unidad de estructura primera parte

8/3/2019 Unidad de Estructura Primera Parte

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ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

ING.YAZMIN RIVERA PEA Pgina 1

UNIDAD 3ESTRUCTURA CRISTALINA

1. Clasificacin de los materiales de Ingeniera.2. Tipos de enlace.

3. Estructura cristalina.4. ndices de Millar.

5. Planos y direcciones cristalogrficas.6. Microestructura y textura.

6.1 Teora de la solidificacin.6.2 Tamao de grano (estructura caracterstica de lingotes).

7. Imperfecciones cristalinas.7.1 Defectos puntuales e intersticiales.

7.2 Defectos lineales.

8. Teora de la fractura.8.1 Micromecanismos de fractura.

8.2 Fractura frgil.8.3 Fractura dctil.


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1. CLASIFICACIN DE LOS MATERIALES DE INGENIERIAQU SON LOS MATERIALES?Los materiales son las sustancias que componen cualquier cosa o producto.Desde el comienzo de la civilizacin, los materiales junto con la energa han sidoutilizados por el hombre para mejorar su nivel de vida. Como los productos estnfabricados a base de materiales, estos se encuentran en cualquier parte alrededornuestro. Los ms comnmente encontrados son madera, hormign, ladrillo, acero,plstico, vidrio, caucho, aluminio, cobre y papel. Existen muchos ms tipos demateriales y uno solo tiene que mirar a su alrededor para darse cuenta de ello.Debido al progreso de los programas de investigacin y desarrollo, se estncreando continuamente nuevos materiales. La produccin de nuevos materiales yel procesado de estos hasta convertirlos en productos acabados, constituyen unaparte importante de nuestra economa actual. Los ingenieros disean la mayorade los productos facturados y los procesos necesarios para su fabricacin. Puestoque la produccin necesita materiales, los ingenieros deben conocer de laestructura interna y propiedad de los materiales, de modo que sean capaces deseleccionar el ms adecuado para cada aplicacin y tambin capaces dedesarrollar los mejores mtodos de procesado.

Los materiales son sustancias que, a causa de sus propiedades, resultan deutilidad para la fabricacin de estructuras, maquinaria y otros productos.

Existen materiales de muy diversos tipos que, de forma muy regular, se puedenclasificar en cuatro grandes grupos:


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Metales y aleaciones: hierro y acero, aluminio, cobre, nquel, titn, etc., ysus aleaciones.Polmeros: gran desarrollo potencial. Comnmente llamados plsticos.Cermicos y vidrios: vidrios, cementos, hormigones, etc.

Materiales compuestos: mezcla de materiales: madera, fibra de vidrio, fibrade carbono, polmeros rellenos.

CLASIFICACIN DE LOS MATERIALES

La manera ms general de clasificacin de los materiales es la siguiente: a. Metlicos

Ferrosos No ferrosos

b. No metlicos Orgnicos Inorgnicos


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Metales Ferrosos

Los metales ferrosos como su nombre lo indica su principal componente es elfierro, sus principales caractersticas son su gran resistencia a la tensin y dureza.Las principales aleaciones se logran con el estao, plata, platino, manganeso,

vanadio y titanio.Los principales productos representantes de los materiales metlicos son: Fundicin de hierro gris Hierro maleable Aceros Fundicin de hierro blanco

Su temperatura de fusin va desde los 1360C hasta los 1425C y uno de susprincipales problemas es la corrosin.

Metales no Ferrosos

Por lo regular tienen menor resistencia a la tensin y dureza que los metalesferrosos, sin embargo su resistencia a la corrosin es superior. Su costo es alto encomparacin a los materiales ferrosos pero con el aumento de su demanda y lasnuevas tcnicas de extraccin y refinamiento se han logrado abatirconsiderablemente los costos, con lo que su competitividad ha crecidonotablemente en los ltimos aos.Los principales metales no ferrosos utilizados en la manufactura son:

Aluminio Cobre Magnesio Nquel

Plomo Titanio Zinc

Los metales no ferrosos son utilizados en la manufactura como elementoscomplementarios de los metales ferrosos, tambin son muy tiles como materialespuros o aleados los que por sus propiedades fsicas y de ingeniera cubrendeterminadas exigencias o condiciones de trabajo, por ejemplo el bronce (cobre,plomo, estao) y el latn (cobre zinc).

Materiales no Metlicos

a. Materiales de origen orgnicob. Materiales de origen inorgnico

Materiales orgnicos

Son as considerados cuando contienen clulas de vegetales o animales. Estosmateriales pueden usualmente disolverse en lquidos orgnicos como el alcohol,


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no se disuelven en el agua y no soportan altas temperaturas. Algunos de losrepresentantes de este grupo son:

Plsticos Productos del petrleo Madera

Papel Hule Piel

Materiales de origen inorgnico

Son todos aquellos que no proceden de clulas animales o vegetal o relacionadoscon el carbn. Por lo regular se pueden disolver en el agua y en general resisten elcalor mejor que las sustancias orgnicas. Algunos de los materiales inorgnicosms utilizados en la manufactura son:

Los minerales El cemento La cermica El vidrio El grafito (carbn mineral)

Los materiales sean metlicos o no metlicos, orgnicos o inorgnicos casi nuncase encuentran en el estado en el que van a ser utilizados, por lo regular estosdeben ser sometidos a un conjunto de procesos para lograr las caractersticasrequeridas en tareas especficas. Estos procesos han requerido del desarrollo detcnicas especiales muy elaboradas que han dado el refinamiento necesario para

cumplir con requerimientos prcticos. Tambin estos procesos aumentannotablemente el costo de los materiales, tanto que esto puede significar variasveces el costo original del material por lo que su estudio y perfeccionamientorepercutirn directamente en el costo de los materiales y los artculos queintegraran.

Los procesos de manufactura implicados en la conversin de los materialesoriginales en materiales tiles para el hombre requieren de estudios especialespara lograr su mejor aplicacin, desarrollo y disminucin de costo. En la ingenierala transformacin de los materiales y sus propiedades tienen un espacio especial,ya que en casi todos los casos de ello depender el xito o fracaso del uso de un

material.2. TIPOS DE ENLACEQU ES UN ENLACE?Un enlace es la unin entre dos o ms tomos para formar una entidad de ordensuperior.


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El tomo es la entidad ms pequea que influye directamente en las propiedadesde los materiales. Cuando se forman enlaces entre tomos existe afinidad qumicaentre estos. Cuando no hay afinidad qumica, los tomos no se unen, cada uno deellos est bien separado de los dems, y los elementos son gaseosos atemperaturas y presiones ordinarias.

ENLACE INICOEl enlace inico (o enlazamiento inico) es el resultado de trasferencia deelectrones (o paso de electrones) de un tomo a otro. El enlace inico se formaentre un tomo electropositivo y uno electronegativo. El tomoelectropositivo cede sus electrones y el tomo electronegativo los acepta .Como resultado de este proceso se forman iones positivos (con valencia +n1) ynegativos (con valencia - n2) con configuraciones de capa cerrada. En estascondiciones, los iones con cargas +n1 y - n2 experimentan atraccin mutua. Lafuerza de repulsin se manifiesta cuando las configuraciones electrnicas de capacerrada inica comienzan a traslaparse.

Los enlaces inicos se pueden formar entre elementos muy electropositivos(metlicos) y elementos muy electronegativos (no metales). En elproceso deionizacin los electrones son transferidos desde los tomos de los elementoselectropositivos a los tomos de los elementos electronegativos, produciendocationes cargados positivamente y aniones cargados negativamente. Las fuerzasde enlace son debidas a la fuerza de atraccinelectrostticao culombiana entreiones con carga opuesta. Los enlaces inicos se forman entre iones opuestamentecargados por que se produce una disminucin neta de la energa potencial paralos iones enlazados.Principales Caractersticas Fsicas:

Conduccin Elctrica: Cuando se encuentra en el estado lquido o disuelto, sonconductores de la electricidad. Se produce gracias a la disociacin de los iones,quedando estos libres.En estado slido, por el contrario, son aislantes elctricos.Puntos altos de fusin y ebullicin. Es debido a que sus iones estn unidos muyfuertemente.Son generalmente muy frgiles.Ductilidad: No se observa ya que al aplicar un esfuerzo se produce fractura frgil,debido principalmente a que un corrimiento de planos atmicos necesariamentealtera el ordenamiento de la respectiva molcula.Se usan para soportar ambientes de alta temperatura.Son duros y QuebradizosBuenos conductores trmicos.Los Cermicos son los materiales que surgen de este tipo de enlace.
http://www.monografias.com/trabajos14/administ-procesos/administ-procesos.shtml#PROCEhttp://www.monografias.com/trabajos34/electrostatica/electrostatica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos34/electrostatica/electrostatica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/administ-procesos/administ-procesos.shtml#PROCE


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ENLACE COVALENTEEl enlace inico no es direccional. En oposicin al el enlace covalente que es unanaturaleza altamente direccional. El nombre covalente se deriva de ladistribucin compartida, cooperativa, de electrones de valencia entre dostomos adyacentes. Una particularidad importante de estos enlaces es que sepueden formar entre tomos del mismo tipo, entre los cuales puede haber muypoca o ninguna formacin de enlaces inicos, el enlace covalente se forma entretomos con pequeas diferencias de electronegatividad y ubicados muy prximosen la tabla peridica, generalmente se comparten sus electrones externos s y pcon otros tomos, de modo que alcanza la configuracin electrnica de gas noble.En un enlace covalente sencillo, cada uno de los dos tomos contribuye con unelectrn a la formacin del par de electrones del enlace, y las energas de los dostomos asociadas con el enlace covalente son menores (ms estables) comoconsecuencia de la interaccin de los electrones. En el enlace covalente, sepueden formar mltiples pares de electrones por un tomo consigo mismo o conotros tomos. En los enlaces covalentes puros los electrones de un tomocomparten los estados cunticos disponibles y son compartidos entre los ncleospara formar una configuracin de capa cerrada.Un segundo tipo de enlace atmico primario es el enlace covalente. Mientras elenlace inico involucra tomos muy electropositivos y electronegativos, el enlacecovalente se forma entre tomos con pequeas diferencias de electronegatividad yubicados muy prximos en la tabla peridica. En el enlace covalente los tomosgeneralmente comparten sus electrones externos s y p como otros tomos, demodo que cada tomo alcanza la configuracin de gas noble. En un enlacecovalente sencillo cada uno de los tomos contribuye con un electrn a laformacin del par de electrones de enlace, y las energas de los dos tomos

asociadas con el enlace covalente son menores (ms estables) comoconsecuencia de la interaccin de los electrones. En el enlace covalente, sepueden formar enlaces mltiples de pares de electrones por un tomo consigomismo o con otros tomos.Principales Caractersticas Fsicas:Conduccin Elctrica: No son conductores en estado lquido. Es debido a que, lamolcula que se forma es neutra.Comparten Electrones.Ductilidad: No se observa, ya que al aplicar un esfuerzo se produce solo fracturafrgil, principalmente debido a que un corrimiento de planos atmicosnecesariamente conduce a la destruccin el ordenamiento cristalino.Se caracterizan por tener una temperatura de fusin baja, ya que en este enlacelas molculas son independientes entre s, y, en consecuencia, sus atraccionesdesaparecen con el aumento de temperatura.No son maleables.De este tipo de enlace se obtienen los Polmeros.
http://www.monografias.com/trabajos901/interaccion-comunicacion-exploracion-teorica-conceptual/interaccion-comunicacion-exploracion-teorica-conceptual.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos901/interaccion-comunicacion-exploracion-teorica-conceptual/interaccion-comunicacion-exploracion-teorica-conceptual.shtml


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ENLACES METLICOSUn tercer tipo de enlace atmico es el enlace metlico, que se presenta en losmetales slidos. En metales en estado slido, los tomos se encuentranempaquetados relativamente muy juntos es una ordenacin sistemtica oestructura cristalina.El enlace metlico es consecuencia de la facilidad de disociacin de los metalesen iones positivos y electrones libres. Hay muchos estados cunticos disponiblesen los metales, todos los cuales no pueden ser ocupados por electrones cuandolos tomos se acercan unos a otros. Por consiguiente, los metales tienenenlazamiento no saturado y se componen de un gran nmero de tomos (unamacromolcula). Los electrones liberados se desplazan con facilidad de losorbtales de un tomo a los del otro y ya no esta confinados a un par de tomos;elementalmente, son como un fluido. Es por esto que, por lo comn, serepresenta a los metales como un gran agregado de centros inicos positivosinmersos en una nube o mar de electrones como en la figura 5. Esta es la

clsica y simple teora de los electrones libres de los metales, para distinguir losmetales de los no metales, explica las conductividades elctricas y trmicasextraordinariamente buenas de los metales, tambin explica la opacidad ptica yla reflectividad. La oscilacin de los electrones libre absorbe la energa de la luzincidente en todas las longitudes de onda, y por tanto, hace que el metal seaopaco. Por otra parte, los electrones oscilantes tambin emiten ondas luminosas(fotones) y confieren reflectividad al metal.En metales en estado slido, los tomos se encuentran empaquetadosrelativamente muy juntos en una ordenacin sistemtica o estructuracristalina. Por ejemplo la disposicin de los tomos de cobre en el cobre cristalinoconsiste que los tomos estn tan juntos que sus electrones externos de valenciason atrados por los ncleos de sus numerosos vecinos. En el caso del cobreslido cada tomo est rodeado por otros 12 tomos ms prximos. Loselectrones de valencia no estn por lo tanto asociados frreamente a un ncleo enparticular y as es posible que se extiendan entre los tomos en forma de unanube electrnicade carga de baja densidad o gas electrnico. Los tomos en unenlace metlico slido se mantienen juntos por enlace metlico para lograr unestado de ms baja energa (o ms estable). Para el enlace metlico no hayrestricciones sobre pares electrnicos como en el enlace covalente o sobre laneutralidad de carga como en el enlace inico. En el enlace metlico loselectrones de valencia ms externos de los tomos son compartidos por muchostomos circundantes y de este modo, en general, el enlace metlico no resultadireccional Fuerzas de van der Waals.Excepto en un gas muy dispersado las molculas ejercen atracciones yrepulsiones entre s. Estas proceden fundamentalmente de interacciones dipolo-dipolo. Las molculas no polares se atraen entre s mediante interacciones dbilesdipolo-dipolo llamadas fuerzas de London que surgen como consecuencia dedipolos inducidos en una molcula por otra. En este caso los electrones de unamolcula son dbilmente atrados hacia el ncleo de otra pero entonces los
http://www.monografias.com/trabajos12/elorigest/elorigest.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/atomo/atomo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/electro/electro.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/estat/estat.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/estat/estat.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/electro/electro.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/atomo/atomo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/elorigest/elorigest.shtml


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electrones de esta son repelidos por los electrones de la primera. El resultado esuna distribucindesigual de la densidad electrnica y, en consecuencia, un dipoloincluido. Las diferentes interacciones dipolo-dipolo (atractivas y repulsivas) sedenominan conjuntamente fuerzas de van der Waals. La distancia entre lasmolculas juega un importante papel en la intensidad de dichas fuerzas. Se llama

radio de van der Waals a la distancia a la que lafuerza atractiva es mxima.Cuando dos tomos se aproxima a distancias mas cortas que el radio de van derWaals, se desarrollan fuerzas repulsivas entre los ncleos y las capaselectrnicas. Cuando la distancia entre dos molculas es mayor al radio de vander Waals las fuerzas atractivas entre las molculas disminuyen.Principales Caractersticas Fsicas:Gran Movilidad de electrones.Conduccin Elctrica: al aplicar un voltaje a travs de un cristal, los electrones dela nube dbilmente enlazados, se movern con facilidad produciendo unacorriente.Ductilidad: Si observamos los tomos ordenados y empacados compactamentepor planos, es fcil imaginar lo que ocurrira al aplicar un esfuerzo cortante; unplano se deslizara sobre el otro, sin producir fractura, pues las mismas fuerzasinteratmicas operan despus del desplazamiento.Son altamente maleables.Conductividad Trmica: Las conductividades trmicas y elctricas son muyelevadas (esto se explica por la enorme movilidad de sus electrones de valencia).Los materiales metlicos vienen de este tipo de enlace.

QU SON LAS FUERZAS DE VAN DER WAALS?El enlace van der waals, conocido tambin como fuerzas intermoleculares ofuerzas de dispersin, se observa principalmente en los polmeros y en algunosmateriales de carcter no metlico (por ejemplo las arcillas). Se trata de enlacesdbiles de carcter electrosttico.En los enlaces inicos o covalentes, siempre existe algn desequilibrio en la cargaelctrica en la molcula. Este mismo fenmeno se observa en el polietileno dondese manifiesta en los tomos de C e H. el efecto es particularmente importante enmolculas complejas donde existen diferentes elementos.En los polmeros, se pueden distinguir dos tipos de materiales: termoplsticos ytermoestables. Los primeros esta constituidos por cadenas medianamente libres,pero unidas a travs de los enlaces de van der waals (funden y deforman), y lostermoestables que forman redes tridimensionales (rgidos y estables).El enlace van der Waals es una fuerza dbil de atraccin que puede existir entrelos tomos y las molculas. A este enlace se debe la condensacin de los gasesnobles y de las molculas con enlaces qumicamente para formar lquidos yslidos a temperaturas bajas. El mecanismo de enlazamiento secundario es algosemejante al inico, esto es, por atraccin de cargas opuestas. La diferencia clave
http://www.monografias.com/trabajos11/travent/travent.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/radio/radio.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/eleynewt/eleynewt.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/eleynewt/eleynewt.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/radio/radio.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/travent/travent.shtml


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es que no se transfieren electrones. La atraccin depende de las distribucionesasimtricas de carga positiva y negativa dentro de cada unidad atmica omolecular que se enlaza. Esta asimetra de carga se llama dipolo. El enlazamientosecundario puede ser de dos tipos, segn los dipolos sean:1.- Temporales2.- PermanentesAlgunas caractersticas Fsicas:Conduccin Elctrica: Escasa o nula, ya que prevalece el enlace original(covalente).Ductilidad: Si, en el caso de los termoplsticos, facilitado precisamente por lasfuerzas de van der waals.Tipo de enlace secundario. Es mucho mas dbil que los tres enlaces primariosprincipales (inico, covalente y metlico)


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3. ESTRUCTURA CRISTALINA.LA ESTRUCTURA DE LOS MATERIALESEl termino estructura significa una descripcin del arreglo atmico, vistos condistintos grados de detalle. Los cientficos y los ingenieros en materiales no solotienen que ver con el desarrollo de materiales, sino tambin con la sntesis y elprocesamiento de materiales con los procesos de fabricacin correspondientes ala produccin de los componentes. El termino sntesis indica la manera de fabricarlos materiales a partir de elementos naturales o hechos por el hombre. El terminoprocesamiento indica el modo en que se conforman los materiales encomponentes tiles y para causar cambios en las propiedades de distintosmateriales. Una de las funciones ms importantes de los cientficos e ingenierosen materiales es establecer las relaciones entre la propiedad y el funcionamientode un material. En la ciencia de los materiales se subrayan las relacionessubyacentes entre la sntesis y el procesamiento, la estructura y las propiedadesde los materiales.La estructura de los materiales se puede examinar en cinco niveles diferentes:Macroestructura.- entre las propiedades que la constituyen esta la porosidad,recubrimientos superficiales y las microgrietas internas o externas.Microestructura.- comprende propiedades de tamaos micro y otras propiedadesrelacionadas con los defectos de los materialesNanoestructuraEstructura atmica.- enlaces.ESTRUCTURA CRISTALINA

La primera clasificacin que se puede hacer de materiales en estado slido, es enfuncin de cmo es la disposicin de los tomos o iones que lo forman. Si estostomos o iones se colocan ordenadamente siguiendo un modelo que se repite enlas tres direcciones del espacio, se dice que el material es cristalino. Si los tomoso iones se disponen de un modo totalmente aleatorio, sin seguir ningn tipo desecuencia de ordenamiento, estaramos ante un material no cristalino amorfo.

Los materiales slidos se pueden clasificar de acuerdo a la regularidad con quelos tomos o iones estn ordenados uno con respecto al otro. Un materialcristalino es aquel en que los tomos se encuentran situados en un arreglo

repetitivo o peridico dentro de grandes distancias atmicas; tal como lasestructuras solidificadas, los tomos se posicionarn de una manera repetitivatridimensional en el cual cada tomo est enlazado al tomo vecino ms cercano.Todos los metales, muchos cermicos y algunos polmeros forman estructurascristalinas bajo condiciones normales de solidificacin.


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Celda Unitaria.- es el agrupamiento ms pequeo de tomos que conserva lageometra de la estructura cristalina, y que al apilarse en unidades repetitivasforma un cristal con dicha estructura.

Una celda unitaria se caracteriza por tres vectores que definen las tres direcciones

independientes del paraleleppedo. Esto se traduce en siete parmetros de red,que son los mdulos, a, b y c, de los tres vectores, y los ngulos , y queforman entre s. Estos tres vectores forman una base del espacio tridimensional,de tal manera que las coordenadas de cada uno de los puntos de la red se puedenobtener a partir de ellos por combinacin lineal con los coeficientes enteros.

La estructura cristalina de un slido depende del tipo de enlace atmico, deltamao de los tomos (o iones), y la carga elctrica de los iones en su caso).

Existen siete sistemas cristalinos los cuales se distinguen entre s por la longitudde sus aristas de la celda (llamados constantes o parmetros de la celda) y los

ngulos entre los bordes de sta. Estos sistemas son: cbico, tetragonal,ortorrmbico, rombodrica (o trigonal), hexagonal, monoclnico y triclnico.

Los slidos cristalinos estn constituidos por minsculos cristales individualescada uno con forma geomtrica y poseen la caracterstica de que al romperseproducen caras y planos definidos, al igual presentan puntos de fusin definidos.Como ejemplos podemos destacar: el NaCl, la sacarosa, metales y aleaciones, ytambin algunos cermicos.


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Los tomos o iones de un slido se ordenan en una disposicin que se repite entres dimensiones, forman un slido del que se dice tiene una estructura cristalina,se dice tambin que es un slido cristalino o un material cristalino.

El tamao y la forma de la celda unidad pueden describirse por tres vectoresreticulares a, b, c y por ngulos entre las caras y la longitud relativa de las aristas,denominados parmetros de red, constantes de red o ejes cristalogrficos.a, b, c : longitud de las aristas correspondientes a los ejes coordenados X, Y,Z.a , b , g : ngulos entre las aristas.


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La importancia en la ingeniera de la estructura fsica de los materiales slidosdepende primordialmente de la disposicin de los tomos, iones o molculas queconstituyen el slido y de las fuerzas de enlace entre ellos.Asignando valores especficos para las longitudes axiales y los ngulosintereaxiales, se pueden construir diferentes tipos de celda unidad. Loscristalgrafos han mostrado que son necesarias slo siete tipos de diferentes decelda unidad para crear todas las redes puntuales, estos sistemas cristalinos son:el Cbico, el Tetragonal, el Ortorrmbico, el Rombodrico, el Hexagonal, elMonoclnico y el Triclnico. La mayor parte de los sistemas cristalinos presentanvariaciones de la celda unidad bsica. A.J. Bravais mostr que 14 celdas unidadestndar podan describir todas las estructuras reticulares posibles. Hay cuatrotipos bsicos de celdas unidad (1) Sencilla, (2) Centrada en el Cuerpo, (3)Centrada en las Caras, y (4) Centrada en la Base.En el Sistema Cbico hay tres tipos de celda unidad: cbica sencilla, cbicacentrada en el cuerpo y cbica centrada en las caras. En el Sistema Ortorrmbico

hay estn representados los cuatro tipos. En el Sistema Tetragonal hay solo dos:sencilla y centrada en el cuerpo. La celda unidad tetragonal centrada en las carasparece que falta, pero se puede formar a partir de cuatro celdas unidadtetragonales centradas en el cuerpo. El Sistema Monoclnico tiene celdas unidadsencilla y centrada en la base, y los Sistemas Rombodrico, Hexagonal y Triclnicotienen slo una celda unidad.

PRINCIPALES ESTRUCTURAS CRISTALINAS METLICASLa mayora de los metales elementales (90%) cristalizan en tres estructurascristalinas densamente empaquetadas: cbica centrada en las caras FCC,hexagonal compacta HCP y cbica centrada en el cuerpo BCC debido a que selibera energa a medida que los tomos se aproximan y se enlazan cada vez msestrechamente entre s. Por lo tanto dichas estructuras densamenteempaquetadas se encuentran en disposiciones u ordenamientos de energa cadavez ms baja y estaRedes cristalogrficas existentesSistemas cristalogrficosLos cristalgrafos han demostrado que son necesarias solo siete tipos diferentesde celda unidad para crear todas lasredes puntuales. La mayor parte de estossiete sistemas cristalinos presentan variaciones de la celda unida bsica. A. J.Bravais mostr que catorce celdas unidad estndar podan describir todas lasestructuras reticulares posibles .Hay cuatro tipos de celdas unidad: Sencilla Centrada en el cuerpo Centrada en las caras Centrada en la base
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En el sistema cbico hay tres tipos de celdas unidad: cbica sencilla, cbicacentrada en el cuerpo y cbica centrada en las caras. En el sistema ortorrmbicoestn representados los cuatro tipos. En el sistema tetragonal hay solo dos:sencilla y centrada en el cuerpo. En el sistema monoclnico tiene celdas unidadsencilla y centrada en la base, y los sistemas romboedrco hexagonal y triclnico,

tienen solo una celda unidad.Un slido cristalino se construye a partir de la repeticin en el espacio de unaestructura elemental paralelepipdica denominadacelda unitaria . En funcin delos parmetros de red , es decir, de las longitudes de los lados, o ejes, delparaleleppedo elemental y de los ngulos que forman, se distinguen 7 sistemascristalinos:

Estructuras cristalogrficasLa mayora de los metales elementales alrededor del 90 % cristalizan en tresestructuras cristalinas densamente empaquetadas:cbica centrada en el cuerpo(BCC), cbica centrada en las caras (FCC) y hexagonal compacta (HCP). Laestructura HCP es una modificacin ms densa de la estructura cristalinahexagonal sencilla. La mayor parte de los metales cristalizadas en esasestructuras densamente empaquetadas debido a que se libera energa a medidaque los tomos se aproximan y se enlazan cada vez ms estrechamente entre s.De este modo, dichas estructuras densamente empaquetadas se encuentran esdisposiciones u ordenamientos de energa cada vez ms baja y estableExaminemos ahora detalladamente la disposicin de los tomos en las celdasunidad de las tres principales estructuras cristalinas. Aunque solo sea unaaproximacin consideremos a los tomos de estas estructuras como esferasrgidas. La distancia entre los tomos en las estructuras cristalinas puede serdeterminado experimentalmente poranlisis de rayos X.Por ejemplo, la distanciainteratmica entre dos tomos de aluminio en un fragmento de aluminio puro a 200 C es 0.2862 nm.Se considera que el radio del aluminio en el aluminio metal es la mitad de ladistancia interatmica, o 0.143 nm.

ESTRUCTURAS CRISTALINASEstructura cristalina. Microestructura y textura. El estudio de la estructuracristalina consiste en saber describir las posiciones de los tomos en la redordenada del material bajo estudio.
http://www.monografias.com/trabajos11/teosis/teosis.shtmlhttp://es.wikipedia.org/wiki/S%C3%B3lidohttp://es.wikipedia.org/wiki/S%C3%B3lidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Cristalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Cristalhttp://www.monografias.com/trabajos11/metods/metods.shtml#ANALIThttp://www.monografias.com/trabajos11/gamma/gamma.shtmlhttp://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Celda_unitaria.pnghttp://www.monografias.com/trabajos11/gamma/gamma.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/metods/metods.shtml#ANALIThttp://es.wikipedia.org/wiki/Cristalhttp://es.wikipedia.org/wiki/S%C3%B3lidohttp://www.monografias.com/trabajos11/teosis/teosis.shtml


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Todos los materiales estn integrados por tomos los que se organizan dediferentes maneras, dependiendo del material que se trate y el estado en el quese encuentra. Cuando un material se encuentra en forma de gas, sus tomosestn ms dispersos o desordenados (a una mayor distancia uno de otro) en

comparacin con los tomos de ese mismo material pero en estado lquido oslido. Existen materiales en los que sus tomos siempre estn en desorden odesaliniados an en su estado slido, a estos materiales se les llama materialesamorfos, un ejemplo es el vidrio, al que se considera como un lquido solidificado.En el caso de los metales, cuando estos estn en su estado slido, sus tomos sealinean de manera regular en forma de mallas tridimensionales. Estas mallaspueden ser identificadas fcilmente por sus propiedades qumicas, fsicas o pormedio de los rayos X. Cuando un material cambia de tipo de malla al modificar sutemperatura, se dice que es un material polimorfo o alotrpico.Cada tipo de malla en los metales da diferentes propiedades, no obstante que setrata del mismo material, as por ejemplo en el caso del hierro aleado con el

carbono, se pueden encontrar tres diferentes tipos de mallas: la malla cbica decuerpo centrado, la malla cbica de cara centrada y la malla hexagonal compacta.Cada una de estas estructuras atmicas tiene diferentes nmeros de tomos,como se puede ver en las siguientes figuras.

Malla cbica decuerpo centrado

Malla cbica decara centrada

Malla hexagonalcompacta

La malla cbica de cuerpo de cuerpo centrado. Es la estructura que tiene el hierroa temperatura ambiente, se conoce como hierro alfa. Tiene tomos en cada unode los vrtices del cubo que integra a su estructura y un tomo en el centro.Tambin se encuentran con esta estructura el cromo, el molibdeno y el tungsteno.La malla cbica de cara centrada aparece en el hierro cuando su temperatura seeleva a aproximadamente a 910C, se conoce como hierro gamma. Tiene tomosen los vrtices y en cada una de sus caras, su cambio es notado adems de porlos rayos X por la modificacin de sus propiedades elctricas, por la absorcin decalor y por las distancias intermoleculares. A temperatura elevada el aluminio, laplata, el cobre, el oro, el nquel, el plomo y el platino son algunos de los metalesque tienen esta estructura de malla.


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La malla hexagonal compacta se encuentra en metales como el berilio, cadmio,magnesio, y titanio. Es una estructura que no permite la maleabilidad y laductilidad, es frgil.Modificar a una malla de un metal permite la participacin de ms tomos en unasola molcula, estos tomos pueden ser de un material aleado como el carbn en

el caso del hierro, lo que implica que se puede diluir ms carbn en un tomo dehierro. Si se tiene en cuenta que el carbn es el que, en ciertas proporciones, dala dureza al hierro, entonces lo que se hace al cambiar la estructura del hierro espermitir que se diluya ms carbn, con lo que se modifican sus propiedades.Otra de las caractersticas de los metales que influye notablemente en suspropiedades es el tamao de grano, el cual depende de la velocidad deenfriamiento en la solidificacin del metal, la extensin y la naturaleza delcalentamiento que sufri el metal al ser calentado.

Grano de las estructuras metlicas Cuando un metal en su estado lquido se enfra sus cristales se van solidificando

formando estructuras dendrticas, las que crecen uniformes hasta que seencuentran con otra estructura que tambin ha estado creciendo, en ese lugar deencuentro de las dos estructuras se forman los lmites de los granos de losmateriales. Entre ms lento el enfriamiento de un material, mayor uniformidad enel crecimiento de los granos, o sea estos sern de menor tamao.Un material con granos pequeos ser ms duro que un con granos grandes,debido a que los granos grandes tienden a fracturarse y deslizarse uno sobre elotro, lo que no sucede con los granos pequeos.La mejor forma de determinar el tamao de grano de un material es por medio demicroscopio metalrgico, el que acta por medio de un rayo de luz que se lanzasobre una superficie pulida al espejo y limpiada con una mezcla de 3% de cido

ntrico y 97% de alcohol, para eliminar lo que se conoce como metal untado.Microscopio para la medicin de grano en un metal

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La mayora de los metales elementales alrededor del 90 % cristalizan en tresestructuras cristalinas densamente empaquetadas: cbica centrada en el cuerpo(BCC), cbica centrada en las caras (FCC) y hexagonal compacta (HCP). Laestructura HCP es una modificacin ms densa de la estructura cristalina

hexagonal sencilla.La mayor parte de los metales estn cristalizadas en esas estructuras densamenteempaquetadas debido a que se libera energa a medida que los tomos seaproximan y se enlazan cada vez ms estrechamente entre s. De este modo,dichas estructuras densamente empaquetadas se encuentran es disposiciones uordenamientos de energa cada vez ms baja y estable.La primera clasificacin que se puede hacer de materiales en estado slido, es enfuncinde cmo es la disposicin de los tomos o iones que lo forman. Si estostomos o iones se colocan ordenadamente siguiendo unmodeloque se repite enlas tres direcciones del espacio, se dice que el material es cristalino. Si los tomos

o iones se disponen de un modo totalmente aleatorio, sin seguir ningn tipo desecuencia de ordenamiento, estaramos ante un material no cristalino amorfo..En el caso de los materiales cristalinos, existe un ordenamiento atmico (o inico)de largo alcance que puede ser estudiado con mayor o menor dificultad.
http://www.monografias.com/trabajos7/mafu/mafu.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/adolmodin/adolmodin.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/adolmodin/adolmodin.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/mafu/mafu.shtml


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4. NDICES DE MILLER-BRAVAISA veces es necesario referirnos a planos reticulares especficos de tomos dentrode una estructura cristalina o puede ser interesante conocer la orientacincristalogrfica de un plano ogrupode planos en una red cristalina. Para identificar

planos cristalinos es estructuras cristalinas cbicas se usa la notacin de Miller,.Los ndices de Miller de un plano cristalino estn definidos como los recprocos delas intersecciones , que el plano determina con los ejes x , y , z de los tres ladosno paralelos del cubo unitario .Las aristas de una celda cbica unitaria presentanlongitudes unitarias y las intersecciones de los planos de unared se miden enbase a estas longitudes unitarias .Elprocedimientode determinacin de losndices de Miller para un plano de un cristal cbico es el siguiente: Escoger un plano que no pase por el origen en (0,0,0) Determinar las interacciones del plano en base a los ejes x,y,z cristalogrficos

para un cubo unitario , estas interacciones pueden ser fraccionarias Construir los recprocos de estas intersecciones

Despejar fracciones y determinar el conjunto ms pequeo de nmeros esterosque estn en la misma razn que las intersecciones. Esos nmeros enteros sonlos ndices de Miller de un plano cristalogrfico y se encierran entre parntesis sinusar comas. La notacin (hkl) se usa para indicar ndices de Miller en sentidogeneral, donde h ,k, y l son los ndices de Miller para un plano de un cristal cbicode ejes x,y,z respectivamente.Para poder identificar unvocamente un sistema de planos cristalogrficos se lesasigna un juego de tres nmeros que reciben el nombre de ndices de Miller. Losndices de un sistema de planos se indican genricamente con las letras (h k l)

Los ndices de Miller son nmeros enteros, que pueden ser negativos o positivos,y son primos entre s. El signo negativo de un ndice de Miller debe ser colocadosobre dicho nmero.Obtencin de los ndices de MillerSe determinan las intersecciones del plano con los ejes cristalogrficos. Parapoder determinarlas se utiliza como unidad de medida la magnitud del parmetrode red sobre cada eje.Se consiguen los recprocos de las intersecciones.Se determinan los enteros primos entre s que cumplan con las mismas

relaciones.
http://www.monografias.com/trabajos14/dinamica-grupos/dinamica-grupos.shtmlhttp://www.monografias.com/Computacion/Redes/http://www.monografias.com/Computacion/Redes/http://www.monografias.com/trabajos13/mapro/mapro.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/mapro/mapro.shtmlhttp://www.monografias.com/Computacion/Redes/http://www.monografias.com/Computacion/Redes/http://www.monografias.com/trabajos14/dinamica-grupos/dinamica-grupos.shtml


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5. PLANOS Y DIRECCIONES CRISTALOGRFICAS.Es interesante la forma de designar direcciones o planos dentro de un cristal,porque muchas de las propiedades de los materiales cristalinos dependen delplano o direccin que se considere. Por ello, resulta especialmente importante

encontrar una forma cmoda y rpida de identificar las direcciones y planoscristalogrficos. La notacin empleada se denomina notacin de ndices de Miller.Entendemos por planos y direcciones cristalogrficos a planos y direcciones quecontienen tomos de un cristal dado. Consideramos que un tomo pertenece a unplano (direccin) cuando el centro de ese tomo est en dicho plano (direccin).

Planos cristalinos

Direccin en la celdaA menudo, es necesario referirnos a posiciones especficas en las redes

cristalinas. Esto es especialmente importante para metales yaleaciones conpropiedades que varan con la orientacin cristalogrfica. Para cristales cbicoslos ndices de las direcciones cristalogrficas son los componentes vectoriales delas direcciones resueltos a lo largo de cada eje coordenado y reducido a losenteros ms pequeos.Para indicar en un diagrama la direccin en una celda cbica unitaria dibujamosun vector de direccin desde el origen (que es normalmente una esquina de lacelda cbica) hasta que sale la superficie del cubo .Las coordenadas de posicinde la celda unidad donde el vector de posicin sale de la superficie del cubodespus de ser convertidas a enteros son los ndices de direccin. Los ndices dedireccin se encierran entre corchetes sin separacin por comas.Planos en una celda unitariaLas superficies cristalinas en celdillas unidad HCP pueden ser identificadascomnmente utilizando cuatro ndices en lugar de tres. Los ndices para los planoscristalinos HCP, llamados ndices Miller-Bravais, son designados por las letras h,k, i, l y encerrados entre parntesis (hkil). Estos ndices hexagonales de 4 ndicesestn basados en un sistema coordenado de 4 ejes.Existen 3 ejes bsicos, a1, a2, a3, que forman 1200 entre s. El cuarto eje o eje ces el eje vertical y est localizado en el centro de la celdilla unidad. La unidad a demedida a lo largo de los ejes a1 a2 a3 es la distancia entre los tomos a lo largode estos ejes. La unidad de medida a lo largo del eje es la altura de la celdillaunidad. Los recprocos de las intersecciones que un plano cristalino determina conlos ejes, a1, a2, a3 proporciona los ndices h, k e i mientras el recproco de lainterseccin con el eje c da el ndice l.
http://www.monografias.com/trabajos15/direccion/direccion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/biocorrosion/biocorrosion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/biocorrosion/biocorrosion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/direccion/direccion.shtml


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6. MICROESTRUCTURA Y TEXTURA.La estructura cristalina es fundamental para entender las propiedades fsicas yqumicas de los compuestos. De la misma forma conocer la microestructura ytextura de los materiales es muy importante para comprender sus prestaciones. Lamicroestructura de un material es el conjunto de propiedades que se derivan de lacristalizacin real del material e incluye el conocimiento de sus imperfecciones(defectos puntuales, lineales, planos y 3D).

6.1 TEORA DE LA SOLIDIFICACIN.La solidificacin es un proceso fsico que consiste en el cambio de estado de lamateria de lquido a slido producido por una disminucin en la temperatura. Es elproceso inverso a la fusin. Ejemplo de esto es cuando metes al congelador aguacomo la temperatura es muy baja esto hace que se haga hielo, o en pocaspalabras en solido.

En general, los compuestos disminuyen de volumen al solidificarse, aunque nosucede en todos los casos; en el caso del agua aumenta.En general, los productos metlicos se originan en una primera etapa en estadolquido, luego del cual se pasa al estado slido mediante moldes o por coladacontinua. El proceso de solidificacin es determinante para la calidad del productofinal, porque si el material queda defectuoso en esta etapa, ser muy difcilefectuar las correcciones en el procesamiento posterior. Si el metal no seencuentra bien lquido, ser difcil solidificarlo, ahora, si el metal esta bien "licuado"transformarlo en el metal que nosotros conocemos (slido), va a ser mucho msfcil. El metal no siempre es perfecto como lo vemos, osea, no siempre es liso,duro, por lo general gris, etc., cuando esta en estado lquido es negro y comoacabo de decir es lquido, por lo tanto el proceso lleva mucho tiempo.

La solidificacin de metales y aleaciones es un importante proceso industrial yaque la mayora de los metales se funden para moldearlos hasta una formaacabada o semiacabada. En general, la solidificacin de un metal o aleacinpuede dividirse en las siguientes etapas:

1. Formacin de ncleos estables en el fundido (nucleacin).

2. Crecimiento del ncleo hasta dar origen a cristales.


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3. La formacin de granos y estructura granular.

El aspecto que cada grano adquiere despus de la solidificacin del metaldepende de varios factores, de entre los que son importantes los gradientestrmicos. Los granos denominados equiaxiales, son aquellos en que su

crecimiento ha sido igual en todas las direcciones.Los dos mecanismos principales por los que acontece la nucleacin de partculasslidas en un metal liquido son: nucleacin homognea y nucleacin heterognea.

Nucleacin homognea: se considera en primer lugar la nucleacin homogneaporque es el caso ms simple de nucleacin. Esta se da en el lquido fundidocuando el metal proporciona por s mismo los tomos para formar los ncleos.

Nucleacin heterognea: en este caso la nucleacin sucede en un lquido sobre lasuperficie del recipiente que lo contiene, impurezas insolubles, u otros materiales

estructurales.


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6.2 TAMAO DE GRANO (ESTRUCTURACARACTERSTICA DE LINGOTES).

El tamao de grano tiene un notable efecto en las propiedades mecnicas delmetal. Los efectos del crecimiento de grano provocados por el tratamiento trmico

son fcilmente predecibles. La temperatura, los elementos aleantes y el tiempo deimpregnacin trmica afectan el tamao del grano.

En metales, por lo general, es preferible un tamao de grano pequeo que unogrande. Los metales de grano pequeo tienen mayor resistencia a la traccin,mayor dureza y se distorsionan menos durante el temple, as como tambin sonmenos susceptibles al agrietamiento. El grano fino es mejor para herramientas ydados. Sin embargo, en los aceros el grano grueso incrementa la endurecibilidad,la cual es deseable a menudo para la carburizacin y tambin para el acero quese someter a largos procesos de trabajo en fro.

Todos los metales experimentan crecimiento de grano a altas temperaturas. Sinembargo, existen algunos aceros que pueden alcanzar temperaturas relativamentealtas (alrededor de 1800 F o 982 C) con muy poco crecimiento de grano, peroconforme aumenta la temperatura, existe un rpido crecimiento de grano. Estosaceros se conocen como aceros de grano fino. En un mismo acero puedeproducirse una gama amplia de tamaos de grano.


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CLASIFICACIN DE LOS TAMAOS DE GRANO.

Existen diversos mtodos para determinar el tamao de grano, como se ven en unmicroscopio. El mtodo que se explica aqu es el que utiliza con frecuencia losfabricantes. El tamao de grano se determina por medio de la cuenta de los

granos en cada pulgada cuadrada bajo un aumento de 100X. La figura A es unacarta que representa el tamao real de los granos tal como aparece cuando seaumenta su tamao 100X. El tamao de grano especificado es por lo general, eltamao de grano austentico. Un acero que se temple apropiadamente debeexhibir un grano fino.

EXAMEN MICROSCPICO DE LOS METALES

Los detalles de la estructura de los metales no son fcilmente visibles, pero lasestructuras de grano de los metales pueden verse con un microscopio. Lascaractersticas del metal, el tamao de grano y el contenido de carbono puedendeterminarse estudiando la micrografa.

El porcentaje aproximado de carbn puede estimarse por medio de porcentaje deperlita (zonas oscuras) en los aceros al carbono recocidos. Para este propsito, seutilizan un microscopio metalrgico y tcnicas asociadas de foto microscopia. Elmicroscopio metalrgico de luz reflejada es similar a aquellos utilizados para otrospropsitos, excepto que contiene un sistema de iluminacin dentro del sistema delentes para proveer iluminacin vertical.

Algunos microscopios tambin tienen un retculo y una escala micromtrica paramedir la imagen aumentada. Otro retculo que se utiliza contiene los diferentestamaos de grano a aumentos de 100X y se utiliza para comparar o medir eltamao de grano relativo. Los filtros y polarizadores se utilizan en la iluminacin oel sistema ptico para reducir el brillo y mejorar la definicin de las estructuras degrano. En poder de aumento del microscopio puede determinarse si se multiplicael poder de la lente objetivo por el del ocular. Por tanto, un lente objetivo de 40Xcon un ocular de 12.5X agrandara la imagen hasta 500X (500 dimetros).


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Los microscopios de platina invertida ofrecen un diseo ms moderno. En esteinstrumento la muestra se coloca boca abajo en la platina. Se utiliza unmicroscopio de platina invertida, junto con una cmara de video y un monitor deTV de circuito cerrado. El poder 400 del microscopio, pero se pierde algo deresolucin. La mayor ventaja de este arreglo se obtiene en la visualizacin de

grupo. Los instrumentos de metalografa tambin permiten un observacin engrupo del aumento metalrgico. La imagen se proyecta sobre una pantalla de brillomate. En los grandes laboratorios metalrgicos se utilizan modelos de grantamao. Muchos instrumentos metalogrficos tienen la capacidad de producirmicrofotografas de color instantneas o estndar. Para obtener fotografas existenadaptadores para la mayora de los microscopios. Los acaparadores de mangasencilla pueden utilizarse con una cmara SLR de 35mm para la toma de fotomicrografas. Con este arreglo simple, el obturador se abre y se permite la entradade la luz durante pocos segundos (6 a 8 segundos con una pelcula Panatomic-Xde 32 ASA). El enfoque se realiza sobre le vidrio mate de la cmara.

Preparacin de la muestra .La muestra debe seleccionarse de la zona de la pieza que necesita eximirse y enla orientacin apropiada. Es decir, si el flujo de grano o la distorsin es importante,puede ser que una seccin transversal de la parte no muestre granos alargados;nicamente una tajada paralela a la direccin de laminado revelaraadecuadamente los granos alargados debido al laminado. Algunas veces serequiere ms de una muestra. Usualmente, una soldadura se examina por mediode una seccin transversal.Los materiales blandos pueden seccionarse por aserrado, pero los materiales msduros deben cortarse con un disco agresivo. Las sierras de corte metalrgico con

hojas abrasivas y flujo de refrigerante son las herramientas que se usan para estepropsito. La muestra no debe sobrecalentarse, no importa si es dura o blanda.Las estructuras de grano pueden alterarse con una alta temperatura de corte.

La muestras pequeos o de forma incomoda deben montarse de alguita manerapara facilitar el pulido intermedio y final. Alambres, varillas pequeos muestras dehoja metlica, secciones delgadas, etc. Deben montarse en un material adecuadoo sujetarse rgidamente en una monta mecnica.

Pulido de la muestra.

Los granos y otras caractersticas de los metales no pueden verse al menos que lamuestra se desbaste y se pula para eliminar las ralladuras. Se utilizan diferentesmtodos de pulido tales como el electroltico, el rotatorio o el de vibracin.

El procedimiento ms comn consiste en desbastar primero la superficie de lamuestra en una lijadora de la banda y luego a mano con papel abrasivo de variosgrados, desde el nmero de partcula de 240 hasta de 600.


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-Pulido intermedio.

La muestra se pule sobre una serie de hojas de esmeril o lija con abrasivos msfinos, sucesivamente.

El primer papel es generalmente no. 1, luego 1/0, 2/0, 3/0 y finalmente 4/0. Por logeneral, las operaciones de pulido intermedio con lijas de esmeril se hacen enseco; sin embargo, en ciertos casos, como el de preparacin de materialessuaves, se puede usar un abrasivo de carburo de silicio. Comparado con el papelesmeril, el carburo de silicio tiene mayor rapidez de remocin y, como su acabadoes a base de resina, se puede utilizar con un lubricante, el cual impide elsobrecalentamiento de la muestra, minimiza el dao cuando los metales sonblandos y tambin proporciona una accin de enjuague para limpiar los productosremovidos de la superficie de la muestra, de modo que le papel no se ensucie.-Pulido fino

El tiempo utilizado y el xito del pulido fino dependen en mucho del cuidadopuesto durante los pasos de pulido previo. La ltima aproximacin a una superficieplana libre de ralladuras se obtiene mediante una rueda giratoria hmeda cubiertacon un pao especial cargado con partculas abrasivas cuidadosamenteseleccionadas en su tamao. Existe gran posibilidad de abrasivos para efectuar elltimo pulido. En tanto que muchos harn un trabajo satisfactorio parece haberpreferencia por la forma gama del xido de aluminio para pulir materiales ferrososy de los basados en cobre, y xido de serio para pulir aluminio, magnesio y susaleaciones. Otros abrasivos para pulido final que se emplean a menudo son lapasta de diamante, xido de cromo y xido de magnesio.

La seleccin de un pao para pulir depende del material que vaya a pulirse y elpropsito del estudio metalogrfico. Se pueden encontrar paos de lanilla o pelillovariable, desde aquellos que no tienen pelillo (como la seda) hasta aquellos depelillo intermedio (como pao de ancho, pao de billar y lonilla) adems deaquellos de pelillo profundo (como el terciopelo). Tambin se pueden encontrarpaos sintticos para pulir con fines de pulido general, de los cuales el gamal y elmicro pao son los que se utilizan ms ampliamente. Una muestra pulida en formade cuadro mostrar nicamente las inclusiones no metlicas; adems, estar librede ralladuras.

La metalografa es la disciplina que estudia microscpicamente las caractersticas

estructurales de un metal o de una aleacin. Es posible determinar el tamao degrano su forma y distribucin de varias fases tienen gran efecto sobre laspropiedades mecnicas del metal.El grano se divide en 2 partes, lo que es grano y el borde de grano que es laseparacin que hay entre grano y grano, se forma cuando dos granos o cristalesse forman a partir de un ncleo diferente y estas se encuentran y ah se forma ladivisin entre estos dos.


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El tamao de grano tiene un gran efecto en las propiedades mecnicas del metal,los efectos del crecimiento de grano provocados por el tratamiento trmico sonfcilmente predecibles, la temperatura y con que se haga una aleacin con elmetal as como su tratamiento trmico son los que dan el tamao del grano.En metales es preferible un tamao de grano pequeo que uno grande los

metales de grano pequeo tienen mayor resistencia a la traccin, mayor dureza yse distorsionan menos durante el temple, as como tambin son menossusceptibles al agrietamiento. El grano fino es mejor para herramientas comollaves.Todos los metales experimentan crecimiento de grano a altas temperaturas perotambin existen algunos aceros que pueden alcanzar temperaturas relativamentealtas con muy poco crecimiento de grano, pero conforme va aumentando latemperatura hay un rpido crecimiento de grano y a estos aceros se conocencomo aceros de grano fino por eso en un mismo acero puede producirse unagama amplia de tamaos de grano.

7 IMPERFECCIONES CRISTALINAS.La Teora Cristalina se basa en tres importantes postulados, son estos:- Postulado Reticular; el cristal es un medio peridico infinito definido por una delas catorce redes de Bravais.- Postulado estructural; el cristal posee una estructura atmica y la simetra deesta corresponde a uno de los 230 grupos espaciales (32 clases de simetrapuntual + 14 redes de Bravais)- Postulado energtico; los tomos en la estructura cristalina ocupan posiciones deequilibrio para los cuales la energa es mnima.Por todo esto, la teora cristalina nos proporciona una idea del cristal donde elorden, existe, manda, en todo momento. Pero la realidad es muy distinta, el cristalreal no es un ente atmico perfecto, sino que esta lleno de defectos. Por ejemplo,un cristal de Fluorita se origina por la aposicin de miles de millones de tomos, yen este proceso es muy posible que se generen errores en su estructura. Estoserrores son los que hacen que cada especimen mineral sea nico e irrepetible.Estas imperfecciones son una caracterstica esencial del cristal. Pero solo puedeexistir un nmero finito de imperfecciones en el cristal ya que de lo contrariodejara de ser un slido cristalino.

Tipos de imperfecciones en los cristales:

- Relativas a su extensin:La primera imperfeccin del cristal es su propia limitacin, la teora cristalinaconsidera que la materia cristalina es un medio peridico infinitamente extendidoen las tres direcciones del espacio. Pero un cristal real esta limitado en el espaciopor caras, por otros cristales adyacentes, o por otros materiales. Por ejemplo uncristal de fluorita puede crecer en una grieta de roca caliza, la estructura de lafluorita se ve limitada en ese caso por la caliza.


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En las caras de los cristales existe un estado de no saturacin, por ello tienetendencia a absorber partculas creando por ejemplo epitaxias o pelculasorientadas. (Definicin de epitaxia: es el crecimiento de cristales de un mineral enuna cara cristalina de otro mineral (puede darse entre minerales iguales,homoepitaxia), de forma que el sustrato cristalino de ambos minerales tiene lamisma orientacin estructural.

- Relativas a su composicin:

Los minerales no suelen ser sustancias puras, un mineral puro es algoexcepcional. La mayora presenta una variacin en su composicin qumica.


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Es determinante en la estructura del cristal el tamao de las partculas que laforman, la coordinacin de estas dependen de reglas geomtricas fijas.

Sustitucin: tomos de igual o parecido tamao pueden jugar un papel idntico enla estructura, la geometria no se altera pero la periodicidad si. Existen minerales

en la naturaleza con mayor capacidad para aceptar en su estructura otroselementos que no son los que teoricamente tiene su composicin bsica. Porejemplo, un mineral muy comn, la calcita (Co3Ca), si su composicin es pura, esincolora, pero suele tener colores muy diferentes debido a que su composicinbsica puede variar, dependendiendo de las condiciones en la que crezca, sialrededor existe manganeso, atomos de este elemento se introducen en laestructura de la calcita, sustituyendo atomos de Calcio. En ciertos casos, losnuevos tomos que entran sustituyendo a otros tienen valencia distinta y como elcristal debe de permanecer neutro, la solucin es no ocupar todas las posicionesatmicas ocupadas por el in o atomos de carga menor, esto es lo que se llamalugares vacantes.

Si el tomo que se incorpora a la estructura es muy pequeo puede situarse, sinalterarla profundamente, en los espacios interatmicos existentes, llamadoslugares intersticiales.

Las impurezas del medio pueden ser englobadas por el cristal que crece, a estasimpurezas se las llama inclusiones. Por ejemplo, no es raro que el cuarzo tengacristales de otro mineral dentro de l. Un caso muy vistoso son los cristales de

cuarzo en la mina Panasqueira en Portugal, donde los cuarzos pueden contenercristales de apatito, arsenopirita, ferberita, turmalina, etc.


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- Relativas a su integridad estructural:

El cristal ideal requiere una continuidad perfecta de la red cristalina. La integridadestructural del cristal sufre cuando se rompe esta continuidad de la red. Lasimperfecciones ms importantes que afectan a la continuidad de una red son lasdislocaciones. Las imperfecciones que tiene un cristal real hacen aumentar suenerga, pero este tiende a configurarse de la forma ms estable posible, es decircon las mnimas imperfecciones. El cristal ideal tiene una estructura cuya energaes mnima. Como la eliminacin total de imperfecciones es imposible las concentraen regiones de su estructura y adyacentemente a estas regiones mal formadasestan otras bien formadas. Esta es una idea a la que se lleg gracias a laaplicacin de los rayos-X al estudio de los cristales.

- Relativas a su dinmica:

El cristal es un medio dinmico y su entorno, la naturaleza, tambin lo es, y comotal puede sufrir procesos de corrosin, meteorizacin, cambios de fase(polimorfismo).

El polimorfismo es una caracterstica de algunas sustancias o elementos qumicospara cristalizar en ms de un tipo de estructura. Las diferentes estructuras quepuede crear una misma sustancia o elemento se llaman formas polimorfas opolimorfos. Por ejemplo el elemento C puede dar, segn las condicionesexistentes, dos minerales el grafito y el diamante. La sustancia SiO2 puede darcuarzo bajo, cuarzo alto, tridimita alta, cristobalita alta, coesita y estisovita. Y todastienen un grupo espacial distinto. Son minerales diferentes pero tienen la mismafrmula qumica.


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7.1 DEFECTOS PUNTUALES E INTERSTICIALES.

Se pueden clasificar en defectos puntuales, defectos lineales, maclas y defectos3D. Los defectos puntuales se dan en la estructura cuando falta o se desplaza, desu lugar en la red, el tomo en cuestin.

7.2 DEFECTOS LINEALES.


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8 TEORA DE LA FRACTURA.Es la separacin de un slido bajo tensin en dos o ms piezas. En general, lafractura metlica puede clasificarse en dctil y frgil. La fractura dctil ocurredespus de una intensa deformacin plstica y se caracteriza por una lentapropagacin de la grieta. La fractura frgil se produce a lo largo de planoscristalogrficos llamados planos de fractura y tiene una rpida propagacin de lagrieta.

Mecanismos de fractura

Fractura trasngranular

Las grietas propagan cortando los granos.

FRACTURA DCTIL

Esta fractura ocurre bajo una intensa deformacin plstica.


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La fractura dctil comienza con la formacin de un cuello y la formacin decavidades dentro de la zona de estrangulamiento. Luego las cavidades sefusionan en una grieta en el centro de la muestra y se propaga hacia la superficieen direccin perpendicular a la tensin aplicada. Cuando se acerca a la superficie,la grieta cambia su direccin a 45 con respecto al eje de tensin y resulta una

fractura de cono y embudo.

FRACTURA FRGIL

La fractura frgil tiene lugar sin una apreciable deformacin y debido a una rpidapropagacin de una grieta. Normalmente ocurre a lo largo de planoscristalogrficos especficos denominados planos de fractura que sonperpendiculares a la tensin aplicada.

La mayora de las fracturas frgiles son transgranulares o sea que se propagan atravs de los granos. Pero si los lmites de grano constituyen una zona dedebilidad, es posible que la fractura se propague intergranularmente. Las bajastemperaturas y las altas deformaciones favorecen la fractura frgil.


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Superficies dejadas por diferentes tipos de fractura. a) Fractura dctil, b) Fracturamoderadamente dctil, c) Fractura frgil sin deformacin plstica

TENACIDAD Y PRUEBAS DE IMPACTO

La tenacidad es una medida de la cantidad de energa que un material puedeabsorber antes de fracturar. Evala la habilidad de un material de soportar unimpacto sin fracturarse.

Esta propiedad se valora mediante una prueba sencilla en una mquina deensayos de impacto. Hay dos mtodos diferentes para evaluar esta propiedad. Sedenominan ensayos de Charpy y ensayo de Izod. La diferencia entre los dosradica en la forma como se posiciona la muestra. La probeta que se utiliza paraambos ensayos es una barra de seccin transversal cuadrada dentro de la cual seha realizado una talla en forma de V.

Esta probeta se sostiene mediante mordazas paralelas que se localizan de formahorizontal en el ensayo tipo Charpy y de forma vertical en el ensayo tipo Izod. Selanza un pesado pndulo desde una altura h conocida, este pndulo golpea lamuestra al descender y la fractura. Si se conoce la masa del pndulo y ladiferencia entre la altura final e inicial, se puede calcular la energa absorbida porla fractura.

El ensayo de impacto genera datos tiles cuantitativos en cuanto a la resistenciadel material al impacto. Sin embargo, no proporcionan datos adecuados para eldiseo de secciones de materiales que contengan grietas o defectos. Este tipo dedatos se obtiene desde la disciplina de la Mecnica de la Fractura, en la cual serealizan estudios tericos y experimentales de la fractura de materialesestructurales que contienen grietas o defectos preexistentes.


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Ensayo de tenacidad.

La fractura de un material comienza en el lugar donde la concentracin de tensines lo ms grande posible, como lo es la punta de una grieta. Supngase una


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muestra de forma de placa bajo tensin uniaxial que contiene una grieta en elborde o en su interior. La tensin en la grieta es mayor en la punta de la grieta.

La intensidad de la tensin en la punta de la grieta es dependiente tanto de latensin

Aplicada como de la longitud de la grieta.

8.1 MICROMECANISMOS DE FRACTURA.La fractura de materiales de ingeniera es casi siempre un hecho indeseable porvarias razones las que incluyen, la seguridad de vidas humanas, prdidaseconmicas y la interferencia con la disponibilidad de productos y servicios.


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UNIDAD 4PROPIEDADES DE LOS

MATERIALES

4.1 Trmicas.

4.2 Elctricas.

4.3 pticas.

4.4 Magnticas.

4.5 Mecnicas.


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4. PROPIEDADES DE LOS MATERIALESLas propiedades de un material determinado se pueden clasificar en cinco gruposdiferentes:

Propiedades qumicas.Propiedades fsicas. PrincipalesPropiedades mecnicasPropiedades estticas y econmicasPropiedades de fabricacin

Salvo las estticas y econmicas, las dems propiedades de un materialdependen de su estructura interna y condicionan su comportamiento durante elproceso de fabricacin, a la vez que le confieren utilidad para unas determinadasaplicaciones.Ya que la estructura interna de un material define sus propiedades, si queremosmodificar stas habr que variar de alguna manera su estructura interna; esto seconsigue, en el caso de los metales, al alearlos entre s o al someterlos atratamientos trmicos, como se analiza ms adelante.

Propiedades qumicasUno de los factores que limitan de forma notable la vida de un material es laalteracin qumica que puede experimentar en procesos de oxidacin o corrosin.

4.1 PROPIEDADES TRMICAS

Determinan el comportamiento del material en unas condiciones dadas.

Dilatacin trmicaLa mayora de los materiales aumentan de tamao (se dilatan) al aumentar sutemperatura, siempre que no se produzcan cambios de fase. El origen de ladilatacin trmica reside en que al amentar la temperatura aumentan lasvibraciones de las partculas del material, lo que da origen a una mayor separacinentre ellas.Para longitudes (dilatacin lineal):

)1( t L L o = coeficiente de dilatacin lineal [L] = K-1

Calor especfico

Se define el calor especfico (C) de una sustancia como la cantidad de calor quees preciso aportale para que su temperatura aumente 1C, sin que presentecambios de fase.

Temperatura de fusinAl calentar un slido, el movimiento vibratorio de sus partculas se va haciendocada vez ms amplio, producindose la dilatacin; pero si se continaaumentando la temperatura llega un punto en el que la magnitud de las


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vibraciones es tal que la estructura del material no se puede mantener y seproduce su fusin. La temperatura a la que esto sucede recibe el nombre detemperatura de fusin, la cual vara ligeramente con la presin. La temperatura defusin a presin normal se conoce como punto de fusin. sta es una propiedadcaracterstica de cada sustancia y sirve en muchas ocasiones para identificarla. En

casi todas las sustancias, salvo unas pocas entre las que se encuentra el agua-,la fusin va acompaada de un aumento del volumen.El punto de fusin de un slido ser tanto mayor cuanto mayores sean las fuerzasque mantienen unidas a sus partculas constituyentes (fuerzas de cohesin).

Conductividad trmicaLa transmisin de calor por conduccin se verifica a travs de los cuerpos desdelos puntos de mayor a los de menor temperatura.La conductividad trmica (K) es un parmetro indicativo del comportamiento decada cuerpo frente a este tipo de transmisin de calor.

LT T K J 21

J = densidad de flujo de calorK = conductividad trmica

4.3 PROPIEDADES PTICAS

Al incidir la luz sobre la superficie de un cuerpo, una parte de ella se refleja; partese transmite a travs del cuerpo; otra parte se difunde, es decir, sufre una reflexinno especular en mltiples direcciones y, por ltimo, la luz restante la absorbe elcuerpo, aumentando su energa interna. El color que presenta un cuerpo se debeprecisamente a la luz reflejada si el cuerpo es opaco, o a la que pasa a travs del si es transparente o translcido.

Los cuerpos opacos absorben o reflejan totalmente la luz, impidiendo quepase a su travs.Los cuerpos transparentes transmiten la luz, por lo que permiten ver atravs de ellos.Por ltimo, el tipo de cuerpos denominados translcidos dejan pasar la luz,pero impiden ver los objetos a su travs.

4.4 PROPIEDADES MAGNTICAS

Teniendo en cuenta su comportamiento frente a un campo magntico exterior, losmateriales se pueden clasificar en tres grupos diferentes.

o Materiales diamagnticos: se oponen al campo magntico aplicado, de talforma que en su interior el campo magntico es ms dbil.

o Materiales paramagnticos: el campo magntico en su interior es algomayor que el aplicado.


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o En el interior de los materiales ferromagnticos el campo magntico esmucho mayor que el exterior. Estos materiales se utilizan como ncleosmagnticos en transformadores y bobinas en circuitos elctricos yelectrnicos; los ms importantes son el hierro, el cobalto, el nquel y susaleaciones.

4.5 PROPIEDADES MECNICAS

Las propiedades mecnicas indican el comportamiento de un material cuando seencuentra sometido a fuerzas exteriores.

Otras propiedades: esttica y econmicasPara que un material sea utilizable en una determinada aplicacin, adems deposeer unas adecuadas propiedades fsicas, qumicas y mecnicas, debe tenerciertas propiedades estticas que agraden a sus usuarios.Para la eleccin de un material tambin resultan importantes sus condicioneseconmicas; es decir, el coste de transporte desde el lugar de fabricacin hasta elde consumo y la disponibilidad del material en el momento en que se necesita.

7. Propiedades de fabricacinMaleabilidad: indica si un material se puede estirar en lminas sin romperse.Ductilidad: seala si se puede estirar en forma de hilos.Forjabilidad: da idea de la capacidad que posee un material para ser forjado.Maquinabilidad: indica si se pueden aplicar procesos de arranque de viruta almaterial.

No existe ningn material perfecto que sea utilizable para cualquier aplicacin

unidad de estructura primera parte

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