materiales metalicos unidad 1

Defectos Cristalinos

Se definen como defectos a las desviaciones que son observadas, pormtodos experimentales, con referencia a la estructura cristalina.

Segn la dimensin del espacio ocupado por el defecto se clasifican en

Se generan al aplicar un esfuerzo cortante

Separan el material En regiones de distinta

orientacin cristalogrfica

Localizados en un Solo punto de red

Defectos Lineales

DefectosPuntuales

Defectos de Superficie

Defectos Puntuales

Procesos de calentamiento del materialProcesos de fabricacinPresencia de impurezasIncorporacin de elementos de aleacin

IMPORTANTE: Afectan al comportamiento de los materiales

Defectos CristalinosDefectos Cristalinos

Son discontinuidades de la red que involucra en general a un tomo.

Se pueden generar por:

DEFECTOS CRISTALINOS

Podemos clasificar los defectos cristalinos en funcin de sus dimensiones, as tendremos:

Defectos puntuales, Defectos lineales, Defectos planales y DefectosTridimensionales.

LOS DEFECTOS PUNTUALES son el resultado de un error en laocupacin de una posicin atmica en la estructura

A) SUBSTUTUCIONAL: Una posicin atmica esta ocupada por untomo de distinta especie del que le correspondera si la estructura fueraperfecta. Llamamos a este tomo "impureza"

Impureza

DEFECTOS PUNTUALES

B) INTERSTICIAL: Un tomo se sita en un sitio intermedio entre posicionesestructurales

Defecto intersticial

vacanciavacancia

Generalmente este tipo de defecto introduce relativamente grandes distorsiones en los alrededores puesto que normalmente el tomo es sustancialmente ms grande que la posicin intersticial en la que se sita. Consecuentemente la formacin de este defecto no es muy probable. Se pueden introducir en una estructura por radiacin.

C) VACANCIA: Un tomo abandona su sitio y se sita en un lugar intersticial (defecto

Frenkel), o bien emigra a la superficie con otro ion de signo opuesto para mantener laneutralidad (defecto Schottky)


DEFECTOS PUNTUALES

IMPUREZAS EN SLIDOS

Intersticial Sustitucin

carbn y el hierro

Aleacin cobre-nquel

Defectos Lineales o Dislocaciones

Proceso de solidificacinPor deformacin


IMPORTANTE: Controlan la capacidad de deformacin y endurecimiento en los metales

Son discontinuidades de la red que involucra una hilera de tomo.Se pueden generar:

Concepto de dislocacin

Una dislocacin es un defecto de lnea en la red cristalina ypuede definirse especificando qu tomos han perdido sulocalizacin respecto a la red perfecta o libre de defectos.

La existencia de dislocaciones en los materiales metlicosjustifica la plasticidad y fluencia que los caracterizan y diferencianfrente a los cermicos.

Las dislocaciones son defectos de lnea que se mueven alaplicar una fuerza al material haciendo que se deforme.

Existen mltiples formas de crear una misma dislocacin, sin embargo, laestructura y las propiedades de las dislocaciones no dependen de cmo secrearon.

Son defectos que dan lugar a una distorsin de la red centrada en torno a unalnea. Se crean durante la solidificacin de los slidos cristalinos o pordeformacin plstica, por condensacin de vacantes. Hay dos tipos dedislocaciones, las de cua y las helicoidales

DEFECTOS LINEALES

DISLOCACIN DE CUA

Esta dislocacin se forma cuando se aplica un esfuerzo de cizalladura en uncristal perfecto que ha sido separado por un plano cortante.

DISLOCACIN HELICOIDAL

Dinmica de las dislocaciones de borde o cua


Salto de dislocaciones


Interaccin de dislocaciones

SUPERFICIE EXTERNA

Las dimensiones exteriores del material representan superficies en las cuales lared termina abruptamente. Los tomos de la superficie no estn enlazados alnmero mximo de vecinos que deberan tener y por lo tanto, esos tomostienen mayor estado energtico que los tomos de las posiciones internas.

DEFECTOS SUPERFICIALES

Los defectos superficiales son los lmites o bordes o planos que dividen unmaterial en regiones, cada una de las cuales tiene la misma estructura cristalinapero diferente orientacin.

Los enlaces de esos tomos superficiales que no estn satisfechos dan lugar auna energa superficial, expresada en unidades de energa por unidad de rea.

Adems la superficie del material puede ser rugosa, puede contener pequeasmuescas y puede ser mucho mas reactiva que el resto del material.


Se puede definir como la superficie que separa los granos individuales dediferentes orientaciones cristalogrficas en materiales policristalinos.

BORDES DE GRANO


BORDES DE GRANO

Son limites entre los cristales que constituyen el material policristalino. Se originan en el proceso de solidificacin. A travs de ellos cambia la orientacin del cristal. Constituyen un impedimento al movimiento de las dislocaciones.


Una macla es un tipo especial de lmite de grano en el cual los tomosde un lado del lmite estn localizados en una posicin que es laimagen especular de los tomos del otro lado.

MACLAS

Plano de

Macla

MACLAS

Defectos Superficiales

Son las fronteras o planos que separan al material en regiones de la misma estructura cristalina pero con distinta orientacincristalogrfica.

Tipos :

Frontera de grano Macla

Macla

Se producen durante la deformacin o el tratamiento trmico de los metales. Interfieren en el proceso de deslizamiento incrementando la resistencia. El movimiento de los bordes de macla puede deformar al material


Frontera de grano


Material real (con defectos)

Material ideal (sin defectos)

PARA RESISTENCIA DEL MATERIALPARA RESISTENCIA DEL MATERIAL

Naturaleza del Material

Tipo de Enlace

Metlico InicoCovalenteSecundarios

Enlace metlico: Es un enlace primario o enlace fuerte.

Los tomos ceden sus electrones formando una nube electrnica alrededorde la red cristalina:Alta resistencia mecnica.

Los electrones se desplazan libremente a lo largo de la red: Alta conductividadelctrica y trmica. Buena ductilidad y maleabilidad.

Resistentes, Rgidos, Dctiles, Conductores.

Enlaces covalentes: Son enlaces primarios o enlaces fuertes. Al interior delas cadenas. Los tomos comparten electrones de valencia con otros tomos. Entre

tomos de un mismo elemento o de afinidad electrnica similar. Enlaces direccionales: no conducen la electricidad ni la temperatura.

La estructura tetradrica de Slice (SiO2) que contiene enlaces covalentes entre los tomos de silicio y de oxigeno.

Resistentes, Rgidos, Duros, Resistentes a la corrosin, Frgiles

Enlaces inicos: Son enlaces primarios o enlaces fuertes.

Entre elementos de diferente afinidad electrnica, frecuentes entre metal yno metal.

Grandes fuerzas de atraccin electrosttica entre los iones positivos y losnegativos formando una red cristalina inica.

Son altamente direccionales, y las cargas elctricas son muy grandes,dificultando la conductividad elctrica y trmica.

Resistentes, Rgidos, Duros, Resistentes a la temperatura Resistentes a la corrosin, Frgiles

Fuerzas deVan der Waals: Son enlaces secundarios o enlaces dbiles.

Se forman por la atraccin electrosttica entre dos dipolos de diferentesmolculas

Estas fuerzas mantienen unidas las cadenas moleculares de lostermoplsticos a temperatura ambiente. Al subir la temperatura estosenlaces se rompen y el material cambia de fase. Los polmeros pasan deslido a un estado de transicin vtrea y despus a estado lquido.

PVC Cloruro de polivinilo. Los tomos de cloro fijos a la cadena polimrica tienen carga negativa, los de H carga positiva. Las cadenas estn unidas debidamente por uniones de van der Waals. Esta unin adicional hace que el PVC sea mas rgido.

Cuando se aplica una fuerza al polmero los enlaces de van derWaals se rompen y las cadenas se deslizan entre si.

Tipo de Enlace

En general los slidos de la naturaleza son cristalinos lo que implica que losiones, tomos o molculas que los constituyen se ordenan geomtricamente enel espacio.

Red unitaria

Slido Cristalino

En ocasiones esta estructura ordenada no es apreciable a simple vista porqueestn formados por una agrupacin de microcristales orientados de formasdiversas dando lugar a estructuras policristalinas, aparentemente amorfas.

La estructura interna de los cristales viene representada por la llamadaceldilla unidad o elemental que es el menor conjunto de tomos quemantienen las mismas propiedades geomtricas de la red y que al expandirseen las tres direcciones del espacio constituyen una red cristalina.El tamao de esta celdilla viene determinado por la longitud de sus tresaristas (a, b, c), y la forma por el valor de los ngulos entre dichas aristas (a, b,g).

Sistema cristalino Ejes Angulos entre ejes

Cbico a = b = c = = = 90

Tetragonal a = b c = = = 90

Ortorrmbico a b c a = = = 90

Hexagonal a = b c = = 90; = 120

Trigonal (o Rombodrica) a = b = c = = 90

Monoclnico a b c a = = 90; 90

Triclnico a b c a , , 90

Red cbica centrada en las caras (FCC)

Ejemplos: Al, Ag, Cu, Fe, Ni, Co, Ti,

La red tiene forma de cubo, de parmetro a, con 8 tomos en losvrtices del cubo y 6 en los centros de cada una de las caras.

Red cbica centrada en el cuerpo (BCC)

Ejemplos: Na, Fe, Mo

La red representa un cubo cuyo parmetro es a, y los tomos estndispuestos en los vrtices y en el centro del cubo.

La red tiene forma de prisma recto cuya base es un hexaedro. Tiene dosparmetros, los lados de la base del prisma a y su altura c. Doce tomos estndispuestos en los vrtices de la red, 2 tomos en el centro de la base y 3tomos en el interior de la red.

Red hexagonal compacta (HCP)

EJEMPLOS: Ti, Co, Cd, Mg, ...

Abajo, estructura cbica-primitiva.

Arriba, estructura cbica centrada en el cuerpo.

Cubico centrado en el

cuerpo

Cubico centrado en las

caras

Hexagonal Compacto

Auguste Bravais, en el siglo XIX fue el primero en proponer la hiptesis de laestructura reticular de los minerales. En la actualidad se han podidodescribir catorce redes cristalinas, llamadas redes de Bravais. Estos catorcetipos de celdillas elementales son los que vemos a continuacin:

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