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ESTRUCTURA DE LOS
MATERIALES 2
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 1
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FACTOR DE
EMPAQUETAMIENTO
FEA = (No de átomos por celda . Vol de
un átomo) / V (celda)
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 2
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FORMA O ESTRUCTURA CÚBICA
SIMPLE – CS –
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RELACIÓN RADIO Y ARISTA. CS.
a = 2r. FEA= 0 .52. No Coord. = 6
1/8 de esfera
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FEA = (# átomo por celda)(volumen de
1átomo) ÷ volumen celda
= (Vát por celda) . Vol.1átomo/a3
= 1. 4/3 . π.r3 ÷ a3
pero a = 2r
FEA = 4/3 . π.r3 / (2 r)3 = π / 6 = 0.5 2
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 5
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FORMA CÚBICA DE CUERPO
CENTRADO-BCC-
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a√3 = 4 r ……. a = 4 r / √3
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a√3 = 4 r ……. a = 4 r / √3
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 8
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BCC: a = 4r/√3 , FEA = 68% , No de Coord. = 8
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Forma Cúbica Centrada en las
Caras ó FCC
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 10
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CÚBICO DE CARAS CENTRADAS.
-FCC-
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FCC: a = 4r/√2. FEA = 0.74 . No Coord.= 12
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a√2 = 4 r ……… a = 4 r / √2
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Hexagonal Compacta: a = 2r
c/a = 1.63, FEA = 0.74, No Coord. = 12
Capa a
Capa b
Capa a Vista de arriba
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Cúbico simple
Cúbico centrado en el cuerpo
Empaquetamiento cúbico compacto (Cúbico centrado en las caras)
Empaquetamiento hexagonal compacto
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Cúbico Simple
Cúbico Centrado en el cuerpo
Cúbico centrado en las caras
Celda unidad Red Ejemplo
Polonio metálico
Uranio metálico
Oro metálico
Cúbico simple
Cúbico centrado en las caras
Cúbico centrado en el cuerpo
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Algunos parámetros de celdas.
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POLIMORFISMO Y ALOTROPÍA
POLIMORFISMO: CUANDO EL MISMO
MATERIAL EXISTE EN MÀS DE UNA
FORMA CRISTALINA.
ALOTROPÍA: POLIMORFISMO EN
ELENTOS QUÍMICOS PUROS.
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 22
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ALOTROPÍA DEL HIERRO
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Carbón-Grafito-Diamante-Futboleno.
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 24
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El carbono elemental existe:
1-Carbón común: Amorfo
2-Grafito: Cristalino
3-Diamante: Cristalino
4.Fullereno o futboleno: Cristalino
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 25
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Grafito Diamante Futboleno
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 26
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Estructura del Diamante
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25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 28
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Estructura cristalina del Cuarzo alfa
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 29
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Estructura cristalina de un material
orgánico: cinnamida
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 30
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Estructura cristalina de una
proteína: AtHal3
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 31
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DEFECTOS
RETICULARES
Influyen en las
propiedades mecánicas,
físicas, eléctricas,
ópticas y magnéticas.
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 32
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VACANCIAS: sitios vacíos.
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 33
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IMPUREZAS SUSTITUCIONALES
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 34
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IMPUREZAS SUSTITUCIONALES
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 35
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IMPUREZAS INTERSTICIALES
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 36
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(a) Esquema que muestra el ordenamiento de los átomos en la
formación del borde de grano. (b) Granos y límites de grano en una
muestra de acero inoxidable.
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 37
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Dislocaciones:
Región perturbada entre dos áreas
básicamente del cristal
Desarreglo de planos en la red reticular
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 38
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DISLOCACIONES DE ARISTA O BORDE: Falta parte de un plano de átomos o una parte de un
plano se presenta en forma extra en la organización
reticular.
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 39
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25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 40
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DISLOCACIONES DE ESPIRAL O TORNILLO:
Una parte del cristal se desplaza en
cierta dirección con respecto a otra.
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 41
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25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 42
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DESLIZAMIENTO O MOVIMIENTO DE DISLOCACIONES
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 43
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25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 44
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Unidades y factores de conversión 1 libra : 4.448 Newtons (N).
1 psi : libras por pulgada cuadrada.
1 Mpa : Megapascal = meganewtons / m2 =
Newtons por mm2 = 100.000 Pa
1GPa = 1 Gigapascal = 1000 MP
kpsi = 1000 psi = 6.895 Mp
1psi = 0.006895 Mpa
1MPa =0.145 kpsi = 145 psi.
1Ao = 1 Angtron = 10 -10 m = 10 -8 cm
1nm = 1 nanómetro = 10 -9 m = 10 -7cm =10Ao
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 45
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ISOTROPÍA Y ANISOTROPÍA
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 46
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Relación entre:
Estructura-Propiedades-
Síntesis y Procesamiento-
Composición / Desempeño
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 47
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MICROESTRUCTURA
COSTO / DESEMPEÑO SÍNTESIS PROCESO
COMPOSICIÓN
MATERIAL
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 48
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ESTRUCTURA PROPIEDADES
Cuál es la estructura que dará el mejor desempeño?
Diferentes materiales implica diferentes estructuras y
diferentes propiedades Ferrita : blanda
Perlita y ferrita: mayor dureza
Sólo perlita : más dura HIERRO ACERO BAJO C ACERO ALTO C
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 49
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MARTENSITA : MUY DURA 25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 50
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UN MISMO ACERO PUEDE TENER DIFERENTES ESTRUCTURAS
EJEMPLO: ACERO DE 0.35% C
PERLITA Y FERRITA FERRITA COMO FONDO Y CEMENTITA
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 51
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Mismo acero 1035 Cementita esferoidal
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 52
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COMPOSICIÓN OTRAS
Cuál es la composición más adecuada para obtener ciertas propiedades específicas?
Cómo afecta cierta composición el costo?
De qué manera se afecta la estructura si varío la composición?
Qué cantidad de un material determinado y cuál de otro diferente y cómo se afecta el costo?
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 53
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PROCESO VS. OTRAS
Como afecta el tipo de proceso a las
propiedades, a la estructura, al costo?
Cuál es el mejor proceso con respecto a
las demás?
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 54
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ACERO 0.35 %C MARTENSITA
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 55
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Ejercicio:
Un metal cristaliza en la red cúbica centrada en las caras. Si su radio
atómico es 1.38 Å. ¿Cuántos átomos existirán en 1 cm3?
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 56
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Densidad
La densidad teórica de un material se puede calcular con las
propiedades de su estructura cristalina
AvogadroNunitariaceldaladevolumen
atómicamasaceldaporátomosdecantidadDensidad
º
Ejercicio:
Determinar la densidad del aluminio, si este metal cristaliza en FCC,
tiene un radio atómico de 0,143 nm y un peso atómico de 26,98
g/mol
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 57
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Ejercicio
Una aleación cristaliza en cúbica centrada en las caras, como se
muestra en figura, Calcule la densidad teórica
rA = 4,83 Å
rB = 5,21 Å
masa molecular átomo A: 56,78 g/mol
masa molecular átomo B: 65,98 g/mol
A
B
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 58
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Átomo Radio (Å) (kg/m3) masa atómica
(g/mol)
A
B
X
1,5
1,46
7.698
7.956
7.547
58,34
55,23
45,89
Ejercicio
Se tiene una aleación formada por átomos A y átomos B, que cristaliza
FCC, los átomos A se ubican en los vértices de la celda y los átomos B en
el centro de las caras.
a) Calcule el radio de los átomos que pueden ingresar al centro de la
celda, sin causar deformación
b) Calcule la densidad de la aleación
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 59
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Ejercicio
Un clip pesa 0,59 g y es de hierro BCC. Calcule:
a) La cantidad de celdas unitarias en el clip
b) La cantidad de átomos de hierro en el clip
a0 = 2,866 Å
masa atómica = 55,847 g/mol
densidad = 7,87 g/cm3
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 60
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Ejercicio:
La estructura del cloruro de sodio es una estructura cúbica, compuesta por 4
átomos de cloro y 4 átomos de sodio, tal como se muestra en figura. Determine
a) Densidad del cloruro de sodio
b) Factor de empaquetamiento de la celda
rsodio = 0,098 nm
rcloro = 0,181 nm
Nº avogadro = 6,02 x 1023
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 61
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Ejercicio
Se tiene un metal A que cristaliza cúbico de cara centrada, cuyo radio
atómico es de 1,24 ºA.
a) Calcule el radio de un átomo que podría ubicarse en el centro de
la celda sin producir deformación.
b) Cuál el la variación porcentual del factor de empaquetamiento de
la celda al ingresar el nuevo átomo
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 62
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Ejercicio
Calcular el cambio de volumen teórico que acompaña a la
transformación alotrópica en un metal puro desde la estructura FCC a
BCC. Considere que no existe cambio de volumen atómico antes y
después de la transformación.
25/02/2012 Elaboró Ing. Efrén Giraldo T. 63