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PROPIEDADES DE LOS MATERIALES.
UNIDAD. IMPERFECCIONES EN SOLIDOS.
Proceso de Solidificación. Es un proceso físico que consiste en el cambio de estado de materia de
líquido a solido producido por la disminución o por una compresión de este material.
Solidificación de Metales, etapas.
1. Formación de núcleos estables en el fundido. ( Nucleacion ).
Nucleacion. Etapa del proceso en la que se forman unos pequeños núcleos estables
sólidos dentro del líquido.
a) Nucleacion Homogénea. Es las simple, se da en el liquido fundido cuando el metal
proporciona por si mismo los átomos para formar los núcleos.
b) Nucleacion Heterogénea. En este caso la nucleacion sucede en un líquido sobre la
superficie del recipiente que lo contiene, impurezas insolubles u otros materiales
estructurales.
2. Formación de granos y estructura granular. El crecimiento del núcleo es la etapa del
proceso de solidificación donde los átomos del líquido se unen al sólidos formado grandes
estructuras cristalinas.
Nucleacion, Formación de Granos.
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La Solidificación es determinada por:
1. Velocidad de Nucleacion. Cantidad de cristales que se forman por unidad de tiempo.
2. Velocidad de Cristalización. Incremento de la longitud de los cristales por unidad de
tiempo.
Los metales puros se cristalizan fácilmente.
Disolución Sólidos. Es una fase que puede presentar composición variable.
Tipos de Disolución Sólidos.
Disolucion Sustitucionales.
• En las que el atomo o ion que se introduce sustituye a otro atomo o ion de la misma carga en la estructura huesped. Ejemplo : Al2O3 , oxido de aluminio.
Disolucion Intersticial.
• Son aquellas en las que los espacios introducidos ocupan una posicion intersticial que normalmente esta vacia en la estructura cristalina. Ejemplo: Acero.
Sustitucionales. Los
átomos del metal aleante
ocupa lugar en metal
base.
Intersticial.Atomos
pequeños ocupan espacios
entre los átomos del metal
del tamaño atomico mas
grande.
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Intersticial. Compuesto cristalino formado por una malla a base de metales de transición en cuyos
intersticios (espacios pequeños entre dos cuerpos) se colocan átomos de elementos ligeros.
Defectos e Imperfecciones Cristalinas.
No existen cristales perfectos si no que contienen varios tipos de imperfecciones y defectos, que
afectan sus propiedades físicas y mecánicas (tales como capacidad de formar aleaciones en frio,
conductividad eléctrica y corrosión).
Defectos Puntuales.
Se dan a nivel de las posiciones de los átomos individuales. Los principales defectos puntuales son:
a) Vacancias. Son puntos de red vacios en la estructura del material. Estos lugares deberían
idealmente estar ocupados por átomos, sin embargo se encuentran vacios.
b) Átomo Sustitucionales. Los materiales no son 100% puros, poseen impurezas las cuales se
definen como átomos diferentes a los átomos del material original. Cuando uno de esos
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átomos diferentes sustituyen a un átomo original ocupando su punto de red, reciben el
nombre de átomo sustitucional.
c) Átomos Intersticiales. Son átomos que ocupan lugares que no están definidos en la
estructura cristalina, son átomos cuya posición no está definida por un punto de red, se
colocan por lo general en los intersticios que se forman entre los átomos originales.
Defectos lineales. Se dan a nivel de varios átomos confinados generalmente a un plano. Los
Defectos lineales más importantes en los materiales son las dislocaciones. Estas se generan
durante la solidificación o la deformación plástica de los materiales cristalinos y consisten en
planos “extras” de átomos insertados en la estructura cristalina.
Las Dislocaciones están formadas por átomos originales del material, no por impurezas.
Las Dislocaciones tienen dos características importantes.
Tienen la capacidad de moverse o desplazarse en el interior del material.
Cuando una dislocación se desplaza, se divide aumentando el número de dislocaciones
presentes en el material.
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Cuando se aplica una fuerza sobre la dislocación, esta se desplaza sobre un plano y
dirección. Al plano se le llama Plano de Deslizamiento y a la dirección, Dirección de Deslizamiento.
A la combinación de un plano de deslizamiento con una dirección de deslizamiento se le conoce
como Sistema de Deslizamiento.
Cualquier fuerza finita mueve la Dislocación, es necesario aplicar una fuerza distinta de cero.
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Defectos Superficiales.
Son aquellos que se extienden a una superficie del cristal.
Los Defectos superficiales son los límites o bordes o planos que dividen un material en regiones,
cada una de las cuales tiene la misma estructura cristalina pero diferente orientación.
Superficie externa. Las dimensiones exteriores del material representan superficies en las cuales la
red termina abruptamente. Los átomos de la superficie no están enlazados al número máximo de
electrones que deberían tener, por lo tanto tienen mayor estado energético, que los átomos
internos.
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Bordes de Grano. Se definen como la superficie que separa los granos individuales, de diferentes
orientaciones cristalográficas en materiales policristalinos.
El límite de grano es una zona estrecha en la cual los átomos no están uniformemente separados,
es decir hay átomos que están muy juntos causando una compresión, mientras que otros están
separados causando tensión. Los limites de grano son aéreas de alta energía y son aéreas
favorables para la nucleacion.
Difusión en Estado Sólido.
La Difusión puede ser definida como el mecanismo por el cual la material es transportada a través
de ella misma.
En Gases, es rápida, ejemplo las partículas de humo en la cocina.
En Líquidos, es lenta, por ejemplo al verter unas gotas de tinta en un vaso de agua.
Sólidos, la vibración térmica permite el movimiento, por ejemplo al someter un pedazo de
hierro al calor de un soplete.
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La Difusión es controlada por la Temperatura.
En la Difusión el Flujo es el número de átomos que pasan por una superficie imaginaria de área
unitaria en la unidad de tiempo.
La Difusion depende de: Vibracion de los atomos alrededor
de su posicion de equilibrio. Controlada por la Temperatura.
Mecanismos Principales de Difusion.
Mecanismos de Vacancias o Sustitucionales. Los atomos se mueven saltando hacia
vacancias cercanas.
Mecanismo Intersticial. Los atomos se mueven saltando
hacia los espacios intersticiales cercanos.
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