Estructura y Cristalizacion de Metales_ Alumno

8/13/2019 Estructura y Cristalizacion de Metales_ Alumno

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ESTRUCTURA Y CRISTALIZACIONDE LOS METALES

Materiales Metlicos 2do. Ingeniera Mecnica

Ing. Vctor Gmez

U. T. N

Facultad Regional Tucumn


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METALURGIA FISICAEs la ciencia que se ocupa de estudiar las caractersticas fsicas y mecnicas de losmetales y aleaciones. Esta rama estudia las propiedades de estos, segn tresdirecciones.

Composicin qumica. Tratamiento mecnico. Tratamiento trmico.TEORIA DEL ESTADO METALICOLas partculas de un slido (iones, molculas) poseen un movimiento de oscilacindentro de espacios definidos, por lo que poseen una cierta energa cintica. Estaspartculas poseen potentes fuerzas de atraccin electrostticas que dan por resultadoestructuras perfectamente regulares en relacin a su ordenamiento siendo a su vezincompresibles.

Existen dos clases de slidos:Slidos cristalinos o verdaderos: En estos las partculas estn distribuidas en formaordenada, formando cristales limitados por caras planas. Los slidos verdaderos sonlos metales y sus aleaciones.Slidos vtreos o amorfos o no verdaderos: (Plsticos, vidrios, resinas, etc.) Enestos las partculas estn distribuidas en forma desordenada, no poseen formageomtrica. Su constitucin interna presenta una distribucin desordenada, sus tomos

estn distribuidos al azar y no tienen o no forman estructuras geomtricamentedefinidas. Al romperse, presentan una fractura curva.

t

Tf


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Distribucin de los tomos en los cuerpos slidostomo: Antes de continuar, presentamos una breve resea sobre los tomos. En el ao

1.874 el ingles WILLIAM CROOKES, experiment con descargas elctricas dentro de untubo en el cual se haba realizado vaco, descubri que los llamados rayos catdicos

poda proyectar la imagen de una pequea rueda de paleta colocada en el tubo, sobreuna pared cubierta por un material fluorescente, esto lo convenci de que los rayos erande naturaleza material y que posean cargas positivas y negativas, por su desviacin encampo magntico. Luego siguieron numerosos estudios y experimentos como los de J.THOMSON en 1.897, ERNEST RUTHERFORD en 1.911, hasta que en 1.917 el cientficodans NIELS BOHR ide un modelo dinmico de tomo que es el que se emplea porahora y que para nuestras aplicaciones basta. El ncleo est formado por Protones, de

carga positiva y Neutrones que no tienen carga elctrica. Los electrones tienen carganegativa y se mantienen cerca del ncleo por atraccin electrosttica. Como lascantidades de electrones y protones son iguales, el tomo es elctricamente neutro.

Diagrama esquemtico de un Tubo de CROOKES. A es una fuente de baja tensin quecalienta el ctodo C. B es una fuente de alto voltaje que suministra tensin al nodorevestido de fsforo P. La mscara M est conectada al potencial del ctodo y su imagense proyecta en los fsforos como el rea no brillante.


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Historia

J. THOMSON1.897

E.RUTHERFORD

1.911

N. BOHR1.917

Este ltimo modelo de tomo basta paranuestro fines, sin embargo debemos aclararque muchas de las propiedades de los

electrones, no pueden ser explicadas poreste modelo y si por el modelo atmico dela mecnica cuntica. En este modelo elelectrn presenta caractersticas tanto deonda como de partcula. El electrn ya noes considerado como una partcula que semueve en un orbital discreto. Su posicinpasa a ser considerada como laprobabilidad de encontrar un electrn en un

lugar prximo del ncleo


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Enlace atmicoEs caracterstico del estado slido, que todos los slidos verdaderos exhiban una estructura cristalina

que significa un arreglo geomtrico definido de tomos. Algunos materiales, como el vidrio sonrgidos a la temperatura ambiente, pero no tienen un arreglo uniforme y constante sino unadistribucin al azar, tpica de los lquidos, por eso tambin se los conoce como lquidos sobre

enfriados. Que mantiene juntos a los tomos o molculas de un slido?. Hay cuatro tipos deenlace posible.1) Enlace inico 2) Enlace covalente 3) Enlace metlico 4) Enlace de Van der Waals1) Enlace inico: Cloruro de sodio. Sal comn de mesa.

2) Enlace covalente: Agua y Amoniaco

3) Enlace metlico: Plata


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TABLA PERIODICA


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CELDAS, MALLAS Y REDESCuando los metales se solidifican a partir de un estado lquido, los tomos se reorganizan en variasconfiguraciones ordenadas, llamadas, cristales. Este arreglo de los tomos en el cristal se conocecomo estructura cristalina. El grupo mas pequeo de tomos que muestra la estructura de redcaracterstica de un metal, se conoce como celda unitaria.

Estructura cristalina. Es la forma geomtrica de cmo, tomos, molculas o iones se encuentranespacialmente ordenados. Los tomos o iones son representados como esferas de dimetro fijo. Reticulado: Arreglo tridimensional de puntos en el que cada punto tiene los mismos vecinos. Celda unitaria: Es el menor grupo de tomos representativo de una determinada estructuracristalina. Nmero de Coordinacin : El nmero de tomos que tocan a otro en particular, es decir el numerode vecinos mas cercanos, indica que tan estrechamente estn empaquetados los tomos. Parmetro de Red : Longitudes de los lados de las celdas unitarias y los ngulos entre estos lados.Los arreglos atmicos bsicos mas comunes en los metales son:Cbico centrado en el cuerpo (BCC) Hierro alfa, cromo, molibdeno, tantalio, tungsteno, vanadio.Cbico centrado en las caras (FCC) Hierro gama, aluminio, cobre, nquel, plomo, plata, oro,platino.Hexagonal compacto (HCP) Berilio, cadmio, cobalto, magnesio, titanio, zinc, circonio.Redes de BRAVAIS: Existen 14 posibles redes cristalinas, de las cuales veremos seis yestudiaremos tres.


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ESTRUCTURA CUBICA SIMPLE:

CUBICO DE CUERPO CENTRADO CUBICO DE CARA CENTRADA

EXAGONALCOMPACTO


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PROPIEDADES DE LAS CELDASNmeros de tomos por celda: Cada celda unitaria tiene asociada un nmero promedio depuntos de red. Por ejemplo, en la celda BCC, cada tomo de los vrtices, es compartido por 8celdas diferentes. Esto equivale a plantear que solamente 1/8 de cada tomo pertenece a la

celda, si tenemos 8 tomos en total de vrtices, entonces podremos plantear que 1/8 x 8 = 1.Si tenemos en cuenta que tenemos un tomo en el centro de la celda, decimos que el Nmerode tomos = 1 + 1 = 2. Para la celda FCC, para los tomos ubicados en los vrtices se repiteel mismo anlisis, 1/8 x 8 = 1, para los tomos de las caras, los mismos son compartidos porlas celdas vecinas a la celda original, o sea, 6 x = 3. As, el Nmero de tomos para FCC =1 + 3 = 4 tomos por celda.Relacin entre el Radio atmico y el Parmetro de red: Debido a la geometra de la celda

unitaria, existe una relacin matemtica entre el radio de los tomos que la componen y elparmetro de red. Para los tomos que forman una estructura BCC los tomos se tocan entres a lo largo de la diagonal principal del cubo y luego de algunas deducciones geomtricas a =4r / 3. En la estructura FCC, los tomos se tocan entre s a lo largo de la diagonal de cadauna de las caras y la relacin entre el parmetro de red y el radio atmico es a = 4r / 2,donde r es el radio atmico.

a = 4r / 3

a4r

2.a

a 4r

aa = 4r / 2

ESTRUCTURA BCC

ESTRUCTURA FCC


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Grafico de enfriamiento y calentamiento del Fe puro

Fe = 2,86= 2,86= 2,86= 2,86 FeFeFeFe = 2,88= 2,88= 2,88= 2,88 FeFeFeFe = 2,93= 2,93= 2,93= 2,93 FeFeFeFe = 3,65= 3,65= 3,65= 3,65

= Armstrong Nm = Nan= Armstrong Nm = Nan= Armstrong Nm = Nan= Armstrong Nm = Nanmetrometrometrometro = Micra= Micra= Micra= Micra tomo de Fe = 0,124 Nmtomo de Fe = 0,124 Nmtomo de Fe = 0,124 Nmtomo de Fe = 0,124 Nm

1111 = 10= 10= 10= 1010 m 1nm = 1010 m 1nm = 1010 m 1nm = 1010 m 1nm = 109 m9 m9 m9 m tomo de C = 0,071 Nmtomo de C = 0,071 Nmtomo de C = 0,071 Nmtomo de C = 0,071 Nm

1111 nmnmnmnm = 10= 10= 10= 10 1 micra = 101 micra = 101 micra = 101 micra = 106 m6 m6 m6 m

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