*MATERIALES METLICOSING. EMILIO CHIRE RAMREZ

*La ciencia de materiales define a un metal como un material en el que existe un traslape entre la banda de valencia y la banda de conduccin en su estructura electrnica. Esto les da la capacidad de conducir fcilmente calor y electricidad, y generalmente la capacidad de reflejar la luz lo cual les da su peculiar brillo.

El concepto de metal refiere tanto a elementos puros, por ejemplo aluminio, as como aleaciones con caractersticas metlicas. Ejemplos comunes de metales no elementales son el acero y el bronce. Los metales elementales comprenden la mayor parte de la tabla peridica de los elementos y se separan de los no metales por una lnea diagonal entre el boro y el polonio. En comparacin a los no metales tienen baja electronegatividad y baja energa de ionizacin.Definicin moderna de metal

*Metales en la Tabla Peridica

*Los metales tienen ciertas propiedades fsicas caractersticas: a excepcin del mercurio son slidos a condiciones ambientales normales, a excepcin del oro y del cobre son del color grisceo, suelen ser opacos y de brillo metlico, tener alta densidad, ser dctiles y maleables, tener un punto de fusin alto, ser duros, y ser buenos conductores del calor y electricidad.

Estas propiedades se deben al hecho de que los electrones exteriores estn ligados slo ligeramente a los tomos, formando una especie de mar (tambin conocido como mar de Drude) que los baa a todos, que se conoce como enlace metlico.Definicin moderna de metal

*Mecanismo de formacin del enlace metlicoElectrones de valencia

*Para explicar las propiedades caractersticas de los metales (su alta conductividad elctrica y trmica, ductilidad y maleabilidad, ...) se ha elaborado un modelo de enlace metlico conocido como modelo de la nube o del mar de electrones.

Los tomos de los metales tienen pocos electrones en su ltima capa, por lo general 1, 2 3. stos tomos pierden fcilmente esos electrones (electrones de valencia) y se convierten en iones positivos, por ejemplo Na+, Cu2+, Mg2+.

Los iones positivos resultantes se ordenan en el espacio formando la red metlica. Los electrones de valencia desprendidos de los tomos forman una nube de electrones que puede desplazarse a travs de toda la red. De este modo todo el conjunto de los iones positivos del metal queda unido mediante la nube de electrones con carga negativa que los envuelve. Enlace metlico

*Iones plataLos electrones de valencia se mueven a travs del metal; forman enlaces deslocalizados con los iones positivosLa fuerza aplicada desplaza las capas de cristalNo cambia la atraccin entre las capas . El metal cambia de forma sin romperseComportamiento del enlace metlico cuando se le aplica una fuerza

*Movilidad electrnica y conductividad elctrica

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Alta conductividad trmica y elctrica, los electrones pueden moverse con libertad por la nube electrnica.

Son dctiles (factibles de hilar) y maleables (factibles de hacer lminas), su deformacin no implica una rotura de enlaces ni una aproximacin de iones de igual carga, como ocurra en los compuestos inicos por ejemplo.

Los puntos de fusin son moderadamente altos, la estabilidad de la red positiva circundada por la nube de electrones es alta.

Son difcilmente solubles en cualquier disolvente, por el mismo motivo que justifica el punto anterior. Pensar en la forma de "atacar" el agua a un compuesto inico, en un metal que es "un todo uniforme" no existe esa posibilidad. Propiedades de los metales que dependen del enlace metlico

*ESTRUCTURA ATMICA DE LOS METALES

*Estados de la materia

*Elementos slidos en la Tabla peridica

*Slidos y cristales.. Los metales son slidos cristalinos !!!!

*Arreglos atmicos en los metalesLos metales, como todos los elementos qumicos, estn formados por tomosPara muchos propsitos es til y vlido considerar los tomos como esferas rgidasAs podemos hablar del tamao de los diferentes elementos refirindonos a su radio atmicoLos tamaos de los tomos se miden en unidades de ngstrom, un ngstrom es igual a 10-8 cms., es decir un centmetro contiene 100 millones de ngstroms

*Los materiales al estado slido pueden ser o no cristalinosAunque puedan obtenerse materiales en forma de monocristales es ms comn encontrarlos en forma policristalinaLos cristales que conforman un agregado policristalino se denominan granosLos granos pueden ser tan pequeos que se necesario observarlos por un microscopio a 100 y 100 aumentos, a esto se denomina microestructuraCuando la estructura puede distinguirse a simple vista se le llama macroestructuraLa estructura al interior de los granos sigue un patrn de ordenamiento denominado estructura cristalinaOrdenamiento atmico de los slidos

*Estructura atmicatomo = Ncleo (protones y neutrones) + electronesCargas:Electrones y protones tiene cargas positivas y negativas de la misma magnitud, 1.6 x 10-19 CoulombsLos neutrones son elctricamente neutrosMasas:Protones y neutrones tienen la misma masa, 1.67 x 10-27 Kg.La masa de un electrn es mucho ms pequea, 9.11 x 10-31 Kg. Y puede ser despreciada en los clculos de masa atmica

*Estructura atmica

*Estructura atmicaEl nmero de protones d la identificacin qumica del elemento Nmero de protones = Nmero Atmico (Z)El nmero de neutrones define el nmero de istoposLa unidad de masa atmica (uma) es a menudo usada para expresar el peso atmico. 1 uma es definida como 1/12 de la masa atmica del ms comn de los istopos del tomo de carbono que tiene 6 protones (Z=6) y seie neutrones (N=6)Mprotn Mneutrn = 1.66 x 10-24 grs. = 1 umaLa masa atmica de el tomo 12C es 12 uma

Masa Atmica (A) = masa de protones + masa de neutrones

*Nmero Atmico De lo anterior, el nmero atmico (Z) es el nmero de protones dentro del ncleo y es igual al nmero de electrones que rodea al ncleo. Cada elemento es nico en cuanto su nmero de protones y electrones. Est demostrado que los electrones, particularmente los electrones de valencia son los que afectan en mayor grado las propiedades de los materiales y en particular de los metales, ya que:- Determinan las propiedades qumica- Establecen la naturaleza del enlace interatmico y con ello las caractersticas mecnicas y de resistencia- Controlan el tamao de los tomos y afectan la conductividad elctrica y caractersticas pticas

*Peso Atmico y Nmero de AvogadroEl peso atmico de un elemento = es el peso promedio de las masas atmicas de los tomos naturales que ocurren como istopos. El peso atmico del carbono es 12,011 umaEl peso atmico es frecuentemente especificado en masa por molUn mol, es la cantidad de materia que tiene una masa en gramos igual a la masa atmica en uma de los tomos (un mol de carbono tiene una masa de 12 gramos)El nmero de tomos en un mol es llamado, Nmero de Avogadro, Nav = 6,023 x 1023Ejemplo:Peso atmico del hierro = 55,85 uma/tomo = 55,85 grs/mol

*Carga Elctrica protn y Electrn = 1,60 x 10-19 coulombsMasa protn y Neutrn = 1,67 x 10-24 gramosMasa Electrn = 9,11 x 10-28 gramosMasa Atmica M = cantidad promedio de protones y neutrones en un tomoMasa Atmica M = Masa en gramos del Nmero de Avogadro de tomosNmero de Avogadro = 6,023 x 1023 tomos/mol es la cantidad (o nmero) de tomos o molculas en un molPor tanto la Masa Atmica tiene las unidades gramos/molUna unidad alternativa de masa atmica es la unidad de masa atmica (uma) que es 1/12 de la masa del carbono 12 (es decir de un tomo de carbono con 12 protones)Por ejemplo, un mol de hierro contiene 6,023 x 1023 tomos y tiene una masa de 55,847 g de 55,847 umaLos clculos donde interviene la masa atmica de un material y el N Avogadro son tiles para comprender ms acerca de la estructura de un materialCONCLUSIN

*Algunos clculos simplesDe acuerdo a los conceptos anteriores se puede concluir que por ejemplo para tener 6.023 x 1023 tomos de hierro se requieren 55.85 gramos de este metal o sea su peso atmico tambin se podra decir que en 107.87 gramos de plata hay 6.023 x 1023 tomos de este material.Este concepto se puede aplicar a cualquier elemento y calcular el nmero de tomos presentes por unidad de volumen del tomoEl nmero de tomos por cm3, para un material de densidad, D, (grs/cm3) y masa atmica M (grs/mol), se puede calcular por la siguiente relacin deducida de los conceptos anteriores:

*De esta forma si se quiere calcular el nmero de tomos de Cu que estn presentes en 1cm3 de dicho elemento, debemos conocer su peso atmico (63,54 grs.) y su densidad (8.96 grs/cm3) y luego podremos calcular el nmero de tomos presentes sea por la frmula o por simple raciocinio:No. tomos/gr = 6.023 x 1023 tomos63.54 grs. = 0.054 x 1023 tomos/gramoNo. tomos/cm3 = ( 0.094 x 1023) ( 8.96 grs/cm3)No. tomos/cm3 = 0.84 x 1023Por raciocinio:Por la frmula:No. tomos/cm3 = = 0.84 x 1023(6.023 x 1023) (8.96 grs/cm3)63,54 grs.

*Fuerzas de enlaceLos tomos tienen cierta tendencia a unirse a otros tomos, de esta forma imaginando un sistema muy simple formado por dos tomos aislados, es posible suponer que la interaccin entre los dos es inversamente proporcional a la distancia d que los separa:Este esquema tan simple da una imagen dinmica del cristal ms cercana a la realidad que la de un cristal esttico, con los tomos estables (y quietos) en posiciones concretas. La realidad es que los tomos vibran alrededor de las posiciones de equilibrio, y existen unas fuerzas alternantes de repulsin y atraccin que lo mantienen vibrando alrededor de una posicin concreta

*Tamao de tomo y distancia interatmicaEn una estructura cristalina los tomos no estn libres, sino enlazados con otros, y adems, hay cierta interpenetracin de las capas electrnicas ms externas, que participan del enlace. Por tanto, en una estructura cristalina se puede definir la distancia de enlace (interatmica) como aquella que separa los dos centros de dos tomos prximos.En una aproximacin un poco burda es posible admitir que la distancia interatmica es igual a la suma de los respectivos radios atmicos, de manera que:Esta idea lleva necesariamente a admitir que el tamao de los tomos ser diferente una estructura a otra

*Distancia interatmicad = distancia interatmica r = radio atmico

*Fuerzas de energa de enlaceCuando dos tomos se aproximan, ellos ejercen una fuerza el uno contra el otro:Donde:

*Radio atmico Como se ha visto al distancia de equilibrio entre los centros de dos tomos vecinos puede considerarse como la suma de sus radios, esto visualizando siempre a los tomos como esfricos. Por ejemplo la distancia interatmica del cobre es de 2.556 , siendo por lo tanto su radio 1.178 , visualizando los espacios vacos entre esferas se puede calcular cuntos tomos habr en 1 cm3De esta manera a partir del nmero de tomos en 1 cm3 podemos comparar los radios atmicos de la plata con el plomo y ms an verificar estos resultados en tablas:Plata:Peso atmico = 107.87 grs.Densidad = 10.5 gr/cm3Plomo:Peso atmico = 207.2 grs.Densidad = 11.34 grs/cm3

*No. tomos/cm3 =(6.023 x 1023) (10.5)107.87No. tomos/cm3 = 0.59 x 1023En tablas: rAg = 1.444 No. tomos/cm3 =(6.023 x 1023) (11.34)207.2No. tomos/cm3 = 0.33 x 1023 En tablas: rPb = 1.75 rPb > rAgEl clculo y raciocinio es correcto

Radios atmicos, en angstroms, de algunos elementos

Radios atmicos de algunos elementos

*ESTRUCTURA CRISTALINA DE LOS METALES

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El ordenamiento atmico existente en los slidos cristalinos se puede representar considerando que los tomos se sitan en los puntos de interseccin de tres familias de planos, cada una de ellas formada por un nmero infinito de planos paralelos y equidistantes.

Los puntos de interseccin entre tres planos, cada uno de ellos perteneciente a una familia distinta, forman una red puntual tridimensional. Las redes puntuales poseen la propiedad de que todos sus puntos tienen la misma vecindad; es decir, la situacin de los dems puntos respecto a uno cualquiera de la red es siempre la misma. Mediante esta propiedad resulta posible identificar a una red puntual a partir de una celda constructiva repetitiva denominada celda unidad o unitaria. Estructuras cristalinas

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El ordenamiento atmico existente en los slidos cristalinos se puede representar considerando que los tomos se sitan en los puntos de interseccin de tres familias de planos, cada una de ellas formada por un nmero infinito de planos paralelos y equidistantes.

Los puntos de interseccin entre tres planos, cada uno de ellos perteneciente a una familia distinta, forman una red puntual tridimensional. Las redes puntuales poseen la propiedad de que todos sus puntos tienen la misma vecindad; es decir, la situacin de los dems puntos respecto a uno cualquiera de la red es siempre la misma. Mediante esta propiedad resulta posible identificar a una red puntual a partir de una celda constructiva repetitiva denominada celda unidad o unitaria. Estructuras cristalinas

*Celda unitariaUna celda unitaria es la menor subdivisin de la red cristalina que retiene las caractersticas de toda la red, es decir con celdas unitarias idnticas se construye una red cristalina. Desde este punto de vista se entiende por metal de un solo componente aquellos que tienen sus tomos idnticos agrupados en celdas unitariasLa cristalografa considera 14 tipos de celdas unitarias o redes de Bravais, agrupadas en siete estructuras cristalinasCelda unitariaPuntos reticulares o nodosPuntos o nodos de una celda: son las intersecciones de las lneas que definen una celda

*Celda unitariaEl pequeo tamao de las celdas unitarias de los metales cristalinos que se muestran en la figura debera ser el resultado: la arista del cubo de la celda unitaria del hierro cbico de cuerpo centrado, por ejemplo, a temperatura ambiente es igual a 0.287 x 10-9 m. 0.287 nanmetros (nm). Por consiguiente, si las celdas unitarias de hierro puro estuvieran alineadas arista con arista en 1 mm., habra:1 nanmetro (nm) = 10-9 m = 10-7 cm = 10 (angstrom)1 angstrom () = 0.1 nm = 10-10 m = 10-8 cm RECORDAR:

*Celda unitariaRed cristalinaCelda unitariaRed cristalinaCeldas unitarias y red cristalina

ESTRUCTURA CRISTALINACELDA UNITARIATOMOS POR CELDA UNITARIADENSIDAD TERICANMERO DE COORDINACINFACTOR DE EMPAQUETAMIENTO ATMICOFACTORES QUE DEFINEN UNA ESTRUCTURA CRISTALINA

*Estructuras cristalinas en los metaleshexagonal compacta

*Formas de representacin de las celdas unitarias

*Es la longitud de los lados de la celda unitaria. Puede haber tan solo uno, dos o hasta tres parmetros de red distintos dependiendo del tipo de red de Bravais que tratemos. En otras palabras el parmetro de red hace referencia a la distancia constante entre las celdas unitarias en una estructura cristalina.

Las estructuras o redes en tres dimensiones generalmente tienen tres parmetros de red, a, b y c. Sin embargo, en el caso especial de redes cbicas, todos los parmetros son iguales, con lo cual nos referimos a ellos como a. Del mismo modo, en las estructuras cristalinas hexagonales, los parmetros a y b son iguales, por lo que nicamente consideraremos a y c.

Ya que los parmetros de red tienen dimensiones de longitud, su unidad en el sistema internacional es el metro. No obstante, suelen darse en submltiplos como el nanmetro o el ngstrom. Parmetro de red

*Parmetro de redParmetro de red

*El nmero de tomos que corresponden a cada celda unidad en un sistema cristalino cualquiera viene dado por la siguiente expresin:

donde: Ni es el nmero de tomos situados en el interior de la celda unidad.

NC es el nmero de tomos situados en el centro de las caras (cada cara es compartida por dos celdas unidad).

-NV es el nmero de tomos situados por celda unidad (cada vrtice es compartido por ocho celdas unitarias). Nmero de tomos por celda unitariaN = Ni + NC/2 + NV / 8

*Nmero de tomos por celda en la estructura FCC

*En una red cbica centrada en las caras los tomos se encuentran situados en los vrtices y en los centros de las caras de un cubo. En la celda unidad se puede observar que cada tomo est rodeado de otros doce. En la figura se representa la celda unidad FCC con los doce tomos vecinos ms cercanos al tomo A.Nmero de CoordinacinNC = Es el nmero de tomos vecinos que tocan a uno en particular

*Nmero de Coordinacin la estructura Cbica de Cuerpo Centrado (BCC)12435687ANC = 8

*Es el nmero de vecinos que estn en contacto directo con un tomo en particular en una red o estructura cristalina

El nmero de coordinacin para la estructura BCC (Cbica centrada en el cuerpo) es 8.

El nmero de coordinacin para la estructura FCC (Cbica centrada en las caras) es 12.

El nmero de coordinacin para la estructura HCP (Hexagonal compacta) es 12.Resumen: Nmero o ndice de Coordinacin (NC)

*Estructura Cbica de Cuerpo Centrado (CCCu, CC, BCC)

Estructura Cbica de Cuerpo Centrado (CCCu, CC, BCC)

*Relacin radio atmico y parmetro de red en la estructura BCC

*Tabla: Algunos metales con estructuras BCC a temperatura ambiente (20C), sus constantes (parmetros) de red y sus radios atmicos

*Estructura Cbica de Caras Centradas (CCCa, CCC, FCC)

Estructura Cbica de Caras Centradas (CCCa, CCC, FCC)

*Relacin radio atmico y parmetro de red en la estructura FCC

*Tabla: Algunos metales con estructuras FCC a temperatura ambiente (20C), sus constantes (parmetros) de red y sus radios atmicos

*En una red hexagonal compacta la celda unidad es un prisma hexagonal en el que los vrtices y los centros de las bases estn ocupados por tomos y adems en el interior de cada celda existen otros tres tomos.

En la celda unidad se puede observar que cada tomo se encuentra rodeado de otros doce vecinos ms cercanos; por consiguiente, su Nmero de Coordinacin, al igual que en la red FCC, es doce.

En la red HCP existen seis tomos por celda unidad (tres en el interior; dos en los centros de las bases compartidos entre dos celdas, y doce en los vrtices del prisma compartidos entre seis celdas). Estructura Hexagonal Compacta (EHC, HC)

*Representaciones de la estructura Hexagonal Compacta (EHC, HC)

CLCULOS EN LA ESTRUCTURA HEXAGONAL COMPACTA

*Tabla: Algunos metales con estructura HCP a temperatura ambiente (20C), sus constantes (parmetros) de red y sus radios atmicos relacionales c/a

*ESTRUCTURA CRISTALINA DE LOS METALES

Planos {111} en la estructura CCC

*Se denomina Factor de Empaquetamiento Atmico (FEA) de una red cristalina a la fraccin de espacio ocupado por sus tomos.

Se calcula dividiendo el volumen que ocupan los tomos de una celda unidad entre el volumen total de dicha celda y es un indicador de la compacidad estructural Factor de Empaquetamiento Atmico (FEA)

*En otras palabras, para evaluar cuan eficientemente estn arreglados los tomos en la estructura cristalina se calcula el Factor de Condensacin Atmica (FCA) o Factor de Empaquetamiento Atmico (FEA), el cual se expresa mejor por la siguiente relacin:Factor de Empaquetamiento Atmico (FEA)En otras palabras, el FEA es la fraccin de espacio ocupada por tomos en la celda unitaria en relacin a los espacios vacos entre stos, todo esto suponiendo que son esferas duras que tocan a su vecino ms cercano

* Vista en planta de una cara de la celda unitaria cbica. El rea sombreada representa el espacio intersticial entre los tomos.Factor de Empaquetamiento Atmico (FEA)Espacio vaco

*La superficie de una esfera de radio, r, es:

El volumen que contiene una esfera de radio, r, es:

Volumen de una tomo (considerado como esfera)

*Luego la ecuacin para calcular el FEA es la siguiente:Deduccin de la frmula para el clculo del Factor de Empaquetamiento Atmico (FEA FCA) Puesto que el modelo del tomo es una esfera, podemos calcular su volumen del modo siguiente:

*En el caso de la red cristalina BCC, el volumen de los tomos de la celda unidad ser: [2 (4/3 . R3)] ; y el volumen de total de la celda, a3 . Por lo tanto: Factor de Empaquetamiento Atmico (FEA) de la estructura BCCEs decir, el 68% del volumen de la celda BCC est ocupado por tomos y el 32% restante corresponde a espacio vaco (huecos). La red BCC no es una estructura totalmente compacta, puesto que los tomos se podran situar ms prximos entre s.

*El volumen de los tomos de la celda unidad es 4 (tomos/celda unidad)4/3R3 y el volumen total de la celda, a3. Por tanto, su factor de empaquetamiento atmico ser: Es decir, el 74% del volumen de la celda FCC est ocupado por tomos y el 26% restante est constituido por huecos Factor de Empaquetamiento Atmico (FEA) de la estructura FCC

*Densidad Terica de un MetalDensidad: Relacin entre la masa de un cuerpo y su volumen. Aplicando las propiedades de la estructura cristalina de los metales, su densidad terica puede ser hallada mediante la siguiente relacin:Ejemplo de aplicacin:A qu se debe esta diferencia?

*Densidad Terica de un MetalDensidad: Relacin entre la masa de un cuerpo y su volumen. Aplicando las propiedades de la estructura cristalina de los metales, su densidad terica puede ser hallada mediante la siguiente relacin:Ejemplo de aplicacin:A qu se debe esta diferencia?

*Estados alotrpicos del hierro

*Formas cristalinas alotrpicas de algunos metales

*DEFECTOS CRISTALINOS DE LOS METALES

*Clasificacin de los defectos cristalinosDefectos cristalinosDefectos puntualesDefectos linealesDefectos superficialesVacantesImpurezas: Substitucional IntersticialDislocacionesLmites de grano

*Impureza intersticialDislocacinVacantetomo intersticialImpureza substitucionalPrincipales defectos cristalinos

*DEFECTOS PUNTUALES

*AutointersticialVacancia Autointersticial, es un tomo que ocupa un intersticio de la estructura cristalina Los autointersticiales causan una gran distorsin de los alrededores del reticulado cristalino

Comparacin de autointersticiales y vacancias

*tomo de impureza intersticialtomo de impureza sustitucional Es imposible que exista un metal que solo tenga un solo tipo de tomo Las tcnicas de refinado actualmente disponibles permiten obtener metales con un grado de pureza en lo mximo de 99.9999 %Impurezas

*Vacancias o VacantesSon lugares dentro de la red cristalina, las vacantes se producen durante la solidificacin y tambin como consecuencia de las vibraciones que desplazan a los tomos de sus posiciones normales en la redEl nmero de vacantes (NV NL) se puede calcular en funcin de que sus cantidad depende de la temperatura. La frmula que permite calcular ello es la siguiente:Donde:N = Nmero total de lugares ocupados por tomos (por ejemplo t/m3)QV QL = Energa de activacin, o sea la energa vibracional requerida para la formacin de una vacante (eV, J cal.)T = Temperatura absoluta en grados KelvinK = Constante de Boltzmann (1.38 x 10-23 J/t-K 8.62 x 10-5 eV/t-K), el valor que se emplee en la ecuacin depende de las unidades de QV

*Vacancias o Vacantes De la ecuacin:Se deduce que el nmero de vacantes en un metal crece exponencialmente con la temperatura En la mayora de los metales al llegar a la temperatura de fusin hay una relacin de una vacante por cada diez mil lugares ocupados

*PROBLEMACalcular el nmero de vacantes en equilibrio por metro cbico en el cobre puro a 500 C. Considere que la energa de activacin para la formacin de una vacante es de 0,90 eV. Asuma un peso atmico para el cobre de 63,54 grs. y una densidad de 8,96 grs/cm3Primero se calcula el valor de N o sea el nmero de lugares atmicos por m3SOLUCINN =(6.023 x 1023) (8.94 gr/cm3) (106 cm3/m3)63.54 grs.=8.49 x 1028 t/m3Aplicamos la frmula:

*NV = (8.49 x 1028) e0.90 eV(8.82 x 10-5) (773) -T = 500 + 273 = 773 KReemplazando:NV = (8.49 x 1028) e- 13.5NV = (8.49 x 1028) ( 1.37 x 10-6)NV = 1.2 x 1023 vacantes/m3

*DEFECTOS LINEALES

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*Analoga entre el movimiento de un gusano y una dislocacinGusano Goldie

*Lnea de dislocacinVector BurgersDislocacin de tornillo o helicoidal (hlice)

*DEFECTOS SUPERFICIALES O BIDIMENSIONALES

*Defectos superficiales, interfaciales o bidimensionales Los tomos dentro de un metal se ordenan espacialmente en celdas unitarias; las celdas unitarias colocadas sucesivamente forman planos cristalinos, el conjunto de planos cristalinos con una misma direccin constituyen un grano y el conjunto de granos forman la apariencia slida conocida de los metales Se puede decir entonces que las propiedades de un metal se pueden controlar a travs de su tamao de grano Los lmites o fronteras o bordes de cada grano constituyen el principal defecto superficial de los metales y su existencia es de trascendencia decisiva en las propiedades del metal

*La miscroestructura de los metales consta de muchos granos o cristales continuos adyacentes, los cuales pueden ser observados y medidos mediante tcnicas metalogrficas, cuya principal herramienta es el microscopio metalogrfico ptico o electrnicoSe pueden controlar las propiedades de los metales a travs de controlar el tamao de grano. Reduciendo el tamao de granos se incrementa el nmero de granos por unidad de volumen y por consiguiente la cantidad de lmites de grano. En consecuencia cualquier dislocacin encontrar un lmite de grano (que se vuelve un obstculo) al solo moverse un poco, incrementndose la resistencia del metal al obstaculizar el movimiento de las dislocacionesSe define como lmite, borde o frontera de granos aquellos lmites que separan a un metal en regiones, teniendo cada una de ellas la misma estructura cristalina , pero diferentes orientacionesLmites de grano y control de propiedades de los metales

Se define como lmite, borde o frontera de granos aquellos lmites que separan a un metal en regiones, teniendo cada una de ellas la misma estructura cristalina , pero diferentes orientacionesLMITE, BORDE O FRONTERA DE GRANOS

*Crecimiento de granos a partir de un de metal lquido. El crecimiento se inicio a partir de varios ncleos. Produciendo lmites de grano donde ellos hacen contacto

* En la mayora de las condiciones de aplicacin de los metales, la velocidad de crecimiento del grano es muy pequea, y slo a temperaturas elevadas el crecimiento se produce rpidamente.

Un material de grano fino ser, por lo tanto, ms duro y ms resistente que un material de grano grueso, el cul (este ltimo) tendr ms juntas de grano donde se acumularn ms tensiones.

Por todo lo anterior debe verificarse que la dureza es inversamente proporcional al tamao de grano. El tamao de grano tiene considerable influencia en las propiedades mecnicas de los metales y aleaciones, por eso es de gran inters conocerlo. As pues, podemos entender que la realizacin de los diferentes tratamientos trmicos tenga como principal objetivo obtener el tamao de grano deseado. Resulta evidente que dicho tamao de grano es inversamente proporcional al nmero de granos presentes en la muestra.Tamao de grano

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El tamao de grano se expresa, segn norma ASTM, mediante el nmero n obtenido de la expresin:Nmero de granos / pulg2 a 100X (N) = 2n-1 Donde n es el nmero de tamao de grano de uno a ocho; este mtodo se aplica a metales que han recristalizado completamente.

Segn el mismo criterio, se considera: - Grano grueso cuando n < 5 (dimetro de grano 62 micras) - Grano fino cuando n > 7 (dimetro de grano 32 micras)Clculo terico del tamao de grano

*Clasificacin ASTM del grano de los aceros. Imgenes de la superficie aproximada de los granos observados por un microscopio de 100 X

*Patrones ASTM de tamao de grano de los metales

1 nanmetro (nm) = 10-9 m = 10-7 cm = 10 (angstrom)1 angstrom () = 0.1 nm = 10-10 m = 10-8 cmFORMULARIO MATERIALES METALICOS

ENSAYOS DE MATERIALES METLICOS

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