Introducción al la ciencia de los materiales

Introducción

• Estructura cristalina

  Cuando los átomos o iones se ordenan en una disposición que se repite en tres dimensiones.

  • Cúbica centrada en el cuerpo (BCC)

    

  • Cúbica centrada en las caras (FCC)

    

  • Hexagonal compacta (HCP)

    

• Alotropía

  polimorfismo de un elemento simples

• Formas alotrópicas

  Cada una de las formas del polimorfismo, cada forma alotrópica tiene su temperatura definida.

• Puntos críticos

  Temperatura en que se produce el cambio alotrópico

Solidificación de Metales

• Puede separase en dos etapas:
  1. Nucleación: formación de un núcleo estable en el fundido
  2. Formación de la estructura granular: crecimiento de los núcleos hasta dar origen a los cristales.

• Nucleación homogénea hay dos tipos de cambios de energía

  • Energía libre volumétrica total

    Liberada por la transformación de líquido a sólido

  • Energía superficial

    Requerida para formar las nuevas superficies sólidas de las partículas solidificadas

• Ecuación del tamaño critico del núcleo

  Se relaciona con el subenfriamiento $(\Delta T)$ por la ecuación:

  $r_C=\frac{2\gamma T_m}{\Delta H_f\Delta T}$ $r_C-$ rádio crítico del núcleo

  $\gamma -$la energía libre superficial

  $\Delta H_f$ - calor latente de fusión

  $\Delta T$ - subenfriamiento

• Metal policristalino

  Contiene muchos cristales

• Granos

  Cristales en el metal solidificado

• Bordes del grano

  superficie entre los granos

Solidificación Sólidas Metálicas

• Aleaciones

  Mezclas de dos o más metales o un metal y un no metal

• Solución sólida por sustitución

  • La diferencia entre dos diámetros atómicos de los elementos no exceda más de un 15%
  • La estructura cristalina de los elementos tiene que ser la misma
  • No haya diferencias apreciables en las electronegatividades de los elementos para evitar su reacción y por tanto que no formen compuestos.
  • Los elementos no tengan la misma valencia

• Solución sólida por inserción

  Pueden formarse cuando uno de los átomos es mucho mayor que el otro

Imperfecciones Cristalinas

• Se clasifican por su geometría o forma

  • Defectos puntuales

    vacantes y defectos intersticiales

    

  • Defectos de línea o de una dimension

    Dislocaciones

    Bordes de grano

  • Defectos de superficie que implican dos dimensiones

    Superficies externas y bordes de grano

    

• Vector de Burges

  Distancia de desplazamiento de los átomos alrededor de una dislocación y es perpendicular a la línea de dislocación de borde y paralelo a línea de dislocación de hélice

  

• Bordes del grano

  Considerado imperfecciones en la superficie de los materiales policristalinos que separan granos de diferentes orientaciones.

• El borde del grano

  Región de átomos mal emparejados entre granos vecinos.

  La alta energía de los bordes de grano; debido a su estructura más abierta hacen con que sea una región más favorable para nucleación y el crecimiento de los precipitados.

Difusión

Mecanismo por lo cual la materia es transportada a través de la materia

• Mecanismo de difusión por vacantes o sustitucional

  Según va aumentando la temperatura del metal se van produciendo más vacantes y habrá más energía térmica disponible.

• Mecanismo de difusión intersticial

  Los átomos se trasladan de un intersticio a otro contiguo sin desplazar permanentemente a ninguno de los átomos de la matriz de la red cristalina. Esto implica que los átomos que difunden intersticialmente deberán de ser de pequeño tamaño respecto a los de la red cristalina

Difusividad: Factores de influencia

• La temperatura

  A medida que aumenta la temperatura aumenta también la difusividad de los átomos en el metal o aleación

• Tipo de estructura cristalina de la red del disolvente

  La difusión se vera favorecida en estructuras o redes de bajo factor de empaquetamiento

• Tipo de imperfecciones cristalinas

  Se favorece por los bordes de grano ya que es la zona donde existe un mayor numero de vacantes

• Concentración de las especies que se difunden

Cuestionario Tema1 TM.pdf