MATERIALES PARA INGENIERA Material: sustancia de la que cualquier cosa est compuesta o hecha MATERIALES PARA INGENIERA OBJETIVOS DE APRENDIZAJE 1. Describir el objeto de la ciencia e ingeniera de los materiales como disciplina cientfica. 2. Mencionar la clasificacin primaria de los materiales slidos. 3. Enunciar las caractersticas distintivas de cada grupo de materiales. 4. Mencionar un material perteneciente a cada grupo. Enunciar algunas aplicaciones de distintos tipos de materiales. 5. Evaluar sus conocimientos acerca de los materiales. 6. Establecer la importancia de la ciencia e ingeniera de los materiales en la seleccin de stos para varias aplicaciones. Distribucin de los elemento en la corteza terrestre Este diagrama muestra cmo la ciencia e ingeniera de los materiales tiende un puente de conocimiento entre las ciencias bsicas y las disciplinas de la ingeniera. TIPOS DE MATERIALES Por comodidad, la mayora de los materiales utilizados en ingeniera se dividen en tres grupos principales: materiales metlicos, polimricos y cermicos. Adems de estos tres grupos de materiales materiales compuestos y los materiales electrnicos Costos histricos y esperados de las resinas plsticas para ingeniera versus los costos de algunos metales comunes, desde 1970 hasta 1990. Se espera que los plsticos para ingeniera sigan compitiendo con el acero laminado en fro y otros metales Clasificacin clasica de los materiales Materiales metlicos Materiales polimricos Materiales cermicos Materiales compuestos Buenas propiedades mecnicas, mala resistencia a la corrosin Buena maleabilidad y deformabilidad, se degradan Alta dureza, alta fragilidad Propiedades que dependen de los materiales mixtos utilizados MaterialesAplicacionesPropiedades MetalesAlambres, tubos, piezas de automvilesAlta conductividad elctrica, Resistentes y dctiles a temperatura ambienteCermicosVidrios, ladrillos, lozaAislante trmico y elctrico , frgiles, alta dureza, alta resistencia PolmerosRecipientes plsticos, carcasas telfonos Bajo peso, baja resistencia, alta resistencia a la corrosinCompuestosherramientas de corte, recipiente para reactores Ligeros, resistentes, dctiles, con resistencia a las altas temperaturas Materiales metlicos Sustancias inorgnicas que estn compuestas de uno o ms elementos metlicos (aleaciones) Los tomos estn dispuestos de manera ordenada Buenos conductores elctricos y trmicos Resistentesydctilesatemperaturaambiente(puedenser conformados con facilidad) Son opacos a la luz visible La superficie pulida tiene apariencia lustrosa Ej.: Acero, aluminio, magnesio, zinc, hierro fundido, titanio, cobre, nquel, etc. Tabla peridica de los elementos Metales ferrosos Metales no ferrosos Aceros (Fe, C, Ni, Cu..) Fundiciones (Fe, Si, C, Mn..) Aluminio y sus aleaciones Cobre y sus aleaciones Magnesio y sus aleaciones Nquel y aleaciones base nquel Aleaciones de zinc, plomo y estao Titanio y aleaciones de titanio Materialesinorgnicosconstituidosporelementosmetlicosyno metlicos cohesionados qumicamente Cristalinos, no cristalinos o mezcla de ambos La mayora de los cermicos tienen elevada dureza y alta resistencia a la compresin Secaracterizanportenerescasaconductividad,tantoelctricacomo trmica. Son frgiles, tiene escasa resistencia al impacto Bajo peso, alta resistencia al calos y al desgaste, poca friccin Propiedades aislantesEjemplo: xidos, nitruros, carburos, minerales de arcilla, cemento, vidrio Materiales cermicos Tabla peridica de los elementos que forman compuestos cermicosTipos de materiales cermicos Losmaterialescermicosvaranmuchoencuantoasus propiedades. Losmaterialescermicossonmuyresistentesalcalor,la corrosin y el desgaste. Usadosenaviones,proyectilesyvehculosespacialespesanslo el 40% de lo que pesaran los componentes metlicos. Son quebradizos debido a sus enlaces, impiden que los tomos se deslicen unos sobre otros. . Elevados costos de fabricacin.Caracteristicas de los cermicos Polmeros Materia prima de los polmerosSustancias naturales PetrleoCarbn mineral Celulosa Gas natural Caucho Lasmolculasdeestassustanciasgeneralmentecontienen carbonoehidrgenoymuchasvecescontienennitrgeno, oxigeno, azufre, etc. Lospolmerossonmaterialesquevandesdelafamiliadelos plsticos al caucho Secaracterizanportenerbajadensidadyextraordinaria flexibilidad Poseen una resistencia elctrica y trmica elevada. Tienen buena relacin resistencia peso. No se recomiendan para aplicaciones a alta temperatura. Muchos polmeros tienen muy buena resistencia a las sustancias corrosivas. Caractersticas de los polmerosTabla peridica donde se indican los elementos asociados a los principales polmeros comerciales Lapolimerizacinse producecuandolas molculaspequeas llamadasmonmeros, secombinanpara producirmolculas mslargaso polmeros. Termoplsticos Termoestables Elastmeros Segnsusaplicacinysucomportamientoatemperatura, se clasifican en: A temperatura ambiente es plstico, se derrite a lquido cuando se calienta y se endurece cuando es enfriado Formados de largas cadenas. Se comportan de manera plstica y dctil. Sus cadenas pueden o no estar ramificadas, individualmente estn entrelazadas. Las cadenas poseen fuerzas de atraccin de Van Der Waals dbiles. Las cadenas se desenlazan mediante esfuerzos, puedenser amorfos o cristalinos. Se reciclan fcilmente. Polmeros termoplsticos Polmeros termoestables Formadosporcadenasde polmeros,conunagran cantidaddeenlaces cruzadosqueformanuna red tridimensional. Poseenbuenaresistencia, rigidezydureza,perobaja ductilidad e impacto. Polmeros(termoplsticosotermoestables,conpocosenlaces cruzados) que tienen una deformacin elstica mayor al 200%. Elastmeros Ventajas y desventajas de los polmeros frente a los metales VentajasPocopeso Ms resistente a la corrosin y a los agentes qumicos DesventajasBaja resistencia mecnica Baja resistencia al calor Baja resistencia a la degradacin No es reparable Materiales compuestos Constandedosomasmaterialesfsicamentedistintosy separablesmecnicamente(difierenenformaycomposicin qumica y son insolubles entre s) Puedenfabricarsemezclandolosdistintosmaterialesdetal forma que la dispersin de un material en el otro pueda hacerse de manera controlada Las propiedades son superiores, y posiblemente nicas en algn aspectoespecifico,alaspropiedadesdeloscomponentespor separado Materiales Compuestos Conloscompuestossefabricanmaterialesligeros,resistentes,dctiles, conresistenciaalasaltastemperaturasquenopuedenobtenersedeotro modo. Tambinsepuedenfabricarherramientasdecortemuyresistentesal impacto que de otra manera seran quebradizas. Ej.:concreto,hormignarmado,lamaderacontrachapada,fibradevidrio, etc. IndustriaUsos aeronuticaAlas, fuselaje, tren de aterrizaje automvilesCarroceras, parrillas, parachoques nuticaCascos, cubiertas, mstiles qumicaRecipientes de presin deportesCaas de pescar, palos de golf Para ingeniera, los materiales compuestos ms importantes son: - Plsticos reforzados con fibras - Hormign - Asfalto - Madera - Materiales compuestos de matriz metlica y matriz cermica De qu estn hechos los autos? Aquellostiemposenlosqueelhierroylamaderaeranlosmateriales predominantes en la construccin de un coche han pasado a la historia. Ahora hablamos del magnesio, del aluminio o de las fibras de carbono.La era de los nuevos materiales Materiales electrnicos o semiconductores Los semiconductores tienen propiedades elctricas intermedias entre los conductores y los aislantes elctricos. Nosonimportantesporsuvolumenperosson extremadamente importantes por su avanzada tecnologa. Lainformacinhoydasetransmiteporluzatravsde sistemasdefibraspticas,lossemiconductoresconviertenlas seales elctricas en luz y viceversa. Elmsimportantedelosmaterialeselectrnicoseselsilicio puro, al que se puede modificar para cambiar sus caractersticas elctricas. Con estos materiales se han podido crear fabricar los circuitosintegradosquehanrevolucionadolaindustria electrnica y de ordenadores Tablaperidicadondeseindicaloselementossemiconductoresylos elementos que forman compuestos semiconductores (columnas III/V y II/VI) Relacin entre estructura, propiedades y procesamiento Procesamiento EstructuraPropiedades Producto Final resistencia mecnica ductilidad rigidez del material resistencia al impacto fatiga termofluencia desgaste Propiedades de los materiales Propiedades mecnicas Determinan como responde un material al aplicrsele una fuerza o esfuerzo. Influyen en la facilidad con que puede ser conformando. Las ms comunes son: Propiedades fsicas Determinancomosecomportaunmaterialdesdeelpuntodevista elctrico, magntico, ptico, trmico y elstico. Dependentantodelaestructuracomodelprocesamientodelos materiales. Propiedades qumicas Comprendenlasfuerzasdeenlace(debidoalacomposicin)ysu comportamiento ante medios agresivos (corrosividad). Pequeoscambiosenlacomposicinpuedenalterarfuertemente las propiedades fsicas. Importancia de las propiedades fsicas Instrumentos pticosConductores Aislantes Almacenamiento de datos Estructura La estructura puede considerarse en varios niveles, todas las cuales afectan el comportamiento final del producto. Estructuraatmica:Ladistribucindeloselectrones alrededordelncleoatmicoafectaloscomportamientos elctricos,magnticos,trmicos,pticosylaresistenciaala corrosin Tambin determina que un material sea un metal, un cermico o un polmero. Arregloatmicooestructuracristalina:serefiereala organizacindelostomosenelespacioeinfluyeenlas propiedades mecnicas de los materiales como la ductilidad, la resistencia mecnica y la resistencia al impacto . Estructuradegranos:Existeunaestructuragranularenlamayorade los metales, en algunos cermicos, y ocasionalmente en polmeros. Entre los granos, el arreglo atmico cambia su orientacin influyendo as en las propiedades, as como el tamao y la forma de los granos desempea una funcin primordial sobre stas.Fase: En la mayora de los materiales se presenta ms de una fase, cada una de las cuales tiene su propio arreglo atmico y propiedades. El control del tipo, tamao, distribucin y cantidad de estas fases dentro del material, proporciona una manera adicional de controlar las propiedades.Estructura cristalinaEstructura atmica Estructura granular de hierro (x100) Estructura multifasica del hierro (perlita x400) Efectos ambientales en el comportamiento de los materiales Lasrelacionesentreestructura-propiedades-procesamientorecibe adems la influencia del medio circundante al que est expuesto el material durante su uso Temperatura Humedad Corrosin Radiacin Carga Loscambiosenlatemperaturapuedencausaralteraciones considerablesdelaspropiedadesdelosmateriales,debidos principalmente a: Reblandecimiento(Laresistenciadelamayoradelosmetales disminuye conforme la temperatura aumenta)Degradacin(Lastemperaturasaltastambinpuedenmodificarla estructura de las sustancias cermicas o provocar que los polmeros se derritan o carbonicen Transformaciones de fases Fragilizacin(Lastemperaturasmuybajaspuedencausarqueel metal falle por fragilidad an cuando la carga aplicada sea baja) Temperatura Variacin de la resistencia con la temperatura de los materialesCorrosin Losmetalessonatacadospor diversoslquidoscorrosivossiendo degradados uniforme o selectivamente. Puedendesarrollartambingrietaso picadurasqueconducenafalla prematura. Lassustanciascermicasson atacadasporcermicosenestado lquido. Lospolmerospuedenserdisueltos por sustancias disolventes. Radiacin Laradiacinnuclearpuedeafectarlaestructurainternade todos los materiales. Puede ocasionar prdida de resistencia, fragilidad o alteracin crtica de las propiedades fsicas. Ladilatacin,producidaporcavidadesyburbujasdeorigen radiactivo,puedencausarcambiosenlasdimensiones externas y aun agrietamiento. -EN MATERIALES ESTRUCTURALES: - Cambios dimensionales - Cambios de las propiedades mecnicas - Cambios de composicin a nivel local - EN MATERIALES NO ESTRUCTURALES: - Cambios en propiedades fsica Carga Eltipodefuerza,ocarga,queactaenelmaterialpuedecambiar radicalmente su comportamiento. Sedebedisearloscomponentesdeformatalquelacargaenel material no sea suficiente para causar su deformacin permanente El esfuerzo a la fluencia (limite elstico) esla propiedad ms crticay suele ser una de las propiedades ms importantes para el diseo. Unmaterialconaltoesfuerzodefluenciapuedefallarfcilmentesila carga es cclica (fatiga) o se aplica sbitamente (impacto). Metales: Laminado (rolado) ForjadoTrefilado Extrusin Procesamiento Doblado Embutido Estirado Objetivo general Distinguir y explicar los diferentes defectos cristalinos existentes en la materia. Defectos Cristalinos CRISTALOGRAFA Slidos Ordendelargoalcance(longrangeorder):al solidificar el material, los tomos se sitan segn unpatrntridimensionalrepetitivo,enelcual cadatomoestenlazadoconsuvecinoms prximo Sinorden(shortrangeorder):carecendeun ordenamientoatmicosistemticoyregulara distancias atmicas relativamente grandes.Enelao1912,VonLauecomprob,medianterayosX,quelosmetales estnfundamentalmentecompuestosdetomosdispuestosenredes geomtricas especficas.Estructuras cristalinas de elementos metlicos a 25C y 1atm Estructura cristalinaElemento Hexagonal compactaBe, Cd, Co, Mg, Ti, Zn Cbica compactaAg, Al, Au, Ca, Cu, Ni, Pb, Pt Cbica centrada en el cuerpoBa, Cr, Fe, W, alcalinos Cbica-primitivaPo Factor de empaquetamiento Eslafraccindeespacioocupadoportomos,suponiendoquesonesferas duran que tocan a su vecino ms cercano ( ) ( )unitaria celda la de volumentomos de volumen celda por tomos de cantidadiento empaquetam de Factor =CristalVidrio Imagen de microscopa electrnica de alta resolucin de una nanopartcula de Hematita (Fe2O3) rodeada por una matriz polimrica de poliestireno. Redcristalina(crystallinelattice):disposicintridimensionaldepuntos coincidentes con las posiciones de los tomos (o centro de las esferas). Los tomosestnordenadosenunpatrnperidico,detalmodoquelos alrededores de cada punto de la red son idnticos La Red Cristalina no considera los tomos Celdaunitaria(unitcell):unidadderepeticinenlared(subdivisinde unaredquesigueconservandolascaractersticasgeneralesdetodala red)Al apilar celdas unitarias idnticas se puede construir toda la red.Parmetrosdered(latticeparameters):longitudes a, b y c de las tres aristas de la celda unitaria,ylostresnguloso,|yentrelas aristas En 1850 Bravais demostr que solo existen 14 redes cristalina Cbico a = b = c = | = = 90 SimpleCentrado en las caras (fcc)Centrado en el cuerpo (bcc) 1811-1863 Sistemas cristalinos Ejercicio:Determineelfactordeempaquetamientoenunaceldacubica simple, fcc y bcc. F.E = 0.52 F.E= 0.68 F.E= 0.74 Estructuras cristalinas de elementos metlicos a 25C y 1atm Estructura cristalinaElemento Hexagonal compactaBe, Cd, Co, Mg, Ti, Zn Cbica compactaAg, Al, Au, Ca, Cu, Ni, Pb, Pt Cbica centrada en el cuerpoBa, Cr, Fe, W, alcalinos Cbica-primitivaPo Factor de empaquetamiento Eslafraccindeespacioocupadoportomos,suponiendoquesonesferas duran que tocan a su vecino ms cercano ( ) ( )unitaria celda la de volumentomos de volumen celda por tomos de cantidadiento empaquetam de Factor =Ejercicio:DeterminarladensidadtericadeFeelcualtieneunparmetrode red de 2,866 A y un masa atmica de 55,85 g/ mol. Respuesta: tomos por celda= 2 Masa atmica= 55,85 g/g mol Volumen de celda= (2,866 10-8)3= 25,55 10-24 cm3/celda Nmero de Avogadro= 6,02 1023 tomos/g mol ( )( )323 24 -/ 879 , 710 02 . 6 10 x 55 . 23) 85 . 55 )( 2 (cm gx= = ( ) ( )( ) ( ) Avogadro N unitaria celda la de volumenatmica masa celda por tomos de cantidadDensidad=Ejercicio 3: Determine la contraccin o expansinde volumen cuando 1 cm3 de Fe bcc pasa a Fe FCC. a0 fcc 0,3591 nm , ao bcc 0,2863 nm ( )( )33330, 2863 0,023467 20,3591 0,046307 4BCCFCCV nm nm por tomosV nm nm por tomos= == =Respuesta: (0,046307 0,046934)*100 1,34%0,046934Cambio deVolumen= = 3 31,341 1* 0,0134 0, 2375100Contraccin de cm cm cm = = ndices de Miller para direcciones (Miller indices of the directions):Direcciones cristalogrficas (Directions): Ciertas direcciones en la celda unitaria son de particular importancia, ya que los metalessedeforman,porejemplo,enlasdireccionesalolargodelascuales los tomos estn en contacto ms estrecho. 1. Determinar dos puntos que se encuentren en la direccin a estudiar. 2. Restar las coordenadas del punto cabeza menos cola, (cabeza-cola) 3. Convertir el resultado por medio de multiplicacin o divisin a los menores enteros posibles. 4. Nmeros negativos se denotan con una barra sobre el nmero. 5. Encerrar los nmeros en []. Direcciones 1). cabeza = 0 1 0 2). cola = 0 1 1 3). Resta = [0-01-10-1] [00-1] 4). Convertir enteros [00-1] 5). Direccin ] 1 0 0 [0,0,0 x y z Direcciones sistema hexagonal. (111)Direccin: (011) (1-1; 0-0; 1-0) (0 0 1) Generalmente se utiliza a1, a2 y c Direcciones Familiadedirecciones(directionsofaform):dosomsdireccionesson estructuralmenteequivalentescuandolosespaciadosatmicosalolargodecada direccin son iguales[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]1 1 1 , 1 1 1 , 1 1 1 , 1 1 1 , 1 11 , 1 1 1 , 11 1 , 111 111 >= d = 2,087 A= 43,31 050010001500200025003000350040004500500025 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105Intensidad cps 2 Tetha - Son interrupciones localizadas en los arreglos atmicos- La alteracin afecta una regin donde intervienen uno varios tomos DEFECTOS PUNTUALES Defectos puntuales: Defecto de vacancia (a) Defecto Insterticial(b) Defecto sustitucional (c, d) Ejercicio en clase Si la densidad real de un alambre de cobre, de 100 m de largo y 1 cm de dimetro, es 8,93 g/cm3, determine: a) El porcentaje de vacancias por cada celda unitaria b) La cantidad de vacancias contenidas en el alambre c) La cantidad de tomos de cobre en el alambre EstructuraMasa atmica Radio atmico CobreFCC63,54 g/mol0,1278 nm Respuesta: (a) (b) Respuesta: (c) Atemperaturaambiente,laconcentracindevacanciasespequea, pero aumenta en forma exponencial con la temperatura. Elnmerodevacanciasenequilibrioaunadeterminadatemperatura enunaredcristalinametlicapuedeexpresarseporlasiguiente ecuacin: ||.|

\|=T RQexp n nvvnv : cantidad de vacancias por cm3 n : cantidad de tomos por cm3 Q : energa para producir un mol de vacancias (cal/mol o joule/mol) R:constantedelosgases(1,987cal/molK; 8,31 joule/mol K) T : temperatura en grados Kelvin Ejercicio:DeterminelaTnecesariaparaaumentarlaconcentracin volumtricadevacanciasparaelCu1000vecesdesdelaTambiente(298K). Considerequelaenerganecesariaparaproducirunmoldevacanciasesde 20000 cal. ) TT T - T (RQ -= ) 1000 ( Lnexp =nexpexp n=) K 298 ( n) T ( n= 1000298 298)298TT T -298T (RQ-298Q/RT -Q/RT -vvK 375 = 298/0,795 = TT - 298 = T ) 205 , 0 (-(298)TT - 298=20000 -987 , 1 * ) 1000 ln(Respuesta: Defectos Intersticiales Seproducecuandoseinsertauntomoenunaestructuracristalinaenuna posicin normalmente desocupada. Lostomosintersticialessondemayortamaoquelossitios intersticiales,porlocuallaregincristalinavecinaestacomprimiday distorsionada. Elaumentodesitiosintersticialesocupadosproduceunaumentodela resistencia de los materiales metlicos Lacantidaddetomosintersticialesenlaestructurageneralmentees constante (an cuando cambie la temperatura) Defecto intersticial (interstitial defects): Undefectointersticialseforma cuandountomoingresaalaredcristalinaenunlugarqueregularmenteno esta ocupado por un tomo.Radios atmicos posibles elementos intersticiales A HBCNO 0,460,970,770,710,60 SitiosN Coordinacin Cbicos8 Octadricos6 Tetradricos4 EjercicioCalculareltamaoynmerodelossitiosoctadricosytetradricos para el Fe bcc y fcc. El parmetro reticular de la celda bcc y fcc son 2,866 y 3,589 A, respectivamente. Mientras el radio atmico del Fe es 1,241 (bcc) y 1,269 (fcc) AEstructura fcc: Sitio octadrico: AAristaRo fcc526 02589 32,2(1,269) - , 2R -Fe= = =celda por s ersticiale int sitios 4 = centro 1 +41) aristas 12 ( = NSitio tetradrico: A 285 , 0 = 1,269 -43 589 , 3= R -4cubo Diag= RFe t f cccelda por s ersticiale int sitios 8 = NEstructura bcc: Sitio octadrico: A 192 , 0 =22(1,241) - 866 , 2=22R - Arista= RFeo bcc( )celda por s ersticiale int sitios 6 =21caras 6 +41) aristas 12 ( = NSitio tetradrico: ( ) ( ) ( )A 361 , 0 = 1,214 - 567 , 2 = RR + r = a 4 1 + a 2 1 = Rt bcc2 2o20 t f cc( )celda por s ersticiale int sitios 12 =21caras 6 4 = NEjercicio en clases Calcule la deformacinlineal provocada en la retcula del Fe fcc cuando un tomo de C se ubica en la posicin octadrica del centro de la red. Parmetro de red (nm)Radio atmico (A) Fe C 0,3589 ----------- 1,269 0,77 Respuesta: Tarea UnapiezadeFebcccilndricade5cmdedimetroy0,5cmde largoessometidaatratamientotrmicoa1200C,calculeel cambio de volumen en %. Defecto Sustitucionales Seintroduceundefectosustitucionalcuandountomoessustituidoconun tipo distinto de tomo. Un tomo sustitucional ocupa un sitio normal en la red. Estostomoscuandosondemayortamao,causaunareduccindelos espacios interatmicos vecinos. Cuandosondemenortamao,causandoquelostomosvecinostengan distancia interatmicas mayores. Losdefectossustitucionalessepuedenintroducirenformadeimpurezaso adicionar de manera deliberada en la aleacin. Unavezintroducidos,lacantidaddedefectosgeneralmentenovariaconla temperatura. Ejercicio en clase Una aleacin Cu Zn cristaliza fcc, los tomos de Zn se ubican en el centro de cara de cada celda y los tomos de Cu se ubican en los vrtices. a) Calcule la densidad terica.b) Calcule la composicin en masa y atmica de la aleacin: Masa atmica g/mol Radio atmico nm Cobre Zn 63,5465,370,12780,1332DEFECTOS LINEALES Resistencia de un cristal perfecto: Esfuerzo terico de corte: L x Comparacin del esfuerzo de corte terico para el deslizamiento con valores medidos de Esfuerzo de corete crtico real (ECCR). MetalEstructuraMdulo de corte en la direccin de deslizamiento (x 106 lb/pulg2) t(lb/pulg2) ECCR (lb/pulg2) Al Ag Cu o - Fe Mg FCC FCC FCC BCC HCP 3,54 3,63 5,91 ~ 10 2,39 556.000 577.000 940.000 ~ 1.590.000 381.000 114 54 71 4000 57 En1934,G.I.Taylor,E.OrowanyM. Polanyipostularonquepuedeexistiruna imperfeccindentrodelareddelos cristalesyqueelmovimientodela imperfeccinabajosnivelesde esfuerzos conduzca a la deformacin. Elconceptodedislocacinfue introducidoporVolterrayTimpeenla teoradelaelasticidaddelcontinuo,en 1900. Lasdislocacionesfueronvistaspor primeravezacomienzode1950,enlos cristalesdehalurosdeplataporuna tcnica de decolorado Dislocacin de borde Unadislocacindebordesecreaenuncristalporlainterseccindeun semiplano extra de tomos Dislocacin de tornillo (helicoidal) Unadislocacindetornillosepuedeformarenuncristalperfectoaplicando tensionesdecizalladuraenlasregionesdelcristalperfectoquehansido separadas por un plano cortante. Estas tensiones de cizalladura introducen en la estructura cristalina una regin de distorsin en forma de una rampa en espiral de tomos distorsionados. Dislocacin mixta La lnea de dislocacin puede presentar partes de carcter de borde y otras de carcter de tornillo. El desorden atmico varia a lo largo de la curva AB Cambios en las posiciones atmicas que acompaan al movimiento de una dislocacin de borde (cua) a medida que sta se mueve en respuesta a una tensin de cizalle aplicada.Desplazamiento de una dislocacin Representacin de la analoga entre el movimiento de una orugay el de una dislocacin. Si se aplican esfuerzos de corte, los tomos rompen sus enlaces en el defecto yladislocacinsemueve(deslizamiento),enladireccindedeslizamiento, en el plano de deslizamiento. Multiplicacin de dislocaciones Cuando existe deformacin plstica, se produce un aumento de la densidad de dislocaciones. Fuente de dislocacin Frank-Read: E/L=(Gb2/4t )ln (R/ro) La energa por unidad de longitud de la dislocacin de borde es: E/L=(Gb2/4t(1v ))ln (R/ro)Razn de Poisson: 0,2-0,4 metales Energa involucrada en una dislocacinComo las dislocaciones son un defecto, su existencia incrementa la energa del cristal.Ladeformacincausadaporunasimpledislocacinessignificantea una distancia de 100 ao del centro de la dislocacin. Energa involucrada en una dislocacin de tornillo. Ejercicio : (a) Determine la distancia entre los planos (111), (001), (110) y sus planos inmediatamente paralelo para el Cu (a0 = 3,6151 A). (b) Determine la densidad atmica de estos planos. Resultado A 09 , 2 =33 6151 , 3= dA 81 , 1 =26151 , 3= dA 278 , 1 =42 6151 , 3= d91 , 0 =) 6151 , 3 ( ) 2 )( 4 3 () 278 , 1 )( ))( 6 1 ( 3 + ) 2 / 1 ( 3 (= 2279 , 0 =) 6151 , 3 () 278 , 1 )( ))( 4 ( 4 / 1 + 1 (= 2256 , 0 =) 2 6151 , 3 )( 6151 , 3 () 278 , 1 )( ))( 4 ( 4 / 1 + ) 2 / 1 ( 2 (= 2Ejercicio Por qu las dislocaciones se mueven por planos compactos? Ejercicio X: Por qu las dislocaciones se mueven por direcciones compactas? Respuesta: SondireccionesconvectordeBurgersmspequeoyportantosonms estables al presentar menos energa. E/L=(Gb2/4t )ln (R/ro) Respuesta: Lasdislocacionessemuevenconmayorfacilidadalolargodeplanoscon espaciamientosampliosdondeladistorsinreticulardebidoalmovimientodela dislocacinespequeo.Laseparacinentreplanosvaradirectamenteconel grado de compacticidad en los planos. Sistema de deslizamiento observados en estructuras cristalinas Factorfccbcchcp Esfuerzo cortante resultante crtico (psi) 50-100 5000-10000 50-100 Nmero de sistemas dedeslizamiento 12483 Deslizamiento cruszadoOcurreOcurreNo ocurre Resumen de propiedades DctilResistente Relativamente frgil Ejercicio:Dibujelossistemasdedeslizamientoparalastresestructuras cristalinas Respuesta: fcc hcp bcc Bordedegrano(grainboundary):eslasuperficiequeseparalosgranos individuales,siendounazonaestrechadondelostomonoseencuentra espaciados de manera apropiada a la red cristalina.Grano (grain): por se un monocristal un grano es una porcin de materia donde dentro de la cual el ordenamiento de los tomos es idntico. Sepuedecontrolarlaspropiedadesdeunmaterialmedianteelendurecimiento portamaodegranodebidoaqueloslmitesdegranoactancomobarrerasal movimiento de dislocaciones. Al-4% masa Cu AlSimulacin DEFECTOS DE SUPERFICIE Unatcnicamedianteelcualseespecificaeltamaodegranoesel entregado por la American Society for Testing and Materials (ASTM).N = 2n-1 N= nmero de granos por pulgada cuadrada en una fotografa del metal tomada con una amplificacin x 100.n = ndice de tamao de grano ASTM Ejemplo:Supngasequeseencuentran16granosporpulgadacuadradaen unafotomicrografaconampliacinx100deunmetal.Determineelndice ASTM de tamao de grano N=16=2n-1 log16=(n-1)log2 1,204=(n-1)(0,301) n=5 Respuesta: Ejemplo:Supngasequeseencuentran16granosporpulgadacuadradaen unafotomicrografaconampliacinx250.DetermineelndiceASTMde tamao de grano 250 => 1 plg 1 => x plg=> 0,004 plg => 0,000016 plg2

100 => 1 plg 1 => x plg=> 0,01 plg => 0,0001 plg2 0,000016 plg2 => 16 0,0001 plg2 => x x = 100 N=100=2n-1 log100=(n-1)log2 2=(n-1)(0,301) n=7,6 8 Fallas de apilamiento: Ocurren en los metales fcc y hcp y representa un error en la secuencia de apilamiento de los planos compactos. Fallas de apilamiento A-B-A-B-A-B hcp A-B-C-A-B-C fcc A-B-C-A-B-A-B-C-A-B-C Falla de apilamiento MACLAS Microfotografa de maclas de latn x 250 El borde de macla es un plano que separa dos partes de un grano que tienen una pequea diferencia en la orientacin cristalogrfica.