![Planos Cristalinos
P[ h,k,l ]
A[ 1,1,1]
B[0,1/2,0]
C[1,0,0]](https://image.slidesharecdn.com/sesin1y2estructuradelosmateriales-240829035320-4ca3688e/85/Sesion_1_y_2_Estructura_de_los_materiales-ppt-48-320.jpg)
Sesión_1_y_2_Estructura_de_los_materiales.ppt
- 1. INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN TECNOLOGÍA DE LOS TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES MATERIALES
- 2. Necesidades de cambio Necesidades de cambio Que los materiales mantengan la forma Que los materiales mantengan la forma durante su uso y por largo tiempo. durante su uso y por largo tiempo. Que sean más livianos y resistentes a Que sean más livianos y resistentes a los impactos. los impactos. Que el material sea de bajo costo y que Que el material sea de bajo costo y que brinde suficiente seguridad durante su brinde suficiente seguridad durante su vida útil. vida útil.
- 6. Propiedades de los materiales Propiedades de los materiales Propiedades de los materiales Eléctricas Magnéticas Ópticas Térmicas Elásticas Químicas Resistencia Rigidez Impacto Termofluenci a Fatiga Desgaste Estructura y Procesamiento
- 7. Materiales Materiales Clasificación, Estructura y Clasificación, Estructura y Propiedades Propiedades
- 8. Clasificación de los materiales
- 11. Estructura atómica de los materiales
- 13. Estructura atómica número de electrones = número de protones número atómico = número de electrones ó protones masa atómica = número promedio de protones y neutrones en el núcleo (también se le llama peso atómico) cada electrón posee una energía en particular y además ocupa un nivel de energía discontínuo dentro de la nube electrónica
- 14. Números cuánticos determinan el nivel de energía al cual corresponde cada electrón n n = número cuántico principal Representa las capas cuánticas y se le asigna valores enteros (1, 2, 3, 4.....). Por lo general se representa con letras, por ejemplo: n = 1 K n = 2 L n = 3 M
- 15. Números cuánticos l l = número cuántico acimutal Representa el número de niveles de energía en cada capa cuántica, se representa con números enteros ó letras minúsculas empleando la relación n-1, por ejemplo: n = 1 l = 0 = s n = 2 l = 1 = p n = 3 l = 2 = d n = 4 l = 3 = f
- 16. Números cuánticos m ml l = número cuántico magnético Representa niveles de energía u orbitales, para cada número acimutal, siguiendo la relación 2l+1 y se representan todos los números desde –l hasta l, por ejemplo: l = 2 ml = 5 números cuánticos magnéticos -2, -1, 0, +1, +2
- 17. Números cuánticos m ms s = número cuántico de espín Representa los diferentes giros de los electrones, se representa con valores de – 1/2 y +1/2. Ejemplos: Ejemplos: Ge = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p2 Fe = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2 Al = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1
- 18. Enlaces atómicos
- 19. Enlace Iónico
- 20. Enlace covalente
- 21. Enlace Metálico
- 22. Energía de enlace para cada tipo de unión
- 24. Los materiales también pueden ser clasificados según su ordenamiento atómico en: Amorfos (gases) Semicristalinos (polímeros, cerámicos) Cristalinos (metales)
- 26. Materiales semicristalinos (ordenamiento de corto alcance)
- 27. Materiales cristalinos (ordenamiento de largo alcance)
- 29. Estructura de metales Estructura cristalina • En el estado sólido los átomos acusan cierta permanencia de posiciones, se da lugar a la formación de cristales, sin embargo esta es una posición dinámica pues los átomos oscilan alrededor de sus posiciones. • De esta forma los átomos forman redes espaciales, obtenidas al unir los átomos entre si por rectas imaginarías.
- 30. Las propiedades de un sólido dependen tanto de la disposición de los átomos como de las fuerzas de enlace entre ellos.
- 31. Celda unitaria • Es el grupo más pequeño de átomos que mediante la traslación repetida en, tres dimensiones, forma todo el cristal.
- 33. Sistemas cristalinos de los metales • Afortunadamente la mayor parte de los metales más importantes cristalizan en los sistemas cúbicos o hexagonal, encontrándonos normalmente con las siguientes redes.
- 34. Estructura BCC (red cúbica centrada en el cuerpo) • En ésta los átomos son equivalentes. • La estructura bcc es usualmente más dura
- 35. Estructura FCC (red cúbica centrada en la cara) • La estructura fcc es más dúctil y maleables, por lo tanto más susceptible a la deformación por deslizamiento, porque presenta varios planos.
- 36. Estructura HC (Hexagonal compacta) • En la estructura HC la ductilidad es baja. Solo presenta un plano de deslizamiento, a lo largo del plano basal del hexágono
- 37. # de coordinación • Contactos con vecinos. Entre mayor sea el numero, más compacta y empaquetada será la red.
- 38. Alotropía de los metales (polimorfismo) • Algunos metales como el hierro, manganeso, cobalto, estaño pueden tener según la temperatura de calentamiento, distintas estructuras en sus redes cristalinas y por lo cual tener propiedades diferentes, esto se conoce como alotropía o polimorfismo.
- 39. Transformación alotrópica • Las formas alotrópicas se representan se representan por las letras griegas: α, β, γ, δ, etc. • La transformación alotrópica va acompañada de una absorción de calor, al calentarse, o de un desprendimiento de calor latente al enfriarse dándose estos procesos a temperaturas constantes. • Ejemplo: el hierro.
- 40. 14 redes de Bravais, 7 sistemas cristalinos
- 41. Tabla 3.3. Clasificación de celdas unitarias. Sistema Cristalino Longitudes axiales y ángulos interaxiales Retículos espaciales Cúbico 3 ejes iguales en ángulos rectos, a = b = c, = = = 90º Cúbico simple Cúbico centrado en el cuerpo Cúbico centrado en las caras Tetragonal 3 ejes en ángulos rectos, dos de ellos iguales a = b c, = = = 90º Tetragonal sencillo Tetragonal centrado en el cuerpo Ortorrómbico 3 ejes distintos en ángulos rectos, a b ? c, = = = 90º Ortorrómbico simple Ortorrómbico centrado en el cuerpo Ortorrómbico centrado en las bases Ortorrómbico centrado en las caras Romboédrico 3 ejes iguales, inclinados por igual, a = b = c, = = ? 90º Romboédrico simple Hexagonal 2 ejes iguales a 120º y a 90º con el tercero, a = b ? c, = = 90º, = 120º Hexagonal sencillo Monoclínico 3 ejes distintos, dos de ellos no forman 90º a ? b ? c, = = 90 ? Monoclínico simple Monoclínico centrado en la base Triclínico 3 ejes distintos con distinta inclinación, y sin formar ningún ángulo recto, a ? b ? c, 90º, 90º Triclínico simple
- 42. Los materiales metálicos solidifican en su gran mayoría (90%) con estructuras: cúbica centrada en las caras, cúbica centrada en el cuerpo y hexagonal cúbica centrada en el cuerpo cúbica centrada en las caras hexagonal compacta
- 43. Factores que afectan ductilidad en los materiales metálicos
- 46. Indices de Miller Inverso del valor de la Inverso del valor de la intersección del plano intersección del plano con los ejes con los ejes coordenados coordenados c a b 2 1 3 ` ` 1 ´ ´ 1 2 »Expresan magnitud de la Expresan magnitud de la intersección intersección »Invertir los valores Invertir los valores »Expresión en números enteros Expresión en números enteros mínimos mínimos Indices de Miller : + Intersección 2, 3, 1 + Inverso / 2 , , / 2 , , 1 1 3 3 1/ 1/ 1 1 + Números enteros mínimos = ( 3, 2, 6 ) Codificación Internacional ( h, k, l ) ( h, k, l ) Red Hexagonal i = -( h + k ) ( h, k, i, l ) ( h, k, i, l )
- 47. Metales S I S T E M A S S I S T E M A S Regular Regular = = = 90° a = b = c Hexagonal Hexagonal = = 90 ° ; = 120 ° a = b c Después del tratamiento térmico Tetragona Tetragona l l = = = 90° a = b c
- 48. Planos Cristalinos P[ h,k,l ] A[ 1,1,1] B[0,1/2,0] C[1,0,0]
- 49. Direcciones y planos cristalográficos
- 50. Defectos en el ordenamiento atómico
- 51. Defectos en el ordenamiento atómico: Defectos puntuales (vacante, intersticial, impureza, Schottky, Frenkel) Defectos lineales (dislocaciones) Defectos superficiales (fallas de apilamiento, maclas, bordes de grano
- 52. Vacantes en el ordenamiento atómico
- 58. Defectos tipo falla de apilamiento cúbica centrada en las caras cúbica centrada en las caras cúbica centrada en las caras cúbica centrada en las caras cúbica centrada en el cuerpo cúbica centrada en las caras cúbica centrada en las caras cúbica centrada en las caras
- 60. Defectos tipo borde de grano
- 61. Ventajas de la presencia de defectos en la red cristalina de los materiales Se requiere de un menor esfuerzo para poder deformar un material Permite la ductilidad en los materiales Se pueden controlar las propiedades mecánicas interfiriendo con el deslizamiento de las dislocaciones Permite la aleación de los metales
- 62. Difusión
- 64. Efectos de los fenómenos de difusión Se puede dar origen a las diferentes aleaciones en los materiales metálicos Permite el mejoramiento de las propiedades de los materiales tanto a nivel interno como superficial al hacer difundir cierto elemento En algunos casos, pueden dar origen a defectos de los materiales como puede ser la fisuración, como es el caso del transporte de hidrocarburos (H)
- 66. Mecanismos de Cristalización. Mecanismos de Cristalización. Se le denomina cristalización al paso de estado líquido al estado sólido. Así este paso se da en dos etapas: a) Formación de los núcleos: En esta etapa, en el material líquido, se observan los primeros puntos que se empiezan a solidificar, los cuales se le denominan núcleos de cristalización.
- 67. b) Crecimiento de los cristales. El crecimiento de los cristales que se inicia en los centros o núcleos de cristalización en el metal líquido, no puede ser uniforme a causa de los diferentes factores de la composición del metal, la velocidad de enfriamiento y las interferencias que se producen entre ellos mismos durante el proceso de crecimiento.
- 68. La estructura final resultante está constituida por un agrupamiento de granos o cristales de forma irregular pero guardando cada uno una orientación fija y bien determinada.
- 69. Grano de las estructuras metálicas Una característica en los metales que influye notablemente en sus propiedades es el tamaño de grano, el cual depende de la velocidad de enfriamiento en la solidificación del metal, la extensión y la naturaleza del calentamiento que sufrió el metal al ser calentado.
- 70. Cuando un metal en su estado líquido se enfría sus cristales se van solidificando formando estructuras dendríticas, las que crecen uniformes hasta que se encuentran con otra estructura que también ha estado creciendo, en ese lugar de encuentro de las dos estructuras se forman los límites de los granos de los materiales. Entre más lento el enfriamiento de un material, mayor uniformidad en el crecimiento de los granos, o sea estos serán de mayor tamaño.
- 71. Etapas de Solidificación Etapas de Solidificación
- 72. Crecimiento en 3D Crecimiento en 3D
- 74. Representación de un estudio Metalográfico.
- 75. TAMAÑO DE GRANOS
- 76. TAMAÑO DE GRANOS
- 79. Normalización de los aceros Normalización de los aceros
- 80. Normas (según composición Normas (según composición química) química) En esta clasificación, el contenido En esta clasificación, el contenido aproximado en los aceros de los aproximado en los aceros de los elementos de aleación más importantes elementos de aleación más importantes viene indicado por medio de un sistema viene indicado por medio de un sistema numérico. numérico. Dicho método de clasificación es el más Dicho método de clasificación es el más utilizado a nivel mundial. utilizado a nivel mundial.
- 81. Normas internacionales Normas internacionales Japón Japón Norma Norma JIS JIS Alemania Alemania Norma Norma DIN DIN España España Norma Norma UNE UNE Americana Americana ASTM ASTM, , AISI AISI, , SAE SAE ASTM = American Standard for Testing Materials ASTM = American Standard for Testing Materials AISI = American Iron and Steel Institute AISI = American Iron and Steel Institute SAE = Society of Automotive Engineers SAE = Society of Automotive Engineers
- 82. Normas internacionales Normas internacionales La norma AISI utiliza letras antes de los números para La norma AISI utiliza letras antes de los números para indicar el método de fabricación. indicar el método de fabricación. Ejemplo: acero C1010, B1113, C1060, C1095, B1112, Ejemplo: acero C1010, B1113, C1060, C1095, B1112, C1212. C1212. B B significa que es un acero al carbono obtenido en significa que es un acero al carbono obtenido en convertidor Bessemer ácido. convertidor Bessemer ácido. C C significa que es un acero al carbono obtenido en significa que es un acero al carbono obtenido en convertidor Martin-Siemens básico. convertidor Martin-Siemens básico.
- 83. Normas internacionales Normas internacionales La norma SAE utiliza la misma designación numérica La norma SAE utiliza la misma designación numérica anterior de cuatro dígitos excepto por las letras. anterior de cuatro dígitos excepto por las letras. Los Los primeros dos números se refieren a los elementos de primeros dos números se refieren a los elementos de aleación más importantes y los dos o tres últimos aleación más importantes y los dos o tres últimos números indican el porcentaje de carbono en números indican el porcentaje de carbono en centésimas por ciento centésimas por ciento Ejemplos Ejemplos: : acero 1020 = acero al carbono con 0,20% C acero 1020 = acero al carbono con 0,20% C acero 1340 = acero al manganeso, 0,40 % C acero 1340 = acero al manganeso, 0,40 % C acero 4140 = acero al cromo-molibdeno, 0,40 % C acero 4140 = acero al cromo-molibdeno, 0,40 % C
- 84. Normas internacionales Normas internacionales 10xx aceros al carbono 10xx aceros al carbono 11xx aceros al carbono + azufre 11xx aceros al carbono + azufre 12xx aceros al carbono + azufre + plomo 12xx aceros al carbono + azufre + plomo 13xx aceros al manganeso 13xx aceros al manganeso 23xx aceros al níquel 23xx aceros al níquel 31xx aceros al níquel-cromo 31xx aceros al níquel-cromo 50xx aceros al cromo 50xx aceros al cromo 40xx aceros al molibdeno 40xx aceros al molibdeno 86xx aceros al níquel-cromo-molibdeno 86xx aceros al níquel-cromo-molibdeno 92xx aceros al manganeso-silicio 92xx aceros al manganeso-silicio
- 85. Métodos de manufactura Métodos de manufactura de los materiales de los materiales (procesos de fabricación) (procesos de fabricación)
- 86. CLASES MÁS IMPORTANTES DE CLASES MÁS IMPORTANTES DE PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN Fundición y colada de metales (solidificación) Fundición y colada de metales (solidificación) Moldeo a presión (metales, inyección de plásticos, vidrios) Moldeo a presión (metales, inyección de plásticos, vidrios) Deformación plástica (laminación, forja, extrusión, etc...) Deformación plástica (laminación, forja, extrusión, etc...) Aglomeración de polvos (metálicos, cerámicos) Aglomeración de polvos (metálicos, cerámicos) Mecanizado (corte, torneado, fresado, rectificado, etc...) Mecanizado (corte, torneado, fresado, rectificado, etc...) Unión (soldadura y adhesivos) Unión (soldadura y adhesivos) Tratamientos térmicos (temple, revenido, envejecimiento, Tratamientos térmicos (temple, revenido, envejecimiento, etc...) etc...) Acabado superficial (pulido, recubrimiento, tratamiento) Acabado superficial (pulido, recubrimiento, tratamiento)