Tema 3 Flashcards
según la regularidad con que los átomos o iones estén dispuestos unos con respecto a los otros, ?en que dos patrones se pueden dar?
Si existe una disposición regular de los átomos que da por resultado un patrón que se repite en tres dimensiones, se dice que el material tiene un orden de largo alcance.
Si la disposición de los átomos es solo localizada y no se repite en tres dimensiones, se dice que el material tiene un orden de corto alcance
¿en que se pueden clasificar los materiales según la disposición de los átomos o moléculas en los sólidos?
Sólidos cristalinos: los átomos se sitúan en una disposición repetitiva durante largas distancias. Existe un orden atómico de largo alcance donde los átomos se organizan en un patrón tridimensional repetitivo
Sólidos amorfos: no presentan orden atómico de largo alcance. Sin repetitividad a grandes distancias
con que estan relacionadas Las propiedades de los sólidos cristalinos?
con su estructura cristalina, es decir, con el modo en que los átomos o iones se ordenan en el espacio
Modelo atómico de esferas rígidas
considera los átomos (o iones) como esferas sólidas con diámetros bien definidos. Las esferas representan átomos macizos en contacto
Red cristalina
disposición tridimensional de puntos coincidentes con las posiciones de los átomos (o centros de las esferas)
Celda unidad
La celda unidad o celdilla es la mínima unidad repetitiva que indica el ordenamiento atómico
Índice de coordinación
Número de átomos vecinos con los que está en contacto cada átomo en la estructura cristalina
Factor de empaquetamiento atómico
Fracción de volumen de las esferas rígidas que pertenecen a la celda unidad
Polimorfismo
Fenómeno que consiste en tener más de una estructura cristalina
alotropía
Fenómeno que consiste en tener más de una estructura cristalina en un solido elemental
Densidad
ecuacion
Monocristales
En un sólido cristalino, cuando la disposición atómica es perfecta en toda la muestra, estamos ante un monocristal
policristalinos
La mayoría de los sólidos cristalinos están formados por varios cristales más pequeños (monocristales). Dichos monocristales reciben el nombre de granos. Estos materiales son policristalinos
Nucleación
Crecimiento
Granos
Material policristalino
Después de que se forman los núcleos estables en un material en solidificación, crecen hasta formar cristales. En cada cristal los átomos están ordenados según un modelo regular pero la orientación de cada cristal varía
Cuando concluye la solidificación, los cristales se juntan unos con otros en diferentes orientaciones y forman límites cristalinos. Un material solidificado que contenga muchos cristales se llama policristalino y a los cristales que lo forman se les llama granos. Las superficies entre granos son lo que se conoce como límites de grano
que tres tipos de defectos existen?
Defectos puntuales (relacionados con una o máximo dos posiciones atómicas)
Defectos unidimensionales (lineales)
Defectos bidimensionales (interfaciales)
que tipos de defectos puntuales existen, explicalos
Vacantes
En una posición en la que debería existir un átomo hay una vacante
Se producen en la solidificación o por vibraciones
Todos los sólidos cristalinos contienen vacantes
Una vacante puede trasladarse a través de la red cristalina
Alrededor de la vacante se produce cierta distorsión local
Defectos autointersticiales
Los espacios entre atomos se denominan huecos intersticiales
Cuando un átomo ocupa estos huecos se produce un defecto intersticial
Dado que el hueco intersticial es muy pequeño en comparación al tamaño del átomo, se produce una elevada distorsión. Por ello, la formación de este defecto no es muy probable y existe en pequeñas concentraciones, significativamene menores que para las vacantes
Impurezas en sólidos
No existen los metales puros, siempre presentan impurezas
Al añadir átomos de impurezas diferentes al metal se forma una disolución sólida
El disolvente mantiene su estructura cristalina original
Los átomos nuevos se reparten homogéneamente por esa red cristalina
Hay dos tipos de disoluciones sólidas:
Sustitucional (los átomos de impureza reemplazan a los del metal) o intersticial (la impureza ocupa un hueco)
a que corresponde el numero de vacantes en una red cristalina?
a la ley de Arrhenius en su dependencia con la temperatura
Nv=N*exp^(-Qv/RT)
A mayor temperatura mayor número de vacantes
Como media se considera que un metal cerca de su temperatura de fusión presenta una vacante por cada 10000 átomos
que tipos de Defectos unidimensionales existen, explicalos
Defectos lineales o dislocaciones
Se denomina dislocación al entorno distorsionado existente entre dos zonas cristalinas perfectas. Existen distintos tipos de dislocaciones:
Dislocación de cuña o arista:
Un semiplano intermedio formado por átomos extra
T invertida:
Arriba de la línea de dislocación los átomos están comprimidos
Debajo de la línea de dislocación los átomos están tensionados
Dislocación de helicoidal:
el cortadura o torsion.
Al mirar la dislocación helicoidal desde arriba se observa la generación de rampas de planos
Dislocaciones mixtas:
La mayoría de las dislocaciones encontradas en los materiales cristalinos probablemente no sean totalmente de cuña ni totalmente helicoidales, sino que exhiben componentes de ambos tipos: dislocaciones mixtas
en los Defectos unidimensionales, a que se debe la deformacion permanente?
en la mayoría de los materiales cristalinos se debe al movimiento de las dislocaciones
que tipos de Defectos bidimensionales. Defectos interfaciales
Los defectos interfaciales separan dos zonas con estructura cristalina u orientación atómica diferentes. Entre estos defectos se encuentran:
Superficies externas:
Los átomos en superficie de cualquier estructura cristalina no están rodeados de todos los átomos posibles, por lo que su situación energética es mayor que la de los átomos internos
Los materiales tienden a reducir la cantidad de zona superficial para así reducir la energía total
Defectos de apilamiento:
Defecto que se genera al romperse la secuencia de apilamiento de planos
Límites de fase:
Se observan en los materiales polifásicos. En esa zona, las propiedades físicas y/o químicas varían mucho
que son los limites de grano
Es el límite entre dos granos con diferente orientación atómica
Los átomos se unen con menor regularidad a lo largo de un límite de grano y hay una energía interfacial o de límite de grano similar a la energía superficial
La magnitud de esta energía es una función del grado de desorientación, siendo mayor para límites de grano de ángulo grande
La energía interfacial total es menor en materiales de grano grueso que en los de grano fino, ya que hay menos área límite total
Los granos crecen a temperaturas elevadas para reducir la energía interfacial total
un material policristalino sigue siendo muy fuerte, debido a la presencia de fuerzas de cohesión en los límites de grano
que son los limites de macla
El límite de macla es un límite de grano particular en el que una zona del límite es imagen especular de la otra
como sucede la deformacion plastica?
En materiales cristalinos, al aplicar una carga y producir un esfuerzo de cortadura, las dislocaciones que hay en el material se desplazan a través del mismo, provocando el movimiento de los átomos, esto es, provocando deformación plástica
Recordando los tipos de defectos lineales o dislocaciones que existen:
Dislocación de cuña o arista, Dislocación helicoidal, Dislocaciones mixtas
Deformación plástica en sólidos cristalinos
Al producirse una tensión o esfuerzo de cortadura aplicado en la dirección perpendicular a la línea de dislocación, ésta se va deslizando a lo largo de la red
El movimiento de la dislocación de cuña o arista es paralela al esfuerzo
El movimiento de la helicoidal es perpendicular al esfuerzo
cuando hay un semiplano extra, que pasa en las dislocaciones de cuña?
se va trasladando de izquierda a derecha rompiendo y creando enlaces atómicos
Con la tensión suficiente, el semiplano puede salir de la estructura hacia afuera
El movimiento trae consigo la deformación plástica, que es permanente desde un punto de vista macroscópico
Características de las dislocaciones
Afectan al comportamiento mecánico del material
Las zonas de tensión generadas alrededor de la dislocación determinan el movimiento de las dislocaciones y la posibilidad de generar más
alrededor de una dislocación de cuña o arista se dan Deformaciones de tracción y compresión. Su magnitud disminuye con la distancia
Alrededor de la dislocación helicoidal se dan deformaciones de cortadura
Sistemas de deslizamiento
Las dislocaciones no se mueven con el mismo grado de facilidad sobre todos los planos cristalográficos de átomos y en todas las direcciones cristalográficas. Existe un plano preferido, y en éste existen direcciones específicas a lo largo de las cuales ocurre el movimiento de las dislocaciones. Este plano se denomina plano de deslizamiento; por consiguiente, la dirección del movimiento se denomina dirección de deslizamiento. La combinación de plano y dirección se denomina sistema de deslizamiento
Sistema de
deslizamiento:
Plano de deslizamiento, de elevada densidad planar (DP)
Dirección de deslizamiento, de elevada densidad lineal (DL)
Los metales con estructuras cristalinas FCC o BCC tienen un número elevado de sistemas de deslizamiento (resultado de la combinación de planos y direcciones de alta densidad). Estos metales son bastante dúctiles debido a la extensa deformación plástica que puede conseguirse. Por el contrario, los metales HC tienen pocos sistemas de deslizamiento y son bastante frágiles
Deslizamiento en monocristales
Las dislocaciones de cuña o arista, helicoidales y mixtas se moverán en sistemas de deslizamiento al someter los monocristales a esfuerzos de cortadura aplicados a lo largo del plano de deslizamiento y en una dirección de deslizamiento
El esfuerzo de cortadura resuelto se puede calcular con la siguiente fórmula:
Tr=Sigma(cosacosb)
La tensión resuelta máxima correspondiente al sistema de deslizamiento mejor orientado. Se calcula:
Trmax=Sigma(cosacosb)max
La deformación y deslizamiento en materiales policristalinos
Los numerosos granos presentan orientaciones cristalográficas aleatorias y las direcciones de deslizamiento varían de unos granos a otros
Cada grano de un material policristalino tendrá la forma determinada por su deformación y la de sus vecinos
Los metales policristalinos presentan mayor resistencia que los monocristalinos
Se requieren mayores tensiones para que comience el deslizamiento (deformación plástica)
Un grano no se deforma si los de alrededor no lo permiten, hasta que ellos se deformen también
Deformación por maclado
Recordando la definición de maclado: Una fuerza aplicada a cortadura puede producir desplazamientos atómicos de modo que, en un lado del plano, los átomos estén situados como imágenes de espejo de las posiciones de los átomos del otro lado
Deformaciones generadas por maclado y deslizamiento bajo una tensión de cortadura
En el maclado se produce una reorientación a lo largo del plano de maclado
La deformación plástica total producida por maclado es menor
en q se basan las tecnicas de endurecimiento?
se basan en impedir o al menos disminuir el movimiento de las dislocaciones
tipos de endurecimeinto
A. Endurecimiento por DISMINUCIÓN DEL TAMAÑO DE GRANO
Disminuyendo el tamaño de grano se generarán más límites de grano que resultarán en un mayor impedimento al movimiento y un aumento de la resistencia
Los límites de macla también dificultan el deslizamiento
Los límites entre dos fases también constituyen un obstáculo para el deslizamiento
B. Endurecimiento por DISOLUCIÓN SÓLIDA
Los átomos de soluto generan distorsiones de la red a su alrededor, impidiendo el movimiento de las dislocaciones endurecimiento
El aumento de la concentración de soluto da como resultado un aumento de la resistencia a la tracción y del límite elástico en las aleaciones de Cu-Ni
C. Endurecimiento por DEFORMACIÓN
- Consiste en deformar el metal a temperatura baja (respecto a su temperatura de fusión, que suele ser alta, superior a 600 ºC). Por eso, a este mecanismo se le conoce como trabajo en frío
- Al deformar plásticamente el metal, éste se vuelve más duro y resistente
Tf= (Ao-Af/Ao)*100
Los procesos industriales mediante los que se obtienen piezas por trabajo en frío son: laminación, forja, trefilado, extrusión, embutido, estirado, doblado, etc
La FORJA consiste en martillear la preforma metálica. Las piezas forjadas tienen una excelente microestructura y la mejor combinación de propiedades mecánicas. Llaves para tuercas, ruedas de ferrocarril, etc
La LAMINACIÓN consiste en pasar una preforma entre dos rodillos. Al aplicar fuerza de compresión, el espesor de la preforma disminuye. Se fabrican láminas, cintas y hojas metálicas con acabado superficial de alta calidad (cuando es en frío)
En la EXTRUSIÓN, una barra metálica gruesa se fuerza para que circule a través de un orificio mediante una fuerza de compresión, aplicada con un émbolo. La pieza adquiere la forma del orificio, incrementándose su longitud y disminuyendo el espesor. Se utiliza para la fabricación de tubos sin soldadura
El TREFILADO consiste en hacer pasar un alambre a través de una matriz agujereada mediante una fuerza de tracción aplicada desde el extremo de salida. Se utiliza para fabricar tubos, alambres y productos tubulares
¿Cómo se explica el fenómeno de endurecimiento por deformación?
La densidad de dislocaciones aumenta con la deformación o el trabajo en frío, debido a la formación de nuevas dislocaciones. Como consecuencia, la distancia media de separación entre dislocaciones disminuye. En promedio, las interacciones dislocación-dislocación son repulsivas. El resultado neto es que el movimiento de las dislocaciones se ve obstaculizado por la presencia de nuevas dislocaciones
Recuperación, recristalización y crecimiento de grano
La deformación plástica de una muestra de metal policristalino a temperaturas bajas en relación con su temperatura de fusión absoluta produce cambios en su microestructura y sus propiedades, que incluyen:
(1) Modificación de la forma del grano
(2) Aumento en la densidad de dislocaciones
(3) Endurecimiento por deformación
RECUPERACIÓN y RECRISTALIZACIÓN, después de los cuales puede ocurrir el CRECIMIENTO DEL GRANO
RECUPERACIÓN
Una parte de la energía interna almacenada como energía de deformación es liberada debido al movimiento de dislocaciones (en ausencia de una tension externamente aplicada). Esto ocurre como resultado del aumento de la difusión atómica (transporte de masa por el movimiento atómico) a temperaturas elevadas. Se produce alguna reducción en el número de dislocaciones y las configuraciones de dislocaciones tienden a adoptar bajas energías de deformación de la red
RECRISTALIZACIÓN
Aún después de la recuperación, los granos están todavía en un estado de alta energía de deformación. La recristalización es la formación de un nuevo conjunto de granos equiaxiales libres de deformación que tienen baja densidad de dislocaciones. La fuerza motriz para producir esta nueva estructura de granos es la diferencia en energía interna entre el material deformado y no deformado. Los nuevos granos se forman como nucleos pequeños y crecen hasta que reemplazan completamente al material deformado, proceso que implica difusión
CRECIMIENTO DE GRANO
Después de que ha terminado la recristalización, los granos libres de deformación continúan creciendo, si la muestra metálica se deja a la temperatura elevada. El crecimiento del grano no está necesariamente predecido por la recuperación y la recristalización. Puede ocurrir en todos los materiales policristalinos, tanto metales como cerámicos
