA

En la reaccin peritctica un lquido y un slido reaccionan isotrmicamentepara formar un nuevo slido al enfriarse.

El nuevo slido debe ser una fase intermedia.

Ec. General de la reaccin Peritctica

Lnea liquidus TA-P-E-TBLnea solidus TA-TP-F-N-E-TE-TBTA: Temperatura de fusin del metal ATB: Temperatura de fusin del metal BE: Punto EutcticoP: Punto peritcticoTP: Temperatura peritcticaTE: Temperatura Eutctica

E

P

Enfriamiento

L+S1 S2

Calentamiento


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DIAGRAMA DE FASE TIPO 6: DOS LIQUIDOS PARCIALMENTESOLUBLES EN EL ESTADO LQUIDO (Reaccin Monotctica)

En todos los tipos anteriores se supuso que haba solubilidad completa en el

estado lquido, sin embargo es posible que sobre cierto intervalo decomposicin se formen dos soluciones lquidas no miscibles entre s.

Ec. General de la reaccin Monotectica

Enfriamiento

L1 L2+S

Calentamiento


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DIAGRAMA DE FASE TIPO 7: DOS METALES INSOLUBLES ENEL ESTADO LQUIDO Y SLIDO

Esta condicin corresponde a un caso lmite de la relacin Monotctica y la

eutctica.

Un sistema de aleacin ms prximo al de este tipo es aquel entre el aluminio yplomo.

R. Monotectica R. Eutctica

Enfriamiento

L L2+S

Calentamiento

Enfriamiento

L1 S1+S2

Calentamiento


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DIAGRAMA DE FASE TIPO 8: REACCION EUTECTOIDE(Alotropa)

Diversos metales pueden existir en ms de un tipo de estructura cristalina.

Estos son ejemplos de metales que poseen esta propiedad conocida comoalotropa: Fe, Sn, Mn, Co.

Esta es una reaccin comn en el estado slido muy semejante a la reaccineutctica pero no incluye el lquido. En este caso una fase slida se transformaal enfriarse en dos fases slidas nuevas.

La mezcla eutectoide resultante es extremadamente fina como la mezclaeutctica. Bajo el microscopio, ambas mezclas aparecen generalmente igualesy no es posible determinar en forma microscpica si la mezcla result de una

reaccin eutctica o eutectoide.

R. Eutectoide

Enfriamiento

S1 S2+S3

Calentamiento


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DIAGRAMA DE FASE TIPO 9: REACCION PERITECTOIDE

Es una reaccin en el estado slido muy semejante a la peritctica. En estecaso dos fases solidas al enfriarse forman un tercer slido.

Ec. Peritectoide

Enfriamiento

S1+S2 S3

Calentamiento


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DIAGRAMAS COMPLEJOS REALESPara proceder a determinar los nombres de las diversas superficies de undiagrama es necesario recordar que las reas de dos fases deben estarlimitadas por fases nicas de cualquier lado de la lnea horizontal trazadoimaginariamente

Reacciones estandarizados de un diagrama de equilibrio.


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DIAGRAMA DE FASE FeC

El hierro es un constituyente especial de las aleaciones ms importantes de laingeniera. En forma casi pura como hierro dulce, se lo utiliza para alcantarillas,

materiales para techos y conductos, partes de mquinas, etc.

La temperatura a que tienen los cambios alotrpicos en el hierro estinfluenciada por los elementos de aleacin de los cuales el ms importante esel hierro carbono, y en el hierro carburo de hierro.

Material Dctil Material Frgil


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EJEMPLO

Un Acero contiene 95% de ferrita y 5% de cementita Cul es el contenidodel carbono del acero?

R= 0.3411% de Carbono en el acero.

Acero

hipereutectoide

Aceros

Acero

hipoeutectoide

Cementita

(Fe3C)


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CLASIFICACIN DE ACERO

ComposicinQumicaEs la ms recomendada tcnicamente y nos indica por medio de un sistemanumrico y nos indica el contenido aproximado de los elementos importantesen el acero. Las normas estn dadas por la AISI (American Ironodd SteelInstitute).

El primero de los 4 o 5 dgitos de la designacin numrica indica el tipo al quepertenece el acero. As por ejemplo

Acero al Carbono

Acero al Nquel


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Acero al Cromo-Nquel

En el caso de una aleacin simple el 2do digito indica el porcentaje aproximadodel elemento predominante en la aleacin.

Los dos dgitos siguientes generalmente indican el contenido de carbono mediodividido para 100.

Adems de los nmeros las especificaciones AISI pueden incluir un prefijoliteral, para indicar el proceso de manufactura empleado en la produccin delacero.

EJEMPLO:2520B

Con 0.2% de Carbono.Con 0.5% de Nquel.

Acero al Nquel.

Se lo obtiene en un horno Bessenel

4130EAcero al Molibdeno con 1% de Mo con 0.3% de C. Se lo ha obtenido en unhorno elctrico

Contenido deCarbono medio

dividido entre 100

Tipo deAcero

%Aproximadodel ElementoPredominantede la aleacin

Prefijo literalProceso de

Manufactura

Folleto Tecnologia de Materiales

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