UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PUEBLA

SISTEMAS AUTOMOTRICESESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS

MATERIALES MOVIMIENTOS DE ÁTOMOS E IONES EN LOS MATERIALES Y SUS

PROPIEDADES MECÁNICAS.ING. MARTHA PATRICIA DÍAZ BARREDA

GERMÁN FLORES RAMÍREZ 3°”B”

15/06/2015

La difusión es el movimiento de los átomos en un material

Los átomos se mueven de una manera predecible, tratando de eliminar diferencias de concentración y de producir una composición homogénea y uniforme.

Aplicaciones de la difusión de los materiales

La manufactura de los cerámicos.

Es necesaria la difusión para el tratamiento térmico de los

metales

La solidificación de los materiales.

La fabricación de transistores.

La fabricación de celdas solares.

Fabricación de conductividad eléctrica de muchos cerámicos.

La capacidad de los átomos y de las imperfecciones para difundirse aumenta conforme se aumenta la temperatura, o los átomos incrementan su energía termina.

La razón de movimiento esta relacionada con la temperatura o energía térmica, mediante la ecuación de Arrhenius

La difusión es el movimiento de los átomos en un material. Los átomos se mueven de manera ordenada, tendiendo a eliminar las diferencias de concentración y producir una composición homogénea en el material. Los átomos pueden también ponerse en movimiento aplicando voltajes o fuerzas externas al material.

Mecanismos de difusión

Difusión por vacancias Difusión intersticial

TIPOS DE DIFUSIÓN

Intercambio de un átomo de una posición reticular normal a una vacancia o lugar reticular vecino vacío.

La tasa depende de: Número de vacancias y la energía de activación para el intercambio.

Difusión por vacancias

La difusión intersticial de los átomos en las redes cristalinas tiene lugar cuando éstos se trasladan de un intersticio a otro contiguo sin desplazar permanentemente a ninguno de los átomos de la matriz de la red cristalina. Para que el mecanismo intersticial sea efectivo, el tamaño de los átomos que se difunden debe ser relativamente pequeño comparado con los de la red.

Mecanismos de difusión intersticial

PRIMERA LEY DE FICK (VELOCIDAD DE DIFUSION)

VELOCIDAD DE DIFUSION La velocidad a la cual se difunden lo átomos en un material

se puede medir mediante el flujo J, que se define como el numero de átomos que pasa a través de un plano de superficie unitaria por unidad de tiempo (figura 5-5).

La primera ley de Fick determina el flujo neto de átomos

Donde J es el flujo (átomos/cm^2), D es la difusividad o coeficiente de difusión (cm^2/s), y ∆ es el gradiente de concentración (átomos/cm^3.cm). durante la difusión varios factores afectan el flujo de los átomos

GRADIENTE DE CONCENTRACION

El gradiente de concentración muestra la forma en la que la composición del material varia con la distancia; es la diferencia en concentración a lo largo de una distancia

EL COEFICIENTE DE DIFUSION Y LA TEMPERATURA

El coeficiente de difusión esta relacionando con la temperatura a través de una ecuación de Arrhenius:

  Donde es la energía activa de activación (cal/mol), R es la

constante de los gases y T es la temperatura absoluta (K). es una constante para un sistema de difusión dado.

FACTORES QUE AFECTAN LA DIFUSION Y LA ENERGIA DE ACTIVACION

Una pequeña cantidad de energía de activación incrementa el coeficiente de difusión y el flujo, porque se requiere menor energía térmica para vencer dicha barrera de energía de activación.

Varios factores influyen en la energía de activación, y por tanto, en la velocidad de difusión. La difusión intersticial, con una energía de activación baja por lo general ocurre mucho mas a prisa que la difusión por vacancias o sustitucional.

TIPOS DE DIFUSION DIFUSION VOLUMETRICA- Los átomos se mueven a través del cristal de un

sitio de red, o de un sitio intersticial a otro.

DIFUSION EN LOS BORDES DE GRANO- En esta los átomos se difunden mas fácilmente ya que en estos la compactación no es buena.

DIFUSION EN SUPERFICIES- Esta es aun mas fácil porque en las superficies existe aun menos restricciones para los átomos a difundir.

DIFUSIÓN Y EL PROCESAMIENTO DE

MATERIALES

FUSIÓN Y COLADO Utilizado para el procesamiento de metales, aleaciones, plásticos y vidrios.

Desempeña una función particularmente importante en la solidificación de metales y aleaciones.

SINTERIZADO Es el tratamiento a alta temperatura que ocasiona que las

partículas se unan reduciendo de manera gradual el volumen del espacio poroso en entre ellas.

CRECIMIENTO DE GRANOS Involucra el movimiento de los limites de

granos, lo que permite que los granos mayores crezcan a expensas de los granos pequeños.

La fuerza impulsora para el crecimiento de los granos es la reducción en el área de los limites de los granos

ENLAZAMIENTO POR DIFUSIÓN Método utilizado para unir materiales mediante tres

pasos.

PROPIEDADES MECANICAS

Maleabilidad: Consiste en la posibilidad de transformar algunos metales en láminas delgadas sin que se rompa. Ejm: el aluminio como conservante de alimentos.

Ductilidad: Propiedad que poseen ciertos metales para poder estirarse en hilos delgados o varillas.Ejm: oro, plomo.

Tenacidad: Propiedad que tienen algunos materiales de soportar sin deformarse, ni romperse los esfuerzos básicos que se les apliquen. Implica que el material tiene capacidad de absorber energía. Ejm: Azufre.

Dureza: Resistencia que un material opone a la penetración o a ser rayado por otro cuerpo. Ejemplo, el diamante.

Plasticidad: Aptitud de algunos materiales sólidos de adquirir deformaciones permanentes, bajo la acción de una presión o fuerza exterior sin que se produzca una rotura.

Elasticidad: capacidad de algunos materiales para recobrar su forma y dimensiones primitivas cuando cesa el esfuerzo que había determinado su deformación.

Fragilidad: Capacidad de un material de fracturarse con escasa deformación. La rotura frágil tiene la peculiaridad de absorber relativamente poca energía.

Rigidez: capacidad de un objeto sólido o elemento estructural para soportar esfuerzos sin adquirir grandes deformaciones o desplazamientos

RESISTENCIA

Capacidad para soportar esfuerzos aplicados sin romperse, adquirir deformaciones permanentes o deteriorarse de algún modo cierto material.

La resistencia tensil: es importante para un material que va a ser extendido o va a estar bajo tensión. Las fibras necesitan tener buena resistencia tensil.

Es el cambio en el tamaño o forma de un cuerpo debido a esfuerzos internos producidos por una o más fuerzas aplicadas sobre el mismo.

Elástica o reversible: Si la deformación se recupera al retirar la carga.

Plástica o irreversible: Si la deformacion persiste despues de retirar la carga.

DEFORMACIÓN

Describe la relación entre el esfuerzo y la deformación y que señala las regiones elásticas y plásticas de un material dado.

CURVA DE ESFUERZO-DEFORMACION

PRUEBA DE TENSIÓN

Mide la resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada de manera lenta .

MECÁNICA DE LA FRACTURA

Tenacidad: Capacidad de un material para absorber energía antes de la fractura.

Tenacidad de fractura: La resistencia a la fractura de un material cuando existe una grieta. Resistencia a ser roto cuando existe una fisura.

Los materiales muy frágiles tienen valores bajos de tenacidad de fractura (KIC ) al contrario que los más resistentes.

Y factor geométrico de orden la unidad

tensión total aplicada en el momento de la rotura

longitud de una grieta superficial

· ·IC fK Y a

f

a

[ ]MPa m

TENACIDAD DE FRACTURA: KIC

FATIGA

Definición de Fatiga y ejemplos

Fenómeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinámicas cíclicas se produce más fácilmente que con cargas estáticas.

Forma de rotura que aparece en estructuras que están sometidas a fuerzas cíclicas (puentes, aviones o componentes de máquinas)

Es de una gran importancia Implica una deformación elástica del material Su estudio data de mediados del s. XIX

Proceso de rotura Deformación plástica local en la superficie del metal Discontinuidades acusadas superficiales Formación de la grieta

PROPAGACIÓN:ETAPA I:Propagación de la grieta de forma lenta

ETAPA II:Aumento de la velocidad de propagaciónFormación de marcas de playa y estrías

ROTURA:Aumento de la grieta en anchuraRotura final

Factores que intervienen en la rotura por fatiga

Gran influencia Las Discontinuidad geométricas Concentradoras de

tensión ↑Discontinuidad, ↑concentración de tensiones Soluciones: Modificar el diseño

Influencia del medio

FATIGA TÉRMICA: A Temperaturas ↑ Sin aplicación de tensión mecánica Dilatación y contracción

FATIGA CON CORROSIÓN: Tensión y ataque químico Reducción del espesor Aparición de fisuras o picaduras Corrosión del interior Disminución de la vida a la fatiga

Modo de fallos

Metodología e identificación de los diferentes modos de fallos:

Rotura dúctil

Los materiales sobrepasan

el límite elástico y se

rompen

Rotura Frágil

Propagación rápida de una grieta sin deformación plástica.

Fallo por fatiga

Tras varios ciclos de aplicación de una tensión menor que la de rotura

Fallo por corrosión bajo tensión

Tensión no cíclica en un ambiente corrosivo

GRACIAS POR SU ATENCIÓN