info

Deterioro deMateriales

Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion

Materiales paraingeniera

Estructura de laMateria

Factores quedeterminan laspropiedades de losmateriales

Enlaces Atomicos

Estructura Cristalina

Defectos de laEstructura Cristalina

Diagramas de Fase

Propiedades de losmateriales

Deterioro de Materiales

Nelly Mara Rosas, [email protected]

Facultad de Ingeniera Mecanica EPN

23 de noviembre de 2014


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Contenido

Objetivos

Bibliografa

IntroduccionMateriales para ingeniera

Estructura de la MateriaFactores que determinan las propiedades de los materialesEnlaces AtomicosEstructura CristalinaDefectos de la Estructura CristalinaDiagramas de FasePropiedades de los materiales


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Objetivos

I Conocer los diversos mecanismos que pueden afectar alos materiales en servicio.

I Estudiar el comportamiento de los materiales frente alos agentes externos.

I Aprender tecnicas para identificar las posibles fallas deun componente.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Contenido

Objetivos

Bibliografa




Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Bibliografa Basica

I Shakefford, Ciencia de Materiales para Ingenieros.

I Smith William, Fundamentos de la Ciencia e Ingenierade Materiales.

I Smith William, Ciencia e Ingeniera de Materiales.

I MichaelF.Ashby, Materials selection in mechanicaldesign.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Contenido

Objetivos

Bibliografa




Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Evolucion de los materiales de ingeniera


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Evolucion del uso de materiales

Se muestra la forma en que los materiales se handesarrollado con el tiempo para satisfacer las demandas deresistencia y densidad.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Evolucion del uso de materiales


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Clasificacion de los materiales de ingeniera


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Metales

Los elementos que forman materiales metalicos son:


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


MetalesPropiedades de los Metales

Los materiales metalicos son:

I Metales elementos puros (Al) y aleaciones concaractersticas metalicas (acero, bronce).

I Los metales elementales comprenden la mayor parte dela tabla periodica de los elementos

I Son solidos a condiciones ambientales (a excepcion Hg,Cs, Rb, Fr y Ga)

I Son del color grisaceo (a excepcion del Au, Cu), suelenser opacos o de brillo metalico

I Tienen alta densidad, son ductiles y maleables.

I Tienen un alto punto de fusion

I Son buenos conductores del calor y de la electricidad

I Son maleables


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


MetalesPropiedades de los Metales

Las propieddes mas importantes de los metales son:


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


MetalesAplicaciones de los Metales

Los materiales metalicos pueden ser utilizados en:La mayora de los puentes y edificios altos se construyen conacero.

Otras aplicaciones seran:


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Ceramicos

Los elementos que forman materiales ceramicos son:


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


CeramicosPropiedades de los Ceramicos

Los materiales ceramicos son:

I Son elementos metalicos y no metalicos enlazadosmediante enlaces ionicos y/o covalentes.

I Las propiedades estan en funcion de los tipos de enlacesque presentan en la estructura.

I Son materiales duros y fragiles con baja tenacidad yductilidad.

I Son buenos aislantes electricos y termicos debido a laausencia de electrones conductores.

I Poseen temperaturas de fusion altas y gran estabilidadqumica debido a sus fuertes enlaces.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


CeramicosPropiedades de los Ceramicos


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


CeramicosAplicaciones de los Ceramicos

Los materiales ceramicos se pueden utilizar en:

I Ambientes corrosivos y con alta temperatura. En hornosy sistemas de procesamiento qumico.

Otras aplicaciones seran:


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


CeramicosClasificacion de los Ceramicos


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


CeramicosVidrios

La mayora de los vidrios comunes son silicatos en forma detetraedros fusionados que comparten los vertices en unadisposicion regular.

Propiedades: transmiten la luz visible, as como la radiacionultravioleta e infrarroja, son qumicamente inertes y fragiles.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


CeramicosVidrios

Clasificacion de los vidrio


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


CeramicosVidrios

Fibras opticas de vidrio: Una gran revolucion en el campode las telecomunicaciones se ha producido con el paso decable de metal tradicional a las fibras opticas de vidrio.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Polmeros

Los elementos que forman materiales polimericos son:


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Polmeros

Los materiales polimericos estan presentes en nuestra vidadiaria y su importancia es tan grande. . . porque trajeron granimpacto a la tecnologa de la ingeniera moderna y a nuestravida cotidiana.

Plastico es un nombre alternativo de los polmeros debido asu amplia capacidad de conformacion durante la fabricacion.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Polmeros


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Polmeros

La palabra polmero proviene de dos vocablos griegos:


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Polmeros

Unidad Constitucional Repetitiva


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


PolmerosPropieddes de los Polmeros


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


PolmerosClasificacion de los Polmeros

De acuerdo al origen

I Polmeros naturales: Provienen directamente del reinoanimal o vegetal. Ejemplo: celulosa, almidon, protenas,caucho natural, acidos nucleicos

I Polmeros artificiales: Son el resultado demodificaciones mediante proceso qumicos, de ciertospolmeros naturales. Ejemplo: la nitrocelulosa.

I Polmeros sinteticos: Se obtienen por procesos depolimerizacion controlados por hombre a partir dematerias primas de bajo peso molecular derivadas delpetroleo. Ejemplo: nylon, polietileno, PVC.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase



De acuerdo a su configuracion molecular


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase



De acuerdo a sus propiedades y a su procesamiento

I Termoplasticos: Cuando se los calienta pasan al estadolquido, es decir, se ablandan y se funden. Se utilizanmetodos de transformacion fsicos, no qumicos. Esteciclo reversible de ablandamiento y endurecimiento es elresponsable de su aptitud para el reciclaje. La forma delas moleculas de estos polmeros es generalmente lineal,o levemente ramificada. Ejemplo: PE, PP, PVC y PET.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase




I Termoestables: Tienen multiples enlaces entrecruzadosen una estructura de red tridimensional. Sonpolimerizados por una reaccion qumica quegeneralmente no es reversible. No son faciles dereprocesar despues que las reacciones deentrecruzamiento han tenido lugar, y por tanto sureciclaje es difcil. No funden al calentarse, sino queempiezan a degradarse. Ejemplo: resinas epoxy,fenolicos y algunas resinas poliester.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase




I Elastomeros: Tienen una zona elastica grande. Losmodulos de elasticidad son bajos. Pueden estirarsehasta cinco veces su longitud original. Tienen menosenlaces de reticulacion entre cadenas que lostermoestables. Ejemplo:latex, neopreno


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Compuestos(hbridos)

Un material compuesto es un sistema de materiales formadopor dos o mas fases distintas cuya combinacion proporcionapropiedades que son diferentes a las de sus constituyentes.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Compuestos(hbridos)

En la naturaleza existen compuestos como:

De esto podemos deducir que los componentes de uncompuesto son:


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Clasificacion de los materiales de ingeniera


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Nanoescala-Nueva Revolucion Industrial

Implican la capacidad de manipular y controlar los atomos ymoleculas de forma individual para obtener un nanomaterialque presenta una nueva organizacion molecular.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Contenido

Objetivos

Bibliografa




Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Factores que determinan las propiedades de los materiales

Introduccion

Cuales son los factores que determinan lascaractersticas y propiedades de los materiales quedeterminan su capacidad para transformarse a travesde procesos diferentes?

I Se debe considerar que al alterar la estructura de losmateriales se puede modificar las propiedades.

I Las propiedades de los materiales dependen de suestructura en todos los niveles y otras solo por laestructura atomica.

I Estructura atomica: tipos de atomos presentes, tipos deenlaces entre los atomos, empaquetamiento de losatomos.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Estructura de la materia

I Platon y Aristoteles: la materia es continua.

I Democrito (470-370 aC): la materia esta formada poratomos (partcula indivisible).

I Dalton, 1800 aprox.I La materia esta formada por partculas indivisibles

llamadas atomos, los cuales no se crean ni se destruyen.I Todos los atomos de un mismo elemento son iguales en

peso, tamano y propiedades qumicas.I Los atomos de elementos diferentes tambien son

diferentes.I Los atomos se combinan en proporciones diferentes para

formar compuestos.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Estructura del atomo

I Thomson (1856-1940): electron (1897). La materia sepresenta normalmente neutra; lo que supone que, juntoa los electrones, los atomos contienen materia cargadapositivamente.

I Millikan (1860 1953): carga del electron

I Radiactividad (Becquerel).

I Thomson: modelo del budn.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase



I Rutherford (1871-1937): EXPERIMENTO: bombardeouna fina lamina de oro con un haz de partculas alfa yestudio sus desviaciones. Modelo nuclear (1911)

I Rutherford (1919): El nucleo esta constituido porpartculas positivas llamadas protones y por partculasneutras llamadas neutrones. El atomo es en su mayorparte un espacio vaco.

I Chadwick (1932): neutron.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase



I Bohr (1914):I Los electrones en los atomos estan localizados en

orbitas concentricas o niveles de energa girandoalrededor del nucleo.

I Los electrones pueden moverse de una orbita a otra.Para esto, un electron debe ganar o perder una cantidadexacta de energa, un cuanto de energa.

Partcula Masa(gramos) Carga(coulombios)

Electron 9,1095 x 1028 -1,6 x 1019

Proton 1,6726 x 1024 -1,6 x 1019

Neutron 1,6750 x 1024 0


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Estructura Atomica

I La unidad estructural fundamental de la materia es elatomo.

I Muchas de las similitudes y diferencias entre loselementos pueden explicarse por sus respectivasestructuras atomicas.

Esquema del modelo planetario de un atomo de C12


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Elementos Qumicos


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Tamanos relativos de algunos atomos

William F. Smith


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Enlaces AtomicosIntroduccion

El atomo es la entidad mas pequena que influyedirectamente en las propiedades de los materiales. Lascaractersticas qumicas y de formacion determinan el tipo yla fuerza de los enlaces que el elemento puede formar con losatomos (elementos). El tipo y la fuerza del enlacedeterminan las propiedades fsicas y mecanicas del materialsolido que se forma.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Fuerzas y energas de enlace

Cuando dos o mas atomos se aproximan entre s, se ejercen varias

fuerzas entre ellos. Algunas de estas fuerzas unen los atomos;

otras, tienden a separarlos. En la mayora de los atomos, con

excepcion de los gases nobles, las fuerzas de atraccion son mayores

que las fuerzas de repulsion, los atomos se atraen entre s y

forman un enlace.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Tipos de enlace

Que es un enlace qumico?Enlace Qumico es la fuerza de atraccion mutua entre dos omas atomos que se combinan para formar una molecula. Laformacion de un enlace qumico obedece a:

I Un mecanismo electronico de ganancia, perdida ocompartimiento de electrones entre los atomos que seunen.

I Si dos o mas atomos se unen, los electrones de valenciaforman agrupaciones de modo que cada atomo puedaadquirir la estructura electronica del gas noble mascercano en el sistema periodico, es decir, completa ochoelectrones en su nivel energetico mas externo.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Electronegatividad

Se puede definir como una medida de la capacidad de un atomo

para atraer y retener los electrones de un enlace. Los elementos

mas electronegativos estan a la derecha y arriba de la tabla y los

menos electronegativos a la izquierda y abajo.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Enlace ionico o electrovalente

Este enlace ocurre cuando hay traspaso de electrones de un atomo

electropositivo hacia el electronegativo. Debido a esta

transferencia de electrones, los atomos se cargan positiva y

negativamente, estableciendose una fuerza de atraccion

electrostatica que los enlaza.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Enlace covalente o covalencia

Es la union de dos o mas atomos que comparten uno o mas pares

de electrones. Este tipo de enlace se presenta entre los elementos

no metalicos, electronegativos


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Enlace metalico

En metales en estado solido, los atomos se encuentran

empaquetados relativamente muy juntos es una ordenacion

sistematica o estructura cristalina. El enlace metalico es

consecuencia de la facilidad de disociacion de los metales en iones

positivos y electrones libres.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Enlaces mixtos

El enlace qumico de atomos o iones puede involucrar masde un tipo de enlace primario y tambien enlaces dipolaressecundarios. Para el enlace primario existen las siguientescombinaciones de tipos de enlace mixto:

I Ionico - covalente

I Metalico - covalente

I Metalico - ionico

I Ionico - covalente - metalico


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Enlace secundario de Van Der Waals

Es una fuerza electrostatica debil que puede existir entre los

atomos y las moleculas que estan polarizadas, es decir, por

atraccion de cargas opuestas. La atraccion depende de las

distribuciones asimetricas de carga positiva y negativa dentro de

cada unidad atomica o molecular que se enlaza. Esta asimetra de

carga se llama dipolo.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Energas de enlace y temperatura de fusion de varias sustancias


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Energas de enlace de los materiales paraingeniera


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Contribucion de los enlaces en los materiales deingeniera


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Materiales Cristalinos y Amorfos (no cristalinos)La comprension de los materiales se logra por medio de modelos.El modelo aceptado en la actualidad es el siguiente:

I Los materiales estan formados por atomos.

I Los atomos se comportan como si fueran esferas solidas.

I Los atomos de diferente naturaleza qumica se representanpor esferas de tamanos diferentes.

I Los atomos se unen entre s para formar el material.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Estructura CristalinaMateriales Cristalinos y Amorfos (no cristalinos)

I Dependiendo del material, los atomos tienen dosposibilidades para enlazarse.

I Los atomos no siguen ningun orden o siguen un ordende corto alcance materiales amorfos.

I Los atomos siguen un ordenamiento de largo alcancemateriales cristalinos.

La estructura cristalina es el concepto que describe la forma comose organizan loa atomos en el material.

Muchos de los solidos son materiales cristalinos, mientras otrosson amorfos, primero se enfoca la atencion en los cristalinos.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


La celda unitaria


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Geometra de la celda unitaria


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Siete sistemas y Catorce redes

Asignando valores especficos para las longitudes axiales y losangulos inter-axiales, se pueden construir diferentes tipos decelda unidad.Para describir la estructura de todos los materialescristalinos existen 7 sistemas cristalinos (forma de la celdaunitaria) y 14 tipos diferentes de redes.Ademas, para determinar completamente la estructuracristalina elemental de un solido, ademas de definir la formageometrica de la red, es necesario establecer las posicionesen la celda de los atomos o moleculas que forman el solidocristalino; lo que se denominan puntos reticulares.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Los siete sistemas


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Los puntos reticulares


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Las redes de Bravais


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Principales estructuras cristalinas metalicas

La mayora de los metales elementales (cerca del 90 %)cristalizan en tres estructuras cristalinas densamenteempaquetadas: cubica centrada en el cuerpo (BCC); cubicacentrada en las caras (FCC), y hexagonal compacta (HCP).La estructura HCP es una modificacion mas densa de laestructura cristalina hexagonal sencilla.La mayor parte de los metales cristaliza en estas estructurasdensamente empaquetadas debido a que se libera energa amedida que los atomos se aproximan y se enlazan cada vezmas estrechamente entre s. De este modo, dichasestructuras densamente empaquetadas se encuentran endisposiciones u ordenamientos de energa cada vez mas bajay estable.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Centrada en el cuerpo BCC


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Centrada en las caras FCC


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Hexagonal compacta HCP


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Intersticios o huecos en las estructuras cristalina

En las estructuras cristalinas descritas existen espaciosvacos, llamados intersticios o huecos, donde pueden caberatomos de tamano pequeno.El tamano de los intersticios vara en las diferentesestructuras y determina la medida en que cada estructurapuede alojar atomos pequenos.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Estructuras cristalinas ionicas: Materialesceramicos

La estructura de los materiales ceramicos, que sonprincipalmente compuestos ionicos material metalico y nometalico (oxidos, carburos, nitruros, boruros, siliciuros yhalogenuros). Estas estructuras estan determinadas en granparte por la manera como se pueden empaquetar los ionespositivos y negativos de modo que la atraccion electrostaticasea maxima y se reduzca al mnimo la repulsionelectrostatica. Esto significa que los iones positivos(cationes) tienen iones negativos (aniones) como vecinosinmediatos o en contacto con ellos.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Materiales ceramicos


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Formas alotropicas del carbonoGrafito


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Formas alotropicas del carbonoFullerenos y nanotubos


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Cristalinidad de los polmeros

Las celdas unitarias de las macromoleculas (polmeros) sonmas complejas que las de los metales, los compuestos ionicoso los cristales de moleculas organicas pequenas. En generallos polmeros solo cristalizan parcialmente, o no cristalizanen lo absoluto, y son los polmeros lineales los que puedenser semicristalinos.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Monocristales y materiales policristalinos

En realidad muchos materiales son cristalinos, pero no tanperfectos como parecen haber sido descritos hasta ahora.Virtualmente todos los metales forman estructuras cristalinas bajocondiciones normales de enfriamiento, a partir del lquido fundido;sin embargo, cuando se cuela rara vez es un solo cristal. Mas bienla parte colada esta formada por varios cristales, con estructurasidenticas pero con distintas orientaciones. La mayor parte de losmetales forma estructuras policristalinas.Muchos materiales ceramicos tienen tambien la forma de solidospolicristalinos.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Monocristales y materiales policristalinos

Para formar materiales monocristalinos, cuando se cuela elmaterial, el enfriamiento debe ser muy lento, con lo cual elmaterial se solidifica dando un solo cristal. Los materiales demonocristal no tienen fronteras de grano, por lo que tienenpropiedades mecanicas, opticas y electricas unicas, Los de cuarzo(SiO2) se usan como transductores en una diversidad deaplicaciones, por ejemplo, en receptores y sensores de alta calidad.Los monocristales de germanio y de silicio se usan mucho en lamicroelectronica. Los monocristales de aleaciones de nquel seusan en alabes de turbina, en aviones a chorro de altorendimiento. Los monocristales de Zafiro (Al2O3) y de diamante(Carbono) son piedras preciosas.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Defectos de la Estructura CristalinaIntroduccion

Los materiales de ingeniera estan formados por un inmensonumero de atomos, en pequenos volumenes.Por ejemplo, en el Fe (BCC) con a = 0,287 nm y dosatomos por celda unitaria, hay unos 8,5 x 1022 atomos porcm3. Por esta gran cantidad de atomos que intervienen, sepuede esperar una gran probabilidad de que sucedan variosdefectos (errores) en el arreglo atomico.En los solidos cristalinos estos errores se llaman defectos, ypueden presentarse en distintas formas, que incluyen atomosunicos (defectos puntuales), filas de atomos (defectoslineales), planos de atomos (defectos superficiales) ypequenos conjuntos tridimensionales de atomos (defectos devolumen).


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Defectos de la Estructura CristalinaIntroduccion

En la practica, es extremadamente difcil obtener cualquiermaterial con 100 % de pureza.La presencia de algunas especies de atomos adicionalesincorporadas dentro de las especies atomicas principales es loque se llama un defecto, hayan sido agregadasintencionalmente o por accidente.A este defecto se lo llama impureza, y en la practica esimposible obtener un material en cantidades comerciales ensu forma pura.En todos los materiales es necesario tomar en cuenta laexistencia de defectos e impurezas, que se conocengenericamente como imperfecciones y la forma en queafectan las propiedades de los materiales.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Defectos cristalinos

I Defectos puntualesI vacanteI atomo intersticial

I Defectos lineales o dislocacionesI dislocacion de borde o de aristaI dislocacion helicoidalI dislocacion mixta

I Defectos de superficieI maclaI borde de granoI granos

I Defectos volumetricos (materiales amorfos)I solidos no cristalinos


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Defectos PuntualesVacante, atomo intersticial

Un defecto puntual se puede definir como una imperfeccion donde, intervienen unos cuantos atomos.Los defectos puntuales se presentan en todo tipo de materiales, pueden ser ionicos, covalentes, ionicocovalente mixto, metalicos o moleculares. Los defectos puntuales tienen efectos profundos sobre laspropiedades mecanicas y fsicas de la mayor parte de los materiales en ingeniera.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Defectos LinealesDislocacion de borde

Los defectos lineales en las estructuras cristalinas se denominan dislocaciones. Estos defectos permitendeformar los materiales cristalinos; son los que desplazan o resbalan sobre los planos de deslizamiento, yconfieren ductilidad al material.Hay dos orientaciones basicas en una dislocacion: la de borde y la helicoidal.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Defectos LinealesDislocacion helicoidal

Es necesario definir una dislocacion helicoidal, la cual se muestra esquematicamente en la figura, dondepuede considerarse que cada pequeno cubo representa una celda unitaria.La definicion de dislocacion helicoidal para este defecto reticular se deriva del hecho de que los planosreticulares del cristal forman una espiral en la lnea de dislocacion


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Defectos LinealesDislocacion mixta


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Defectos LinealesMovimiento de dislocaciones

CaracteristicasSe pueden desplazar en el interior del cristal conesfuerzos mecanicos relativamente bajos y producir eldesplazamiento completo de planos cristalinos.Explican

I Modulo de Young Teorico es mayor al Modulo de YoungExperimental

I Deformacion plastica en metales (maleabilidad,ductilidad, deformacion plastica, etc...)

Formacion

I durante la solidificacion y enfriamiento

I por deformacion plastica del solido

I tensiones termicas que resultan del enfriamiento rapido


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Defectos LinealesDislocacion mixta


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase



La deformacion plastica (permanente) en metales se asociacon las dislocaciones (linelas y helicoidales) y su movimiento.Solo se necesita aplicar una pequena fuerza de cizalladura, ysolo en las cercanas de la dislocacion, para producir unacizalladura paso a paso, que al final dara lugar a unadeformacion total coincidente con la producida por elmecanismo de aplicacion de una tension elevada.Deslizamiento/deformacion: mas facil a medida que sedisminuye la distancia entre atomos.Mecanismo de deslizamientoPlanos y direcciones de alta densidad atomica


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase



El movimiento de dislocaciones es analogo al modo de locomocion empleado por una oruga, la cualforma una encorvadura cerca de su extremo posterior al estirar su ultimo par de patas una distancia iguala la unidad. La encorvadura se mueve hacia adelante mediante la subida y el desplazamiento de pares depatas. Cuando la encorvadura alcanza el extremo anterior, toda la oruga se ha movido hacia adelanteuna distancia igual a la separacion entre patas. La encorvadura de la oruga y su movimiento correspondeal semiplano adicional de atomos en el modelo de dislocacion de cuna de la deformacion plastica.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase



I El metal es menos deformable a medida que aumenta ladeformacion plastica producida.

I Durante la deformacion plastica, el numero dedislocaciones aumenta dramaticamente. Se sabe que ladensidad de dislocaciones en un metal que ha sido muydeformado puede ser tan alta como 1010mm2.

I En el caso de las estructuras ionicas el movimiento esmas complicado y difcil. Existen pocos sistemas dedeslizamiento. Es posible deformarlos a temperaturasaltas.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Defectos LinealesInteraccion de dislocaciones

I El plano sobre el que se desplaza una dislocacion sedenomina plano de deslizamiento. Para que la dislocacion semueva tambien debe sobrepasar una cierta barrera de energa(vencer una friccion), si bien, esta es mucho menor que lanecesaria para desplazar todo un plano atomico sobre elsubyacente.

I El fenomeno de endurecimiento por deformacion se explica enbase a las interacciones entre los campos de tension de lasdislocaciones (Las propias dislocaciones constituyen unobstaculo para el movimiento de otras dislocaciones). Ladensidad de dislocaciones en un metal aumenta con ladeformacion (trabajo en fro), en consecuencia, la distanciamedia entre dislocaciones disminuye, las dislocaciones seposicionan mucho mas juntas.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase




Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase



Endurecimiento por reduccion del tamano de granoEl tamano (diametro medio), de los granos de un metalpolicristalino afecta a las propiedades mecanicas. En general, losgranos contiguos tienen diferentes orientaciones cristalograficas yun lmite de grano comun.

I Puesto que los dos granos tienen orientaciones distintas, unadislocacion que pasara de un grano a otro tendra quecambiar la direccion de su movimiento, esto se hace masdifcil a medida que aumenta la diferencia en orientacion.

I El desorden atomico dentro del lmite de grano producira unadiscontinuidad de los planos de deslizamiento de un grano aotro (distorsion que supone la junta).

Un material con grano fino es mas duro y resistente que uno quetiene granos gruesos, puesto que el primero tiene una area total delmite de grano mayor para impedir el movimiento de lasdislocaciones.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase




Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


MicroporosFormacion

Los poros son regiones volumetricas abiertas en un material.Se pueden formar por aglomeracion de defectos(dislocaciones, vacancias) que se difunden, por el bombardeode un cristal con radiacion de alta energa, o por muchasoperaciones de procesamiento que producen burbujas de gas.Su tamano puede ir de algunos nanometros hastacentmetros, o ser aun mayores. Los poros tienen un efectoperjudicial apreciable sobre las propiedades mecanicas de losmateriales.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Defectos LinealesFuentes de dislocaciones

I La deformacion plastica en fro de un metal nosolamente pone en movimiento sus dislocaciones sinoque genera gran numero de nuevas dislocaciones.

I En caliente no hay endurecimiento por deformacion,porque el material recristalizado a la vez que se deformaocurre que van desapareciendo dislocaciones a medidaque se forman bien por trepado o aniquilacion de las designo contrario.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Defectos de SuperficieMacla


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Defectos de SuperficieLa superficie de un material cristalino


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Defectos de SuperficieGranos y bordes de grano


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Defectos VolumetricosSolidos no cristalinos


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Diagramas de FaseIntroduccion

Existen tres parametros controlables que afectan laestructura de las fases:

I Temperatura

I Presion

I Composicion

Los diagramas de fases se construyen graficando diferentescombinaciones de estos parametros.

Diagrama de Fases = Diagrama de Equilibrio


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Conceptos Basicos

Componente: Los componentes son metales puros, compuestos o ambos, delos cuales se compone una aleacion. Ejemplo: Laton (aleacion Cu-Zn)Sistema: Serie de posibles aleaciones de los mismos componentes, pero sinconsiderar la composicion de la aleacion. Ejemplo: el sistema hierro-carbonoSoluto: Componente o elemento de una disolucion presente en unacomposicion menor. Se disuelve en el disolventeSolvente: Componente o elemento de una disolucion presente en unacomposicion mayor. El solvente disuelve al solutoLimite de solubilidad: Es la concentracion maxima de soluto que se puedeanadir sin que se forme una nueva faseDisolucion solida: Consiste en atomos de por lo menos dos tipos diferentes, endonde los atomos de soluto ocupan posiciones sustitucionales o intersticialesen la red del disolvente, conservando la estructura cristalina del disolventeFase: Porcion homogenea de un sistema que tiene caractersticas fsicas yqumicas uniformesEnerga Libre: Propiedad termodinamica, funcion de la energa interna de unsistema y su entropa (aleatoriedad o desorden de los atomos o moleculas delsistema)


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Conceptos Basicos

Sistema en Equilibrio: Un sistema esta en equilibrio si su energa libre esmnima, para una combinacion especfica de presion, temperatura ycomposicion. Desde el punto de vista macroscopico, significa que lascaractersticas del sistema no cambian con el tiempo. Es decir, el sistema esestable. Un cambio de temperatura, presion y/o composicion en un sistema enequilibrio, conducira a un aumento en la energa libre y a un posible cambioespontaneo a otro estado de menor energa libreEquilibrio metaestable: En algunos sistemas solidos, la velocidad a la cual sealcanza el equilibrio (estado de mnima energa) es tan lenta que no siempre selogra en un tiempo razonable. En estos casos, y a los fines practicos, elsistema logra un equilibrio metaestable que puede persistir indefinidamente,o bien, experimentan cambios muy ligeros o casi imperceptibles a medida quepasa el tiempo. Un ejemplo de equilibrio metaestable es el diamante (la formaestable es el grafito)Microestructura: Se refiere a la estructura que se revela por observacionmicroscopica directa, por medio del microscopio optico o electronico. Unamicroestructura se caracteriza por el numero de fases presentes, susproporciones y la manera en que se distribuyen. La microestructura de unaaleacion depende de: elementos aleantes presentes, concentraciones,temperatura y tratamiento termico de la aleacion


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Diagrama de Fases de un solo Componente

I Corresponden para una sustancia pura

I La composicion se mantiene constante

I Las unicas variables de interes son la presion y latemperatura

Diagrama P-T


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase



Cada una de las tres curvas de este diagrama (aO, bO y cO)son lmites de fases. Cualquier punto de estas curvasrepresenta un equilibrio entre las dos fases a cada lado.

Diagrama P-T del Agua


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase



Curva de Enfriamiento de un componente puro

Analisis termico: es el estudio de la variacion detemperatura que experimenta un metal o aleacion durante sucalentamiento o enfriamiento.Si se suministra calor a un material metalico, esteexperimentara un aumento de temperatura. Con cantidadesde calor constante por unidad de tiempo se tendra unaelevacion continua de temperatura en el material, siempreque este no experimente transformacion alguna.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Diagrama de Fases Binario

I Los diagramas de fases binarios tienen solo doscomponentes

I La presion se mantiene constante, generalmente a 1 atm

I Los parametros variables son la temperatura y lacomposicion


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Solucion Solida Ilimitada

Sistemas binarios isomorfo = existe solubilidad completa delos dos componentes en estado lquido y solido.La condicion para que ocurra solubilidad completa en estadosolido es que ambos elementos aleantes deben tener:

I la misma estructura cristalina

I radios atomicos similares

I electronegatividades similares

I valencias similares


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Solucion Solida Ilimitada


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Mezcla Mecanica


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Solucion Solida Limitada


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Diagrama de Fase Eutectoide


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Diagrama Fe-C

Las aleaciones de hierro y carbono (aceros y fundiciones dehierro) son las aleaciones metalicas mas importantes de latecnica moderna.Por su volumen, la produccion de fundiciones de hierro yaceros supera en mas de diez veces la produccion de todoslos demas metales juntos.El diagrama hierro carbono, da una idea de las estructurasde las aleaciones de hierro y carbono, es decir, de los acerosy de las fundiciones.


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Diagrama Fe-C


Nelly Mara Rosas


Contenido

Objetivos

Bibliografa

Introduccion




Enlaces Atomicos



Diagramas de Fase


Propiedades de los MaterialesClasificacion

I Propiedades esenciales: Se refiere a las propiedades basicasde un material.

I Propiedades organolepticas: Se refiere a las propiedadesque se perciben a traves de los sentidos.

I Propiedades qumicas: Se refiere a los procesos quemodifican qumicamente un material.

I Propiedades fsicas: Se refiere a las caractersticas de losmateriales debido al ordenamiento atomico o molecular delmismo.

I Propiedades magneticas: Se refiere a la capacidad dealgunos materiales al ser sometidos a campos magneticos.

I Propiedades mecanicas: Estan relacionadas con la forma enque reaccionan los materiales al actuar fuerzas sobre ellos.

I Propiedades tecnologicas: Determinan la capacidad de unmaterial a ser

info

Documents

Transcript of info