La ciencia de materiales trata las relaciones entre la síntesis y procesamiento, la estructura y las propiedades de los materiales un

La estructura del material se refiere al arreglo atómico o de los iones en el mismo.

La ingeniería de materiales se enfoca hacia como convertir o transformar los materiales en dispositivos o estructuras útiles.

*Clasificación de materiales:

*1) Metales y aleaciones:

(Son inorgánicos)

Ejemplos: aceros, aluminio, zinc, níquel, titanio, etc.

Los metales y las aleaciones tienen buena resistencia, buena ductilidad y buena maleabilidad.Además tienen buena conductividad eléctrica y térmica.

*2) cerámicos(Son inorgánicos)

Ejemplos: porcelanas, refractarios

Se compone generalmente por un elemento metálico y un no metálico.Se caracterizan por tener un alto punto de fusión, tienen una elevada dureza, gran resistencia a la compresión, no son buenos conductores de calor (de ahí su alto punto de fusión) ni de la corriente eléctrica.Son frágiles mecánicamente.

*3) polímeros (orgánicos)

Ejemplos: elásticos, cauchos, adhesivos, etc...

Los polímeros están formados por grandes cadenas.Debe diferenciarse del término polímero del término práctico; un plástico es un material polimérico que contiene otros aditivos.

Los polímeros tienen una resistencia relativamente baja; sin embargo, su relación de resistencia a peso es muy favorable. No son adecuados para usos a altas temperaturas. Tienen una resistencia a la corrosión muy buena y, como los cerámicos, forman buenos aislamientos eléctricos y térmicos.

Los polímeros pueden hacerse dúctiles o frágiles, dependiendo de su estructura, temperatura y rapidez de deformación.

*4) semiconductores

Ejemplos: silicio, Germanio, arsenurio de galio.

Los materiales semiconductores poseen una conductividad eléctrica intermedia entre la de los aisladores cerámicos y los conductores metálicos.

*5) materiales compuestos.

Ejemplos: concreto, madera terciada, fibra óptica.

Los materiales compuestos se obtienen a partir de muchas clases de materiales con el objetivo de combinar propiedades mecánicas y físicas que en forma única no pueden encontrarse en un solo material.

Las propiedades de los materiales dependen de la temperatura, nivel y tipo de esfuerzo aplicado, rapidez de deformación, oxidación y corrosión, y otros factores ambientales.

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* Estructura atómica

Tanto la composición como la estructura del material tienen una influencia profunda sobre sus propiedades y su comportamiento.

La estructura de los átomos afecta los tipos de enlace que mantiene unidos a los materiales; estos tipos de enlace afectan en forma directa la aptitud de los materiales en las aplicaciones ingenieriles en el mundo real.

La estructura de los materiales se puede dividir en:

1) macroestructura: la macroestructura es la estructura del material a nivel macroscópico donde la escala de longitud es aproximadamente >1000 Nm .

la escala de longitud es una longitud o intervalo de dimensiones características dentro de la cual se describen las propiedades de un material o los fenómenos que suceden en los materiales.

Entre las propiedades que constituyen la macroestructura están la porosidad, los recubrimientos superficiales y las microgrietas internas y externas.

2) microestructura: estructura del material a una escala de longitud de aproximadamente 10 a 1000 Nm.La micro estructura comprende propiedades como el tamaño promedio de grano, la distribución y orientación de los granos y otras propiedades relacionadas con la defectos en los materiales.

3) la nanoestructura: estructura del material a una escala de longitud de aproximadamente 1 a 100 Nm.Ejemplo: las partículas de nanotamaño(5 a 10 Nm) de óxido de Hierro, se usan en ferrofluidos o imanes líquidos.

4) arreglos atómicos de corto y largo alcance:

Un examen detenido del arreglo atómico permite distinguir entre materiales amorfos o cristalinos.Los materiales amorfos carecen de un orden de largo alcance de los átomos o iones; es decir que tienen sólo arreglos atómicos de corto alcance.

Los materiales cristalinos tienen arreglos geométricos periódicos de átomos o iones y son de corto y largo alcance.

En los arreglos atómicos de corto alcance, los átomos o iones muestran determinado orden sólo dentro de distancias relativamente de cortas.

Para los materiales cristalinas el orden de largo alcance es un arreglo tridimensional que se repiten a lo largo de distancias mucho mayores(desde aproximadamente 100 Nm hasta algunos centímetros).

* Enlaces atómicos

*energía de enlace:

El valor mínimo de energía de unión, es decir la energía mínima requerida para crear o romper el enlace.Cuando la energía de enlace crece, crece también la resistencia y temperatura de fusión.

El punto de fusión se entiende por la energía que hace falta para romper el enlace por mol de masa.

1)enlace metálico: se produce entre elementos metálicos.

Los átomos de elementos con baja electronegatividad ceden sus electrones de Valencia, lo que resulta la formación de un mar de electrones.Mientras más densa sea la nube es menor el movimiento atómico.Características:

-no es direccional-se comparten electrones-reflejan la luz-se pueden producir deformaciones permanentes sin producir la rotura (ductilidad)-son buenos conductores de electricidad y térmicos-tienen un módulo de Young relativamente alto(elasticidad)-generalmente tienen altos puntos de fusión.

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2) enlace iónico: generalmente se da entre un metal y un no metal.

El metal gana electrones y el no metal pierde electrones

La diferencia de electronegatividad es >= 1,8

El átomo que aporta los electrones queda con una carga positiva neta y se llama catión; mientras que el átomo que acepta electrones queda con carga negativa y se llama anión; entonces los iones compraré dado muestras serán atraídos entre sí y producen el enlace iónico.

Características:

-En General tienen alto punto de fusión y de alta energía de enlace-es un enlace, no direccionado, o sea, puede tener varias direcciones-los materiales con enlace iónico tienden a ser mecánicamente fuertes y duros, pero frágiles-estos materiales suelen ser aislantes eléctricos aunque en algunos casos su microestructura se puede adaptar para obtener una conductividad iónica apreciable.

3)enlace covalente: el enlace covalente se forma entre dos átomos cuando cada uno cede el electrón que se necesita en la formación de enlace.

La diferencia electronegatividad es < 1,8

Características:

-los enlaces covalentes son muy fuertes, con lo que los materiales con ese enlace son muy resistentes y duros como por ejemplo el diamante o el carburo de silicio.-puntos de fusión muy altos-fuertemente direccionado por lo que la ductilidad es reducida-alta energía de enlace-no son buenas conductores de la electricidad ni térmicos.

Los enlaces metálicos, iónicos y covalentes son enlaces fuertes y se los denomina primarios.

* Enlace de van der walls:Es un enlace secundario formado entre átomos y moléculas, como consecuencia de la interacción de dipolos ya sean inducidos o permanentes. El enlace es por atracción electrostática.

*arreglos atómicos

En los distintos estados de la materia se pueden encontrar 4 clases de arreglos atómicos o iónicos:

1) sin orden: los gases monoatómicos como el argón o el plasma que se forma en el tubo fluorescente, los átomos o los iones no tienen un arreglo ordenado.

2) cristales líquidos: son materiales poliméricos que tienen una orden especial. Es cierto estado se comportan como materiales amorfos; pero cuando se les aplica un estímulo externo (un campo eléctrico o un cambio de temperatura) algunas moléculas se alinean y formas pequeñas regiones cristalinas.

3) orden de corto alcance: si el arreglo especial de los átomos sólo se extiende a su vecindad inmediata. Toda material que muestra un ordenamiento de corto alcance es un material amorfo. Los materiales amorfos tienden a formarse cuando la cinética de proceso de obtención de los mismos no permitió la formación de arreglos periódicos.Por ejemplo el vidrio, con el llamado proceso de vidrio flotado, se funden varios ingredientes, en este proceso Se agregan otros óxidos a la sílice para bajar la temperatura de fusión, porque aun a 1400°C, la sílice pura fundida es muy viscosa para el proceso. El vidrio fundido flota sobre un baño de estaño fundido. Al solidificarse, los tetraedros de (sio4)4- que aún hay en el vidrio fundido, no tienen oportunidad de formar un arreglo periódico regular.

4) orden de largo alcance: se ve en la mayoría de los metales y aleaciones, semiconductores, cerámicos y algunos polímeros. El arreglo atómico especial abarca escalas de longitud mucho mayores de aproximadamente >100Nm. Los átomos o los iones en esos materiales forman un patrón repetitivo, semejante a una red en 3 dimensiones, a esos materiales se les llama cristalinos. Si un material cristalino está formado por un solo cristal se dice monocristal.Un material policristalino está formado por muchos cristales pequeños con diversas orientaciones en el espacio. Estos cristales más pequeños se llaman granos; los bordes entre los cristales se llaman límites de grano.

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* Estructuras cristalinas:

El concepto de red se usa para describir los arreglos de átomos o iones.

La unidad mínima que por repetición translacional puede generar todo el cristal, sedenomina CELDA UNIDAD.

La celda unitaria es la subdivisión de una red que sigue conservando las características generales de toda la red. Al apilar celdas unitarias idénticas se pueden construir toda la red. hay 7 arreglos cúbicos de llamados sistemas cristalinos:

La celda unidad se define mediante las longitudes de 3 ejesa, b y c (ejes de coordenadas) y los ángulos entre ellos alfa, beta y gamma.

Cúbico: todos los lados iguales. ángulos alfa, beta y gamma todos de 90 grados.Tetragonal: 2 lados iguales y uno distinto. ángulos alfa, beta y gamma todos de 90 grados.Ortorrómbico: todos los lados distintos. ángulos alfa, beta y gamma todos de 90 grados.Romboédrico: todos lados a, b y c iguales. 2 ángulos iguales y no igual a 90 grados.Hexagonal: 2 lados iguales y uno distinto. 2 ángulos de 90 grados y uno de 120 grados .Monoclínico: todos los lados distintos. 2 ángulos iguales de 90 grados y otro angulo distinto a 90 grados.Triclínico: todos los lados distintos. todos ángulos distintos. hay posibilidad de tener 14 tipos de redes espacialesque cumplan la condición de que cada punto tenga idéntico alrededor.

se pueden definir cuatro tipos básicos de celda unidad:· Celda simple.· Celda centrada en el cuerpo.· Celda centrada en las caras.· Celda centrada en la base.

En el sistema cúbico hay tres tipos de celdas, la simple, la centrada en el cuerpo y lacentrada en las caras.En el sistema tetragonal están las celdas simple y centrada en elcuerpo.En el rómbico, hay los cuatro tipos de celdas. En el romboédrico solo existe lacelda simple.En el hexagonal está la centrada en las bases, que es una derivación de lacentrada en las caras.En el Monoclínico, está la simple y la centrada en las bases. En el triclínico solo aparece la celda simple. Así se tiene un total de 14 redes.

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La gran mayoría de los metales cristalizan en tres estructuras de empaquetamientocompacto, a saber:· Cúbica centrada en el cuerpo (BCC)· Cúbica centrada en las caras (FCC)· Hexagonal compacta (HCP).

Las dos primeras son estructuras sencillas, mientras que la última es una estructura máscompleja.

ESTRUCURA CÚBICA CENTRADA EN EL CUERPO (BCC)

En esta estructura, representando los átomos por esferas rígidas se puede observar que elátomo central está rodeado por 8 vecinos idénticos, de tal forma que el número total deátomo que constituyen una celda unidad individual es:

N = 1 + 0 + 8 dividido 8 = 2 átomos

Un átomo completo está en el centro de la celda y un octavo de cada esfera está ubicada en cadavértice equivaliendo a otro átomo.

Los átomos de las celdas BCC se contactan entre si a través de la diagonal del cubo.

En esta diagonal hay dos átomos completos, o sea 4 R, donde R es el radio del átomo.En la diagonal del cubo entonces se cumple que:

4 por r es igual a raíz cuadrada de 3 multiplicada por a .

o sea que la arista de la celda unidad cúbica es:

a igual a 4 dividido raíz cuadrada de 3 multiplicada por el radio r .

donde R es el radio atómico.

Si los átomos de la celda BCC se consideran esferas perfectas, el factor deempaquetamiento atómico (APF), se calcula así:

APF = El volumen de los átomos en la celda unidad sobre el volumen de la celda unidad.

el volumen de la de la celda unidad seria a elevado al cubo, siendo a el vector arista de la celda.

los metales que cristalizan en el BCC, el 68% del volumen estáocupado por átomos. El 32% es espacio vacío o sea que no es una celda totalmentecompacta.una celda FCC sin ser completamente compacta es más compacta que la BCC,porque en ella un 74% está ocupado por átomos..ESTRUCTURA HEXAGONAL COMPACTA (HCP) esta celda consiste en:Dos caras, una superior y otra la base de la celda unidad que consiste de 6 átomos queforman un hexágono y un átomo simple en el centro de estas caras. Hay además otro planoque provee 3 átomos adicionales en la celda, que está ubicado entre las caras superior einferior. (Estos tres átomos están en el interior de la celda y no en la mitad de la cara).

El factor de empaquetamiento de la celda unidad hexagonal compacta es también del 74%.Aquí la relación entre la altura c del prisma hexagonal de la estructura hexagonal compacta(HCP) y el lado a de su base se llama relación c/a y es importante para la definición de este tipo de estructura

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*posiciones atómicas

*índices de Miller

los índices de Miller para las direcciones son la notación abreviada de estas direcciones. el procedimiento que determina los índices de Miller para las direcciones es el siguiente:

1. determinar las posiciones de dos átomos que estén en esa dirección( se toma generalmente el origen y una arista de la celda).

2. restar al punto final las coordenadas del punto inicial( para obtener el numero de parámetros de red recorridos en la dirección de cada eje del sistema de coordenadas.)

si se toma el punto inicial como el origen de coordenadas, lógicamente el punto final coincidirá con las coordenadas del parámetro de la celda.

3. se reduce las fracciones y o los resultados obtenidos de la resta a los mínimos enteros. ejemplo: 2 2 2 seria 1 1 1 o sino:un medio, un medio, 1 seria 1 1 2 ya que para eliminar las fracciones se multiplica por 2 .

4: se encierran los números en corchetes. si se obtiene un signo negativo, se representa con una barra sobre el numero.

*cristalografía:

para identificar los planos cristalográficos se usan los índices de Miller.

hay ciertos planos cristalográficos que son muy importantes en un cristal; por ejemplo, los metales se deforman a lo largo de aquellos planos de átomos que están empaquetados más estrechamente.

el índice de Miller para los planos cristalográficos se determina así:

1. determinar un plano que no pase por el origen de coordenadas

2. identificar los puntos de intersección del plano con los ejes coordenados.

3. tomar los recíprocos de estas intersecciones( por ejemplo el reciproco de 1,2,1 es 1 un medio 1 .

4: obtener el entero( eliminar las fracciones pero no reducir a los mínimos enteros

los planos se escriben entre paréntesis sin separar los números con coma.

el índice de Miller nos sirve para identificar los planos cristalográficos.los números negativos se escriben con una barra arriba.

recordar el caso del infinito por ejemplo en el que tenemos un plano de estas coordenadas infinito 1 1 quiere decir que no corta al eje x y su índice de Miller será uno sobre infinito 1 1 . sabemos que uno sobre infinito vale cero por lo que nos queda un índice de Miller así: 0 1 1 .otro ejemplo : un medio infinito infinito, haciendo los recíprocos será: 2 o o y recuérdese de que no debe escribirse el menor entero para los planos.

*densidad atómica volumétrica:

es el cociente entre la masa de los átomos que están en esa celda unidad y el volumen de la celda unidad

*densidad atómica planar:

( el numero de átomos equivalentes a cuyos centros están cortados por un área del plano / el área seleccionada del plano)

se entiende por átomos equivalentes a los átomos que se tocan entre sí. La densidad planar es el numero de átomos por unidad de superficie cuyo centro está sobre el plano.por ejemplo en el cubico centrado en el cuerpo el área es diagonal dentro de la celda porque ahí se comparten los átomos( el del centro toca con los de los vértices). Lógicamente debemos conocer el valor del parámetro de red para poder calcular el área de la superficie del plano que se elige.Diferentes planos tiene diferentes propiedades.

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*densidad atómica lineal:

Es el numero de átomos equivalentes que corta diametralmente interceptado por una longitud determinada divido la longitud. para hacerse una idea en el cuerpo centrado en la cara la longitud seria la línea de arista a arista opuesta en una cara y comprende a un átomo entero y dos mitades.

¿cuantos planos compactos tiene el cubico centrado en el cuerpo ?

Los metales que cristalizan en el sistema centrado en la cara tienen mayor deformación que los centrados en el cuerpo.

*Alotropía

Los materiales que pueden tener más de una estructura cristalina se llaman alotrópicos o polimórficos.

El término alotropía se reserva para este comportamiento en los elementos puros, mientras que polimorfismo se usa para los compuestos.

el acero por ejemplo a bajas temperaturas tiene una estructura BCC pero a mayores temperaturas se transforman a una estructura FCC.Estas transformaciones dan como resultado cambios en las propiedades de los materiales y son la base del tratamiento térmico de los aceros y de muchas aleaciones.

Imperfecciones en los arreglos atómicos y iónicos.

Defectos cristalinos:

Tipos de imperfecciones:

1) de punto2) de línea3) de superficie

Defectos puntuales:

Los defectos puntuales son interrupciones localizadas en arreglos atómicos o iónicos que, si no fuera por ellos, serian perfectos en una estructura cristalina.

Aunque se les llame defectos puntuales, la alteración afecta a una región donde intervienen varios átomos o iones.

Estas imperfecciones se pueden introducir por el movimiento de los átomos o los iones al aumentar la energía por calentamiento, durante el procesamiento del material, por introducción de impurezas o dopado.

Las impurezas son elementos o compuestos presentes en las materias primas o en el procesamiento.Los dopantes son elementos o compuestos que se agregan, buscando un efecto benéfico sobre las propiedades o el procesamiento.En General el efecto de las impurezas en las propiedades de los materiales es nocivo, mientras que el de los dopantes es útil.

Vacancias: una vacancia se produce cuando falta un átomo o un ion en su sitio normal de la estructura cristalina. Cuando faltan átomos o iones, aumenta el desorden normal o entropía del material.

Todos los materiales cristalinos tienen defectos de vacancia.La cantidad de vacancias depende de la temperatura del material.Las vacancias se introducen en los metales y aleaciones durante la solidificación, a temperaturas elevadas o como consecuencia de daños por radiación.A temperatura ambiente (aproximadamente 298°K), la concentración de vacancias es pequeña, pero aumenta en forma exponencial al aumentar la

temperatura, según:

Copiar formulas.

Debido a la gran energía térmica que hay cerca del punto de fusión, puede haber hasta una vacancia por 1000 átomos.Es posible conservar una alta concentración de vacancias producidas en alta temperatura, templando el material con rapidez.Las vacancias ser importantes para fomentar la difusión de un elemento en el estado sólido en otro.

Defectos intersticiales:

Se forma cuando se inserta un átomo o ion adicional en la estructura cristalina en una posición normalmente desocupada. Los átomos o iones intersticiales, aunque son mucho menores que los átomos que están en los puntos de red, son mayores que los sitios intersticiales que ocupan, con lo que la región cristalina vecina esta comprimida y distorsionada.

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Si hay dislocaciones en los cristales al tratar de mover eso defectos, se encuentran con resistencia a su movimiento, con lo que se vuelve difícil y crear deformación permanente en metales y aleaciones. Es una forma importante de aumentar la resistencia de los materiales metálicos. A diferencia de las vacancias, una vez introducidos, la cantidad de átomos o iones intersticiales en la estructura permanece casi constante, aun cuando se cambie la temperatura.

Defectos sustitucional:

Se introduce un defecto sustitucional cuando un átomo o ion es sustituido con un tipo distinto de átomo o ion. Los átomos o iones sustitucionales ocupan el sitio normal en la red. El que ellos vayan a sitios intersticiales o sustitucionales depende del tamaño y de la Valencia de los átomos o iones huésped, en comparación con el tamaño y la Valencia de los iones anfitrión. El tamaño de los sitios disponibles también tiene influencia en esto.

Los átomos o iones sustitucionales puede ser mayores que los átomos o iones normales de la estructura cristalina, en cuyo caso se reducen los espacios interatómicos vecinos, o pueden ser menores, lo cual causara que los átomos vecinos tengan distancias interatómicas mayores. En ambos casos los defectos sustitucionales perturban el cristal que los rodea.Los defectos sustitucionales se pueden introducir en forma de una impureza o de una adición determinada en una aleación, una vez introducidos, la

cantidad defectos es relativamente independiente de la temperatura.

Un defecto de frenkel es un par vacancia-intersticial que se forma cuando un ion salto de un punto normal de red a un sitio intersticial, y deja atrás una vacancia. Aunque esto se describe para un material iónico, en los metales y en los materiales con enlace covalentes puede presentarse un defecto de frenkel (ausencia de catión).

Un defecto de schottky es exclusivo de los materiales iónicos, y suele encontrarse en muchos materiales cerámicos. En este defectos, los vacancias se presenten en un material con enlaces iónicos; donde debe faltar un numero estequiometrico de aniones y cationes en el cristal si se quiere conservar en él la neutralidad eléctrica (ausencia de anión y catión).

El defecto de schottky produce un mejoramiento en la conductividad eléctrica)

Dislocaciones (defectos de línea):

Las dislocaciones son imperfecciones lineales en un cristal que de otra manera seria perfecto. La dislocación produce tensión.Se suelen introducir en el cristal durante la solidificación del material o cuando se deforma permanentemente (deformación plástica).

Dislocaciones de tornillo(o helicoidal).

Se pueden visualizar haciendo un corte parcial en un cristal perfecto, y a continuación, torciendo ese cristal una distancia atómica.

Es decir que una dislocación de tornillo es una dislocación producida torciendo un cristal, de tal modo que un plano atómico produce una rampa en espiral en torno a la dislocación. Hay una tensión de corte (cizalla, efecto tijera).

Dislocaciones de borde o arista(o de cuña).

Una dislocación de borde se puede ilustrar haciendo un corte parcial en un cristal perfecto, abriendo el cristal y llenando en parte el corte con un plano adicional de átomos. La orilla inferior de este plano insertado representa la dislocación de borde.

Al introducir la dislocación, los átomos que están arriba de la línea de dislocación están muy comprimidos entre sí, mientras que los de abajo están muy distendidos.

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Dislocaciones mixtas.

Las dislocaciones mixtas tienen componentes de borde y de tornillo, con una región de transición entre ellas. Las dislocaciones mixtas son las más comunes.A diferencia de una dislocación de borde o arista, una helicoidal no se puede visualizar como un semiplano adicional de átomos.

El vector de burgers muestra el corrimiento que tiene la red por la dislocación. Este vector es perpendicular a la dislocación.

El vector de burgers es perpendicular a la dislocación de borde.El vector de burgers es paralelo a la dislocación de tornillo.

Importancia de las dislocaciones.

Las dislocaciones son más importantes en los metales y las aleaciones porque proporcionan un mecanismo para la deformación plástica, mecanismo que es el efecto acumulado de numerosas dislocaciones.

La deformación plástica es una deformación o cambio de forma irreversible que se presenta cuando se retira la fuerza o el esfuerzo que la causo.Esto se debe a que el esfuerzo aplicado causa el movimiento de dislocaciones el cual a su vez causó la deformación permanente.Se debe distinguir la deformación plástica de la deformación elástica que es un cambio temporal de forma que sucede mientras una fuerza o un esfuerzo se

aplica a un material. En la deformación elástica, el cambio de forma lo causa la elongación de los enlaces interatómicos, sin embargo, no hay movimiento de dislocaciones.

Los materiales amorfos, como los vidrios de silicato, no tienen un arreglo periódico de iones y, por consiguiente, no contienen dislocaciones.

3. Defectos superficiales.

Los defectos superficiales son los límites o los planos que separan un material en regiones; cada acción tiene la misma estructura cristalina, pero distinta orientación.

Entre los defectos superficiales están los límites de grano. Al producir en tamaño de grano muy pequeño, aumentará la cantidad de superficie de límite de grano; como la dislocaciones no pueden atravesar un límite de grano con facilidad, el material se endurece (el límite de grano es como una zanja de 10 o 20 direcciones atómicas)

La cantidad y la clase de defectos cristalinos controla la facilidad de movimiento de las dislocaciones y en consecuencia, influyen en forma directa sobre las propiedades mecánicas del material.

Difusión.

La difusión indica el flujo neto de cualquier especie, como iones, átomos, electrones, vacancias y moléculas.El grado de difusión depende de la temperatura, el tiempo, la naturaleza y la concentración de la especie que se difunde, así como la estructura cristalina y la

composición de la matriz, de la estequiometria y de los defectos puntuales. La difusión es transporte de materia dentro de otra materia (en el seno de materia).

Existen dos mecanismos de difusión:

1) Sustituciónal: en la autodifusión y en la difusión de átomos Sustituciónales, un átomo de su sitio en la red y llena una vacancia cercana (con lo que se crea una vacancia nueva en el sitio de red original). Al continuar la difusión, se forman flujos de átomos y vacancias a contracorriente, lo que se llama difusión por vacancias. La cantidad de vacancias que aumenta con la temperatura, ayuda a determinar el grado de autodifusión y también de difusión de átomos Sustituciónales. La matriz solamente es la que tiene las vacancias; elemento que se introduce es el soluto.

2) Difusión intersticial: cuando en la estructura hay un átomo o ion intersticial pequeño, se mueve un sitio intersticial a otro. En este mecanismo no se requieren vacancias. En parte porque hay muchos más sitios intersticiales que vacancias, la difusión intersticial sucede con mayor facilidad que la difusión por vacancias. Los átomos intersticiales que son más pequeños se pueden difundir con mayor rapidez.

Energía de activación en la difusión.

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Un átomo que se difunde tiene que oprimir o forzar a los átomos que lo rodean en su paso por alcanzar su nuevo sitio. Para que esto suceda, se debe suministrar energía, para forzar al átomo a su nueva posición.

Para pasar a un nuevo lugar, el átomo debe superar una barrera de energía; está de energía es la energía de activación. La energía de activación es menor para Difusión intersticial que para la de vacancias.

La difusión se usa generalmente en los materiales metálicos para endurecer superficialmente, por ejemplo la cementación en la que se difunde carbono sobre una pieza metálica.

Velocidad de Difusión.

La velocidad con que se difunde los átomos, iones, partículas u otras especies en un material se puede medir con el flujo J.El flujo J se define como la cantidad de átomos que atraviesan un plano o un área unitaria por unidad de tiempo.La primera ley de fick nos dice que:J=-D(dc/dx)D: es la difusividad o coeficiente de Difusión (cm2/s)(dc/dx): es el gradiente de concentración(átomos/cm3.cmEl gradiente de concentración indica la forma en que la composición del material varían en función de la distancia.Cuando el estado de los átomos no es estacionario la primera ley de fick no se aplica; se aplica la segunda ley de fick:Formula..

Proceso de trabajado de metales.

Los metales pasan de un estado líquido fundido al de solidificación, luego de solidificado se consigue un producto semielaborado que se trabaja generalmente en caliente.

Las formas que se consiguen son las siguientes:-planas(chapas)-bobinas-perfiles-barras-redondos(caños)

Los procesos más importantes por los que pasa un metal son los siguientes:

Laminación: se basa en una reducción del espesor de un metal aplicando fuerzas de compresión.La laminación puede ser en caliente(metal al rojo) hasta 1,6mm y en frío (menos de 200°) hasta 0,18mm en el caso de la hojalata y 0,07 en el caso del

aluminio.

Forja: en la deformación de un metal sólido y en caliente a través de la aplicación sucesiva de fuerzas de compresión. Aquí se utilizan matrices que son cuerpos metálicos de mayor dureza. La compresión la hace una prensa.

Fundición: aquí se trabaja con el metal líquido, volcándolo en moldes, en este proceso el material no reciben deformación.

Extracción: se basa en hacer pasar un volumen determinado de un metal sólido en caliente a través de una matriz.

Trefilado: se tira de una varilla metálica a través de un dado para producir por ejemplo un alambre o una fibra.Ver imágenes en páginas 318

Embutido: en este proceso se empuja el material dentro de una matriz o molde.

Otro proceso a modo de ejemplo es el laminado inclinado para producir esferas.

Propiedades y comportamiento mecánico.

Es necesario antes de entrar al tema conocer ciertos conceptos:

Esfuerzo: es la fuerza que actúa sobre el área unitaria en la que se aplica.Deformación unitaria: es el cambio dimensión por unidad de longitud.El esfuerzo se suele expresar en Pa(pascal es) y la deformación unitaria no tiene dimensiones y con frecuencia se expresa en cm/cm.El esfuerzo es la causa y la deformación unitaria es el efecto.

Deformación elástica: es una deformación restaurable debido a un esfuerzo aplicado, por ejemplo un resorte.

El esfuerzo y la deformación elástica siguen una ley lineal, estos dos parámetros definen el módulo de Young(E) o de elasticidad.El inverso del modulo de Young que se llama flexibilidad.

Deformación plástica: en este caso cuando se quita el esfuerzo el material no regresa a su forma original.

La rapidez con que se desarrolla una deformación se define como velocidad de Deformación(las unidades son 1/s) .Cuando los materiales se sujetan a grandes velocidades de Deformación, se denomina a la carga que la genera como carga impacto o dinámica.Si la relación entre el esfuerzo aplicado y la velocidad de deformación constante es lineal, al material se le denomina newtoniano.La resistencia de cedencia es el Valor del esfuerzo que se debe superar para que el material comience a deformarse plásticamente.

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Ensayo de tracción.

Este ensayo mide la resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada lentamente. Las velocidades de Deformación suelen ser muy pequeñas(del orden 10 a la -4 a 10 ala -2 1/s)

Se sujeta con las mordazas la probeta y se aplica una fuerza unidireccional mediante el puente o cabeza móvil, la fuerza F se la denomina “ carga”.

Se puede ver qué medida que actúan la fuerza F en la probeta se produce un estrangulamiento.Generalmente el ensayo de tensión se hace con metales, aleaciones y plásticos. Se pueden hacer ensayos de tensión a cerámicos, pero no son muy

frecuentes porque la muestra puede fracturar mientras se está alineando.

Esfuerzo y Deformación ingenieriles.

Esfuerzo ingenieril= sigma =F/Ao unidades en pascal (N/m2)Deformación ingenieril=épsilon=delta L / LoA0: es el área de la sección transversal original de la probeta antes de que comience el ensayo.Lo: la distancia original entre las marcas de calibración.Delta L: es el cambio de longitud o elongación después de haber aplicado la fuerza F.(ver tabla de convenciones pag 244)

propiedades obtenidas en el ensayo de tensión.

Resistencia a la cedencia: es el Valor de esfuerzo que se obtiene gráficamente y describe el esfuerzo que produce deformaciones plásticas menores que determinado Valor especificado.

El Valor crítico del esfuerzo necesario para iniciar la deformación plástica se llama límite elástico del material. En los metales es normalmente el esfuerzo necesario para mover las dislocaciones. En los polímeros este esfuerzo corresponde al desenredo de las cadenas moleculares o al deslizamiento de las cadenas entre sí.

El Valor de resistencia a la cedencia se obtiene así:1) Se define un Valor deformación plástica, 0,2% por ejemplo2) Se traza una recta comenzando en este Valor desplazado, paralela a la parte lineal de la curva esfuerzo- deformación ingenieriles. El Valor de

esfuerzo que corresponde al cruce de esa recta y la curva de esfuerzo- deformación ingenieril se define como resistencia a la cedencia.

Resistencia a la tensión:el esfuerzo obtenido con la máxima fuerza aplicada es la resistencia a la tensión(o resistencia a la tracción).La resistencia a la tensión es el es fuerzo en el cual comienza la estricción o formación de cuello en los materiales dúctiles.El módulo de Young(o módulo de elasticidad): es la pendiente de la curva esfuerzo-deformación unitaria en la región elástica. Esta relación es la ley de

hooke.E=sigma/épsilonEl modulo de elasticidad suele ser mayor para los materiales de punto de fusión alto(por las grandes fuerzas de enlace).Para los metales se considera una propiedad insensible a la microestructura, porque el Valor está muy influido por la fuerza de los enlaces atómicos.Para los cerámicos el modelo de Young depende de la porosidad.El módulo de Young es una medida de la rigidez de un componente.

Módulo de resiliencia(Er):

Es el área contenida bajo la parte elástica de una curva de esfuerzo – deformación ingenieril, es la energía elástica que absorbe un material durante la carga y que después se desprende, cuando se quita la carga.

Tenacidad a la tensión (o trabajo de fractura):

Es la energía absorbida por material antes de fracturarse, a veces se determina como el área bajo la curva esfuerzo -deformación ingenieril.

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Ductilidad: la utilidad mide la cantidad de deformación que puede resistir un material sin romperse.La elongación porcentual describe la deformación plástica permanente antes de la falla.% alargamiento =((Lf-Lo)/Lo))*100Lf: es la distancia entre las marcas de calibración después que se ha roto la probeta.La reducción porcentual de Área describe la cantidad de adelgazamiento que sufre la probeta durante el ensayo en dicho punto:% reducción del área=((Ao-Af)/Ao))*100Donde Af es el área transversal final en la superficie de fractura.

Las propiedades mecánicas de los materiales dependen de la temperatura, la resistencia a la cedencia, la resistencia a la tensión y el modulo de Young de elasticidad, disminuyen cuando las temperaturas son mayores, mientras que la ductilidad suele aumentar.

Ensayo de flexión :

Los materiales frágiles no se puede usar con facilidad ensayo de tensión, a causa de la presencia de imperfecciones en la superficie. Esos materiales se pueden probar con el ensayo de flexión.

Se aplica la carga en 3 puntos y se provoca la flexión, se produce un esfuerzo de tensión en el material en un punto opuesto al de aplicación de la fuerza central. La fractura comienza en ese punto.

La resistencia a la flexión , o modulo de ruptura, describe la resistencia del material y se utiliza la siguiente fórmula:(3*F*L)/2*w*h2(al cuadrado) =sigma flexión

F: la carga L: es la distancia entre los puntos de apoyo W: es el ancho de La muestra H: la altura de la muestra.

Dureza de los materiales.

El ensayo de dureza mide la resistencia de la superficie de un material a la penetración con un objeto duro(o a la deformación).

El ensayo de dureza Brinell, se comprime una esfera de acero duro, por lo General de 10mm de diámetro, contra la superficie del material. Luego se mide el diámetro de la impresión que suele ser de 2 a 6mm, y se calcula el número de dureza brinell(que se abrevia HB).

Copiar formulaaaaaaaaaaF: es la carga aplicada(en General 2N) en kgD: es el diámetro del penetrador en mmDi: diámetro de la impresión en milímetrosLa dureza brinell tiene las unidades de esfuerzo(Kg/mm2)El ensayo de dureza Rockwell usa una bola de acero de pequeño diámetro, para materiales blandos, y un cono o indentador de diamante, para los

materiales más duros.La máquina mide en forma automática la profundidad de penetración del indentador , la cual se convierte en un número de dureza Rockwell(HR).Como no Se necesita una medición óptica de las dimensiones de la penetración, el ensayo Rockell tiende a ser el más usado.Hay una relación entre la dureza y la resistencia a la tensión del acero:Resistencia la tensión(Psi)=500HBDonde HB que las unidades de Kg/mm2Se utiliza más del ensayo de dureza porque es menos costoso, más rápido, y no es destructivoVer cuadro pag 258La dureza seria resistencia que tienen material acero penetrador por otro. El de menor dureza no puede penetrar al de mayor

Ensayo de impacto:

Con un material se somete a un golpe repentino y violento, en el que la velocidad de deformación es extremadamente rápida, se puede comportar de forma más frágil de lo que se observa en el ensayo de tensión.

Al aplicarse una carga de impacto, el tiempo es insuficiente para que entren en juego los mecanismos de deformación, y los materiales se rompen en forma frágil.

Para evaluar la fragilidad de un material se usa un ensayo de impacto.

Ensayo de charpy:

El ensayo hay un péndulo pesado que comienza a moverse a una altura ho, describe su arco, voltea y rompe la muestra, y llega a una altura final hf menor. Si se conocen las alturas inicial y final del péndulo se puede calcular la diferencia energía potencial. Esta diferencia es la energía de impacto que absorbió el espécimen cuando fallo.

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La capacidad de un material para resistir el impacto de un golpe se suele llamar tenacidad al impacto del material. Generalmente en los ensayos de impacto se usan muestras que tienen una muesca(entalla).

Mecanismo de fractura dúctil.

La fractura dúctil se suele producir en forma transgranular(a través de los granos) en los metales con buena ductilidad y tenacidad. Con frecuencia se observa una deformación apreciable, incluyendo la formación de un cuello, un entallamiento o estricción localizado en el componente que fallo.

La fractura dúctil comienza con la nucleacion, el crecimiento y la coalescencia de microhuecos en el centro de la barra ensayo, al aumentar el esfuerzo estos microhuecos crecen formando cavidades cada vez más grandes, hasta que el área de contacto es demasiado pequeña para soportar la carga y se produce la fractura.

Fatiga

La Fatiga es la disminución de la resistencia del material debido a ser sometidos a tensiones cíclicas que cambian de sentido.Poner graficoooLas fallas por Fatiga se presentan en tres etapas:1) Se inicia o nuclea una grieta diminuta, comúnmente en la superficie.2) La grieta se propaga en forma gradual a medida que la carga continúa cíclicamente.3) Por último, sucede una fractura repentina del material cuando una sección transversal restante es demasiado pequeña para sostener la carga

aplicada.

La resistencia a la fatiga es la capacidad que tienen cuerpo a resistir un esfuerzo cíclico y repetitivo. La resistencia de Fatiga es menor que el esfuerzo de tracción.

El ensayo de Fatiga se realiza usando una probeta normalizada generalmente circular, a esta se la somete a tensiones de tracción y compresión.

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Factores que afectan el límite de fatiga:

-rugosidad superficial: mientras más liso más resistencia va a tener el material.-estado superficial químico: ayuda a aumentar el límite de la fatiga(ej: cementación) -si la pieza tiene una entalla, ya que la entalla concentra tensiones-el medio ambiente

Termofluencia: si se aplica un esfuerzo a un material a alta temperatura, ese material se estirara y acabará por fallar, aun cuando el esfuerzo aplicado sea menor de la

resistencia de cedencia a esa temperatura. Una Deformación permanente que depende del tiempo, bajo una carga o un esfuerzo constante y altas temperaturas, se llama fluencia. En esencia, en la fluencia el material comienza a fluir con lentitud.

Endurecimiento por Deformación y recocido.

Cuando un material metálico se deforma por trabajo en frio, ocurre endurecimiento por Deformación conforme se introducen dislocaciones adicionales a la estructura. De este modo, se pueden obtener aumentos muy grandes de resistencia. La ductilidad del material metálico endurecido por Deformación se reduce.

Características del trabajo en frio:

-se puede endurecer el material metálico y al mismo tiempo obtener la forma final que se desee.-se pueden obtener tolerancias dimensional es y acabados superficiales excelentes mediante el proceso de trabajo en frio.-el trabajo en frio perjudica la ductilidad, la conductividad eléctrica y la resistencia a la corrosión. Sin embargo, comparado con otros procesos de

endurecimiento , como introducir elementos aleantes , es mejor porque la reducción de la conductividad eléctrica es menor-el efecto del trabajo en frio disminuye o se pierde a temperaturas mayores, no se puede usar como mecanismo de endurecimiento para piezas estarán

sujetas altas temperaturas.

Recocido:

El Recocido es un tratamiento térmico para eliminar algunos o todos los efectos del trabajo en frio.Después de Recocer, podría hacerse más trabajo en frio, porque se restituye la ductilidad.Se da en tres etapas:

1) Recuperación: la microestructura original con trabajo en frio se compone de granos deformados que contienen una gran cantidad de dislocaciones enredadas. Cuando calentamos inicialmente el metal, la energía térmica permite que las dislocaciones se muevan y formen las fronteras de una estructura subgranular poligonizada. Este tratamiento a baja temperatura elimina los esfuerzos residuales causados por el trabajo en frio, sin causar un cambio en la densidad de dislocaciones. La recuperación restablece la alta conductividad eléctrica del metal, lo que permite fabricar alambre de cobre para la transmisión de energía eléctrica, que sea resistente y que al mismo tiempo tenga conductividad alta.

2) Recristalización de los núcleos: se nuclean nuevos y pequeños granos en los límites de la celda de la estructura poligonizada y se elimina la mayoría de las dislocaciones. Como se reduce mucho la cantidad de dislocaciones, el metal recristalizado tiene baja resistencia, pero gran ductilidad. La temperatura la que aparece una microestructura de nuevos granos con muy baja densidad de dislocaciones se la llama temperatura de recristalización

Los factores que afectan a la recristalización son: el tamaño de de formado original y la cantidad o porcentaje de Deformación previa.

3) Crecimiento de grano: si la temperatura es suficientemente alta, los granos comienzan a crecer, y unos granos favorecidos consumen a los más pequeños; este fenómeno está impulsado por la reducción del área de los límites de grano.

Solidificación.

El mecánico de solidificación es por nucleacion y crecimiento de grano.Primeramente el metal se encuentra en estado líquido, éste se debe enfriar por debajo de la temperatura de equilibrio de solidificación para que comience

la nucleacion. Esta temperatura se conoce como la temperatura de subenfriamiento.

Nucleacion:

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El termino nucleacion indica la formación de los primeros pequeños cristales de nanotamaño en el material fundido. La nucleacion indica la etapa inicial de la formación de una fase a partir de otra.

Un embrión es una partícula diminuta de sólido que se forman el líquido cuando se agrupan los átomos. El embrión es inestable y puede crecer y formar un núcleo estable o redisolverse.

La formación de embriones es un proceso estadístico. Se forman y redisuelven muchos embriones, si por casualidad se forma un embrión que tiene un radio mayor que el radio crítico(el radio crítico es el tamaño mínimo de un cristal que deben formar los átomos que se agrupan en el líquido para que la partícula sólida sea estable y comience a crecer), el nuevo sólido será estable y sustentable por qué ha sucedido la nucleacion y comienza el crecimiento de la partícula sólida.

La nucleacion se puede dar de dos maneras :

Homogénea: se presenta cuando el subenfriamiento es lo suficientemente grande como para causar la formación de un núcleo estable(los átomos están perdiendo energía térmica y la probabilidad de formar grupos o embriones mayores aumenta).

Esto sucede en los metales puros.Heterogénea: se da cuando hay algún tipo de impurezas; estas hacen de nucleador y tienen que ser mojadas por el líquido. Aquí se requiere un

subenfriamiento mucho menor para alcanzar el tamaño crítico,y la nucleacion sucede la mayor facilidad.

Crecimiento del grano.

Al eliminarse el calor de una pieza que está solidificando en el molde, los granos en la zona de enfriamiento rápido(paredes del molde) crecen en dirección contraria al flujo de calor, es decir desde las zonas más frías hacia las más calientes de la pieza. Esta tendencia hace que los granos crezcan perpendicularmente a la pared del molde, creándose una zona columnar(aquí predomina un gradiente térmico, es decir una dirección).

Aunque el sólido puede continuar creciendo forma columnar hasta que se solidifique todo el líquido, frecuentemente se forma una zona equiaxiada en el centro de la pieza colada.

La zona equiaxiada contiene nuevos granos orientados al azar; estos granos detienen el crecimiento de granos columnares. En grano equiaxiado tiene la posibilidad de crecer en todas las direcciones no siendo el caso de el grano columnar que crece en una dirección preferencial.

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El diagrama de fases hierro-carbono muestra las fases presentes en las aleaciones hierro carbono enfriadas muy lentamente.

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Existen las siguientes fases (Todas estas fases son solidas ):

1.Ferrita-Œ: Es una solucion solida de carbono en el hierro BCC. El carbono es ligeramente soluble(que se puede disolver) en la ferrita.2.Austenita: Una solucion solida de carbono en el hierro y (existe a 910°C-1400°C) Tiene una estructura cristalina FCC y mucha mayor solubilidad para el carbono que la ferrita.3.Cementita(fe3c): Es un compuesto intermetalico. Limites despreciables de solubilidad. Esta compuesta del 6,67% de carbono y 93,3% hierro. Es un compuesto duro y quebradizo.4.Ferrita-’: solucion solida de carbono en hierro ’. Tiene estructura BCC como la ferrita-Œ, pero con constante de red mayor. Es una fase que existe a alta temperatura (1465°C).

*Reacciones invariantes en el diagrama de fases:

*Reaccion peritectica

1.Reaccion peritectica: un liquido de 0,53% C se combina con ferrita-’ de un 0,09% C y se forma Austenita de 0,17% C .Esta reaccion se produce a 1495°C.Es decir que aqui se produce un L+sol se transforma en un solo solido

2.Reaccion eutectica: En el punto eutectico, el liquido de 4,3% C forma Austenita de 2,08% C y cementita que contiene 6,67% C (esto se produce a 1148 °C). Aqui un liquido pasa formar dos solidos

3.Reaccion eutectoide: la Austenita solida de 0,8% C produce ferrita-Œ con 0,02%C y cementita con 6,67% C (esto sucede a 723 °C). Cuando un solido se transforma en 2 solidosEsta reaccion se produce en estado solido.

SOLO LAS REACCIONES EUTECTICA Y EUTECTOIDE PUEDEN CAUSAR ENDURECIMIENTO POR DISPERSION

LAS REACCIONES EUTECTICA Y PERITECTICA SON PARTE DEL PROCESO DE SOLIDIFICACION.

LAS REACCIONES EUTECTOIDE Y PERITECTOIDE SON TOTALMENTE REACCIONES EN ESTADO SOLIDO

LA REACCION PERITECTOIDE ES DE EXTREMA LENTITUD, Y CON FRECUENCIA PRODUCE ESTRUCTURAS INDESEABLES Y EN DESEQUILIBRIO,EN LAS ALEACIONES

*clasificacion de los aceros:

Los aceros se clasifican de acuerdo a su contenido de carbono:

1.Eutectoide(0,8% de carbono):

calentando hasta 750°C y manteniendo un tiempo la temp, la estructura se transforma en Austenita, si luego se enfria lentamente por encima de la temperatura eutectoide se mantiene la Austenita. Enfriando hasta la temperatura eutectoide o por debajo la estructura cambia a ferrita-Œ y cementita.

Esta estructura laminar de placas alternadas de ferrita-Œ y cementita se denomina Perlita (o sea que la Perlita en los aceros con 0,8% C aparece enfriando desde los 723°C ).

2.Hipoeutectoide (menos del 0,8% C ): calentando hasta 900°C aparece la Austenita, si se enfria lentamente hasta 775°C aprox.la ferrita proeutectoide nucleara y crecera. Si se sigue enfriando desde los 775°C hasta por encima de 723°C (sin llegar a esa temperatura) la ferrita proeutectoide seguira creciendo hasta ocupar el 50% de la Austenita. Al seguir enfriando y llegar a 723°C (siempre con las mismas condiciones de enfriamiento lento) la Austenita remanente se transforma en Perlita(la ferrita-Œ de la perlita se llama ferrita eutectoide).

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3.Hipereutectoide (mas del 0,8% C ):

se calienta hasta 950°C y se obtiene la Austenita. Se empieza a enfriar lento la cementita proeutectoide empezara a crecer en los bordes de grano de la Austenita hasta por encima de los 723°C, si se supera el enfriamiento por debajo de 723°C, la Austenita remanente se transformara en Perlita( cementita eutectoide y ferrita eutectoide).

Tratamientos termicos de aceros al carbono.

Variando la forma de calentamiento y enfriamiento de los aceros al carbono se pueden obtener diferentes combinaciones de propiedades mecanicas.Cuando una muestra de acero ordinario en condiciones Austeniticas se enfria rápidamente hasta temperatura ambiente mediante enfriamiento rapido en agua (temple) su estructura cambiara de Austenita a Martensita que es una fase metaestable.

La temperatura de enfriamiento para este proceso se denomina temperatura inicio de martensita y cuando la transformacion termina se denomina temperatura fin de martensita.

La microestructura de las martensitas en los aceros ordinarios al carbono depende del contenido en carbono del acero:

1.menos del 0,6%C: La martensita presenta dominios de cintas de orientaciones diferentes.

2.por encima del 0,6%C: se empieza a formar un tipo de martensita llamada laminada.

3.por encima del 1 %C: las aleaciones de fe-C constan en su totalidad de laminas de martensita.

Se considera que la ransformacion de Austenita en martensita en las aleaciones fe-C se realiza sin difusion, ya que la transformacion tiene lugar tan rapidamente que los atomos no tienen tiempo de mezclarse entre si.

Dureza y resistencia de las martensitas.

Estan relacionadas con su contenido de carbono, y aumentan con el. Sin embargo la ductibilidad y tenacidad disminuyen a medida que aumenta el carbono. Por eso a la mayoria de los aceros al carbono martensiticos se les suele realizar un recocido a una temperatura inferior a la de transformación (723°C).

Bainita:

estructura intermedia entre perlita y martensita. Producto de descomposicion austenitica. Tiene estructura eutectoide no laminar de ferrita-Πy cementita.

Aceros al carbono eutectoides.

Si el Acero austenizado se enfria al aire estatico se forma perlita fina. Si se lo deja enfriar dentro del horno a medida que ese disminuye su temperatura se formara perlita gruesa.

*Recocido y normalizado.

Recocido:

1.Recocido total:

Se aplica en aceros hipoeutectoides y eutectoides. Se calientan 40°C por encima del limite austenita- ferrita Se mantiene la temperatura un tiempo y luego se enfria lentamente hasta la temperatura ambiente. En los aceros hipereutectoides se realiza la austenizacion en la region bifásica austenita mas cementita a 40°C por encima de la temperatura eutectoide. la estructura final obtenida es ferrita proeutectoide y perlita.

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2.Recocido en proceso:

Se lleva acabo a temperatura por debajo de la eutectoide ( entre 550 y 650°C). Se aplica habitualmente a los aceros con menos del 0,3 % de carbono. Se usa para aliviar tensiones internas resultantes de procesos de trabajo en frio.

*Normalizacion:

se calienta en la región austenitica y luego se enfria al aire estatico. Se aplica a aceros hipoeutectoides y la estructura obtenida es ferrita proeutectoide y perlita fina. Este proceso se usa para aumentar la resistencia al acero.

REVENIDO

Proceso de calentamiento de un acero martensitico a temperatura inferior a la de transformacion eutectoide para acerlos mas blandos y ductiles. Se siguen los siguientes pasos:

1.Se austeniza (calienta).

2.se enfria rápido (para generar martensita).

3.se vuelve a calentar por debajo de la temperatura eutectoide.

4.la martensita se ablanda porque se transforma en partículas de carburo de hierro en una matriz de ferrita.

Recordar que la martensita es metaestable y se descompone al volver a calentarla. Cuando los aceros de bajo carbono martensiticos sufren un revenido entre temperaturas de 200 a 700°c se forma cementita.

La martensita revenida es la esferoidita. El revenido provoca unas disminucion en la dureza de los aceros al carbono.

*Marrevenido (martemplado)

Se usa para disminuir la distorsion y fisuracion que pueden surgir durante el enfriamiento no uniforme del material tratado en caliente. Es básicamente una modificacion del temple. Se realizan estos pasos:

1.austenizacion,luego temple en aceite caliente a una temperatura determinada luego se mantiene la temperatura hasta que la temperatura sea uniforme. Despues se para el tratamiento isotérmico antes que se forme bainita.Despues se enfria a temperatura ambiente, finalmente se vuelve a templar por el metodo convencional.

*Ausrrevenido

aumenta la tenacidad y ductilididad. El proceso es igual que el marrevenido pero se deja que forme bainita y se enfria al aire.

La estructura final es bainita. Las ventajas son que mejora la ductilidad y la resistencia al impacto.

Las desventajas son la necesidad de un baño de sales fundidas lo que genera que sea costoso.

Ademas el proceso puede usarse para un numero limitado de aceros.

*Aceros inoxidables

Se caracterizan por su elevada resistencia a la corrosion por acción atmosferica gracias al cromo que forma una capa de oxido cromico adherente

El acero al carbono tiene capas de oxido poco adherentes,por eso se va desgranando.

los Aceros inoxidable tienen un minimo del 11% de cromo.

Caracteristicas:

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Resistencia a la corrosion debido al alto contenido en cromo.

El cromo forma un oxido superficial que protege la aleacion de hierro-cromo.Para producir el oxido protector, el acero inoxidable debe estar expuesto a agentes oxidantes.

*Tipos de aceros inoxidables:

1.Ferriticos:

Aleaciones binarias hierro- cromo con alrededor de 12 a 30 % de cromo.Su estructura permanece en su mayor parte ferritica. Como contienen mas de un 12% de cromo no pasan por la transformación FCC a BCC y se enfrían desde altas temperaturas como soluciones solidas de cromo en hierro-Œ.

Son baratos por no tener niquel. Tienen resistencia al calor y a la corrosion.

2) acero inoxidables martensiticos:

tienen menos de 17% de cromo y 0,15 a 1% de C. Son mas duros y tiene mayor resistencia mecanica. Es el que tienen menor resistencia a la corrosion debido a la alta cantidad de carbono. No tiene buena capacidad de deformacion

3) aceros inoxidables austeniticos: tienen entre 16 a 25 % de Cr, 7 a 20% de Ni; bajo carbono(menos de 0,3%).

El niquel brinda una mayor resistencia a la corrosion, es de todos el que menor resistencia mecanica tiene, pero tiene una mejor deformabilidad. No son magneticos, lo que los hase utiles para aplicaciones cardiovasculares. Los contenidos elevados de niquel y cromo hace que sean muy costosos.

Puede sufrir sensitizacion, cuando se le calienta entre 480 y 860°C se produce un empobrecimiento en el contenido de cromo lo que hara que se corroa con facilidad.

Debido a su estructura BCC tiene una elevada conformabilidad.

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PolimerosLos polímeros son macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por la unión de moléculas más pequeñas.

En la polimerización una molécula insaturada (uno o más enlaces dobles de carbono) se activa y el doble enlace se abre sustituyéndose por un enlace covalente sencillo quedando con un electrón libre para enlazar otra molécula con un electrón libre, se forma entonces una polimerización en cadena.

Caracteristicas:

Son compuestos orgánicos derivados del petróleo. Los polímeros son de carácter orgánico porque aparece el carbono-hidrogeno. Los polímeros no conducen la corriente eléctrica por no tener enlace metálico.

Mecanismos de polimerización:

Polímeros de condensación. Este tipo de polimerización consiste en la unión de dos o más monómeros diferentes, formando así una molécula más compleja. En este proceso se obtiene, además del polímero, un subproducto, que puede ser agua, alcohol, amoniaco, etc. Este procedimiento es más lento y complicado que el de adición, y suelen formarse en general polímeros más pequeños.

Polímeros de adición. Esta polimerización se genera cuando un "catalizador", inicia la reacción. Este catalizador separa la unión doble carbono en los monómeros, luego aquellos monómeros se unen con otros debido a los electrones libres, y así se van uniendo uno tras uno hasta que la reacción termina. Las cadenas pueden terminarse mediante dos mecanismos:

1) Combinación: Las extremidades de dos cadenas pueden unirse y crear una sola cadena larga a partir de dos mas cortas.

2) Desproporcion: Esta reacción termina dos cadenas en vez de combinarlas en una mas grande

En el caso de que el polímero provenga de un único tipo de monómero se denomina homopolímero y si proviene de varios monómeros se llama copolímero o heteropolímero. Por ejemplo, el poliestireno es un homopolímero, pues proviene de un único tipo de monómero, el estireno, mientras que si se parte de estireno y acrilonitrilo se puede obtener un copolímero de estos dos monómeros.

Los polímeros se dividen en:

1)Plásticos: los plásticos tienen como características principales:

-bajo peso-inercia química (resiste los ácidos inorgánicos)-formables-bajo precio-enlace covalente-aislantes-alta resistencia a la corrosiónLos plásticos a su vez se dividen en dos grupos dependiendo de la estructura atómica de los enlaces:

Termoplásticos

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Se caracterizan porque puede fluir altas temperaturas, lo que hace que sean reciclables. Necesitan calor para hacerlos deformables, al enfriarlos mantienen la forma en que fueron moldeados sin cambiar las propiedades.

El monómero que da origen se llama “monómero de etileno” y tiene la forma:

cloruro de polivinilo (PVC):

Características:-El cloro lo hace rígido, ya que el cloro es una molécula grande.-es amorfo-poco flexible-tiene alta resistencia-es frágil-es buen aislante-tiene alta resistencia química-el PVC no se usa puro, se le ponen aditivos, como:Plastificantes (para darle flexibilidad), pigmentos, rellenos, lubricantes (para poder fabricarlo), estabilizadores (para evitar la degradación al

calor)-su punto de fusión es a los 204°C

Polietileno:

Hay de baja y alta densidad.Los de baja densidad tienen menor grado de cristalización, son menos transparentes(más opacos), los de alta densidad en cambio tienen

mejor grado de cristalización y mejor transparencia.

-alta densidad (0,98-0,99)-baja densidad (0,96-0,95)Características:-blanco, transparente-bajo costo-alta flexibilidad-Alta resistencia a la corrosión-buen aislanteUsos: se utiliza como aislante eléctrico, botellas, tuberías para química, utensilios domésticos.

Poliestireno:

Características:-alta rigidez-es muy frágil-mucho brillo-alta resistencia eléctrica-para darle flexibilidad se le agrega del 3 al 12 % de caucho-es rígido y frágil por el grupo es grande molecularmente-baja resistencia a temperatura ambiente

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-lo atacan los disolventes orgánicos (acetona)Usos:Se lo utiliza para piezas interiores de los automóviles y en utensilios domésticos.

Polipropileno:

Características:-mas duro y resistente que el polietileno-flexibilidad (mucha)-baja densidad-estable hasta los 120°CUsos:Se utiliza en tapizado de autos, conductos de calefacción, embalajes, contenedores, elementos de laboratorio.

Cloruro de polivinilideno:

Punto de fusión: 177°CCaracterísticas:-Es un polímero de alta densidad-propiedades de uso similar al PVC-no es atacado por los disolventes orgánicos: impermeable a gases y líquidos-los productos emanados en la degradación térmica son irritantes y corrosivos, narcóticos y nocivos.-se degrada a los 125°C-se le agregan los mismos aditivos que en el PVCMaterial de embalaje para productos perecederos recubrimiento interior de vasijas y recipientes metálicos

fluoro plásticos

Teflon(fluoro plásticos): poli tetra fluoruro de etileno

Características:

-doble densidad que el nylon y el polietileno (de 2,13 a 2,17 g/m3)-el flúor le da rigidez-alta densidad-buen rango de temperatura de trabajo (-200 a 260°C)-alta resistencia al impacto-duro (rígido) debido a su densidad-insoluble a los disolventes orgánicos-baja resistencia a la flexión-punto de fusion: 280°CUsos: componentes eléctricos, cañerías de agua, aislantes de cables de alta temperatura.Si se saca un flúor y se agrega cloro queda un material parecido al teflón (policloro trifluor etileno), pero más económico y casi con las

mismas propiedades

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Termoplásticos de ingeniería.

Se usan en forma de fibra, en yérsey, lanas y mantas de nylon. Son los de menor volumen de venta.Generalmente Son copolimeros (tienen al menos dos especies químicas en la cadena.)

Poliamidas (naylon 6 y naylon6.6)

enlace amida

6 porque tiene 6 átomos de carbono + el grupo amida.6.6 porque tiene 6 átomo de carbono antes y después del grupo amida.

Propiedades:

-alta transparencia- alta dureza, alta resistencia mecánica- alta resistencia a la deformación al calor -buena propiedad anti fricción-buen poder de lubricación-alta resistencia química-buena resistencia al impacto

Usos:Elemento de máquinas, fibras, elemento de automotores.

poliacrilonitrilo:

Se puede presentar en forma de fibras y tiene una mayor aplicación en la ropa.

El uso mas común que se le da es para formar fibras (jersey,guantes,mantas)

Propiedades:

-son transparentes-Alta dureza-buena resistencia química-alta estabilidad dimensional con la temperatura

Resina San:

Características:-alta resistencia química-alta dureza-alta resistencia a la deformación al calor

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-alta transparencia-mucho brilloUsos: lentes para instrumentación, jeringas medicas

Resina ABS:

Poliacrilonitrilo + poliestireno + polibutadieno

Características:El estireno le da brillo, rigidez y transparencia-el monómero acrilonitrilo la resistencia química y al calor-el polibutadieno le da resistencia al impacto-alta resistencia mecánica-Alta durezaUsos: recubrimiento interior y exterior de heladeras, carcasa de computadoras, teléfonos.

Policarbonato:

es un copolimero

Características:-punto De fusión:270°C-Rígido-alta dureza-buena flexibilidad-alta resistencia al impacto-alta resistencia a la fluencia-alta estabilidad dimensional-alta resistencia a la corrosión química pero lo atacan los disolventesUsos: componentes de aviones (hélices), cristales y lentes, cascos

Termoestables:

Son estables a cierta temperatura, a altas temperaturas se degradan en vez de fluir (se descomponen); son frágiles; hay que curarlos para que no sean tóxicos. Adquieren una forma permanente lo que hace que no sean reciclables.

Resinas fenolicas: dispositivos eléctricos, conectores, arenas de fundicion, ladrillos refractarios.

Resinas epoxicas:

-tienen bajar contracción al enfriar-tienen buena adhesión a otros materiales-buena propiedades mecánicas-buena aislante eléctrico-buena resistencia química y ambientalUsos: pegamentos, cintas aislantes, revestimiento de cables.

2) elastómeros: se destacan sobre todo por su alta deformación elástica. Las dimensiones pueden cambiar grandemente cuando se le aplica tensión y

vuelven a sus dimensiones originales cuando se elimina la tensión. El mas conocido es el caucho.

Tipos:

Caucho natural:

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Es el látex y se extrae del árbol, luego se diluye en agua, se seca, y finalmente se le hace un proceso de molienda.

Desventajas: al látex lo atacan los solventes y además tiene baja resistencia a la abrasión.El vulcanizado endurece, aumenta la resistencia a la abrasión. Como el látex natural es muy caro se recurre al caucho sintético.

Cauchos sintéticos:

Caucho nitrilo:

-Es más costoso que el caucho natural.-mas resistencia al calor, abrasión y a disolventes que los otros-baja flexibilidad-se usa para manguera de combustible.

Neopreno (policloropreno)

-buena resistencia a la abrasión disolventes-costoso-a bajas temperaturas es poco flexible-se usa para revestir y cables eléctricos, cinturones industrialesTambién se usa para sellos y diafragmas de autos. Se traman en forma de hilos.

Caucho de silicona (siliconas)

X puede ser H o grupos metilo CH3

El silicio forma cadena como el carbono. Silicio y oxígeno en la cadena principal.Buena resistencia a los solventes, buenos rangos de temperaturas (-100,250°C)Usos: recubrimiento de cables, juntas selladoras, usó para implantes estéticos.

Vulcanizacion.

La vulcanización es un proceso mediante el cual se calienta el caucho crudo en presencia de azufre, con el fin de volverlo más duro y resistente al frío.

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Aleaciones no ferrosas

Son aleaciones que no tienen Fe.

Aleaciones de aluminio.

El aluminio es el tercer elemento más común encontrado en la corteza terrestre. Los compuestos de aluminio forman el 8% de la corteza de la tierra y se encuentran presentes en la mayoría de las rocas, de la vegetación y de los animales.El aluminio puro es un metal suave, blanco y de peso ligero. Al ser mezclado con otros materiales como: silicón, cromo, tungsteno, manganeso, níquel, zinc, cobre, magnesio, titanio, circonio, hierro, litio, estaño y boro, se producen una serie de aleaciones con propiedades específicas que se pueden aplicar para propósitos diferentes.

Propiedades:

El aluminio puede ser fuerte, ligero, dúctil y maleable. Alta resistencia a la corrosión Es un excelente conductor del calor y de la electricidad su densidad es 2.7 gr/cm3(3 veces más liviano que el acero) buena relación resistencia/densidad temperatura de fusión es 660º C no es toxico puede ser reciclado una y otra vez sin perder su calidad ni sus propiedades (se puede reciclar usando solo el 5% de la energía usada

para su fabricación a partir de la alúmina. No se altera en contacto con el aire ni se descompone en presencia de agua, debido a que su superficie queda recubierta por una

fina capa de óxido que lo protege del medio.

Obtención del aluminio

El mineral del cual se puede obtener aluminio comercial se llama BAUXITA, la cual regularmente puede ser encontrada en minas de depósito abierto, para lograr uniformidad en el material se tritura y con agua a presión se lava para eliminar otros materiales y sustancias orgánicas. Posteriormente el material se refina para obtener a la alúmina, esta se reduce en una celda electrolítica a un metal de Al liquido (proceso Haltl -Herout). Dos toneladas de alúmina se requieren para producir una tonelada de aluminio.

Aleaciones de cobre

El cobre es uno de los metales de mayor uso, de apariencia metálica y color pardo rojizo.El cobre puede encontrarse en estado puro.

Propiedades:

Su punto de fusión es de 1.083 °C tiene una densidad de 8,9 g/cm3. elevada conductividad del calor y electricidad gran resistencia a la corrosión gran maleabilidad y ductilidad Debido a su extraordinaria conductividad, sólo superada por la plata, el uso más extendido del cobre se da en la industria eléctrica. Su ductilidad permite transformarlo en cables de cualquier diámetro, a partir de 0,025 mm. menor resistencia a la tracción que el acero. Bactericida.

Usos

cables de tensión Plaquetas electrónicas pomos de las puertas de locales públicos, ya que sus propiedades anti-bacterianas evitan la propagación de epidemias aires acondicionados

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monedas

El cobre puro es blando, pero puede endurecerse posteriormente por deformación en frio. Las aleaciones de cobre, mucho más duras que el metal puro, presentan una mayor resistencia y por ello no pueden utilizarse en aplicaciones eléctricas, no obstante, su resistencia a la corrosión es casi tan buena como la del cobre puro y son de fácil manejo. Las dos aleaciones más importantes son el latón, una aleación con cinc, y el bronce, una aleación con estaño. A menudo, tanto el cinc como el estaño se funden en una misma aleación, haciendo difícil una diferenciación precisa entre el latón y el bronce. Ambos se emplean en grandes cantidades; también se usa el cobre en aleaciones con oro, plata y níquel, y la plata alemana o alpaca.Para tener buena conductividad térmica o eléctrica se debe usar cobre comercialmente puro; si se requiere mayor resistencia mecánica combinada con alta conductividad, se utilizan aleaciones que contienen zirconio u otros elementos. La aleación de cobre más barata es el latón con alto contenido de zinc y por lo común es el que se utiliza salvo cuando se requiere alta resistencia a la corrosión sometido a esfuerzo o a las propiedades mecánicas especiales de otras aleaciones. Cuando se desean buenas propiedades para trabajo en frío, tal como en operaciones de estirado profundo, o formado, se utiliza cuando debe realizarse mucho maquinado, en particular en el trabajo con máquinas automáticas para hacer tornillos.Los bronces al estaño se utilizan para obtener una alta resistencia con buena ductilidad.Las aleaciones de cobre con aluminio silicio o níquel son buenas por su resistencia a la corrosión.

LATONES

Las aleaciones útiles de cobre y zinc contienen hasta un 40 % de zinc, las que contienen del 30 al 35 % son las de mayor aplicación por ser baratas, muy dúctiles y fáciles de trabajar. Al disminuir el contenido de zinc, las aleaciones se aproximan cada vez más al cobre en sus propiedades y mejoran su resistencia a la corrosión.

BRONCES

Los tres bronces al estaño más comunes contienen aproximadamente 5, 8 y 10% de estaño y se conocen como aleaciones A, C y D, respectivamente. Contienen por lo general, fósforo desde trazas hasta 0.40%, lo cual mejora sus cualidades para fundición o vaciado, los endurece un poco y ha dado origen al nombre conducente a Bronce Fosforoso; los bronces se caracterizan por sus propiedades elásticas.Los Bronces al Aluminio, con 5 y 8% de Aluminio, son aplicables por su alta resistencia mecánica y su buena resistencia a la corrosión, y algunas veces a causa de su color dorado. Los que contienen 10% de aluminio y otras aleaciones con cantidades aún mayores son muy plásticas en caliente y tienen resistencia mecánica excepcionalmente alta, en particular después del tratamiento térmico.Bronces al silicio, se fabrican cierto número de aleaciones en las cuales el Silicio es el elemento principal de aleación, pero también contienen cantidades apreciables de Zinc, hierro, estaño o manganeso.

Materiales ceramicos.

Los materiales ceramicos son materiales inorganicos no metalicos, constituidos por elementos metalicos y no metalicos enlazados principalmente mediante enlaces ionicos y/o covalentes.

Propiedades:

Son muy duros y fragiles presentan una gran resistencia mecanica al rozamiento, al desgaste y a la cizalladura. soportan altas temperaturas (alto punto de fusion debidos a su fuerte enlace ionico) Tienen gran estabilidad quimica y son resistentes a la corrosion son malos conductores de la electricidad son inorganicos son materiales ligeros. Su densidad varia segun el tipo de ceramica y el grado de compacidad que presenten.

Usos generales:

-se usan como refractarios (resistente al calor)-se usan como abrasivos-materiales de construccion (vidrios)-mecanica (parte de motor)-chaleco antibalas (buena resistencia al impacto)-resistencias electricas

Tipo de ceramicos:

Ceramicos convencionales

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Son de bajo costo. Ejemplos: ladrillos y tejas utilizados en las industrias de la construccion y las porcelanas electricas de uso en la industria electrica.

Silice o dioxido de silicio(SiO2):

Enlace covalente ionico, tiene forma tetrahedrica. Se comporta en forma alotropica(capacidad del material de cambiar su estructura con la temperatura). La arena de playa tienen Silice en un98 %(la arena no es cuarzo). La Silice soporta las altas temperaturas motivo por el cual tiene un uso refractario.

Arcilla:

Son silicatos de aluminio hidratados. Al calentar el silicato por encima de los 1000°C se quema todo el material organico. En la hidratacion el agua esta en la estructura de la molecula y para extraerlo hay que elevar la temperatura a mas de300°C. En la humectacion el agua esta solo absorbida en la superficie y se saca con un secado(100°C).El silicato permite hacer las porcelanas adicionandole oxido ferrico y oxido de sodio

Feldespatos:

El feldespato tambien es un compuesto natural . A mayor porcentaje de alumina, mayor punto de fusion. Tienen puntos De fusion mas bajos que la Silice. Forma un vidrio cuando la mezcla ceramica se cuece.

Ceramicos de ingenieria

Son materiales que tienen un alto costo y alta pureza. Las ceramicas ingenieriles, estan constituidas, tipicamente, por compuestos puros o casi puros tales como oxido de aluminio ( Al2O3), carburo de silicio(SiC), y nitruro de silicio(Si3N4). Ejemplos de aplicacion de las ceramicas ingenieriles en tecnologia punta son el carburo de silicio en las areas de alta temperatura de la turbina del motor de gas, y el oxido de aluminio en la base del soporte para los circuitos integrados de los chips en un modulo de conduccion termica.

Los mas importantes son:

Alumina(Al2O3):

Tiene buenas propiedades dielectricas y refractarias. Se usa comunmente en aplicaciones electricas de alta calidad donde se requiere una baja perdida electrica y alta resistividad.Se utiliza comunmente para contener metales fundidos o en aplicaciones donde el material debe operar a altas temperaturas, pero donde se requiere una elevada resistencia mecanica. Una aplicacion muy clasica es de los aisladores de las bujias. La alumina contaminada con cromo se utiliza para fabricar lasers.

Nitruro de silicio(Ni4Si3):

Tiene buena resistencia al impacto, buena resistencia a la abrasion, buena refractariedad(hasta 1500°C), buena resistencia mecanica. Se utilizan en componentes para motores de automoviles y turbinas de gas debido a las altas temperaturas de operacion que permiten.

Carburo de silicio(CSi):

Tiene alta abrasividad. Es devastador de superficies(se usa como lijas). El buen refractario en condiciones reductoras. Tienen una extraordinaria resistencia al oxidacion a temperatura incluso por arriba del Punto de fusion del acero.

oxido de circonio(Zr):

Buenas propiedades refractarias.

Tratamiento termico de los ceramicos.

Secado: eliminacion del agua de la masa ceramica plastica a temperatura entre 100 a 200°C.

Sinterizacion: se hace a temperaturas menores que el punto de fusion y se busca una union soldada. En los ceramicos hay porosidades y pueden variar de un 2% a 25% en volumen. La porosidad disminuye la resistencia del material y con la sinterizacion la porosidad disminuye.

Vitrificacion: con la vitrificacion se calienta hasta el punto de fusion incipiente y permite la disminucion de la porosidad por el material empieza a chorrear y a ocupar los lugares vacios y empezar a soldar. El punto de fusion incipiente no es fundir hasta el estado liquido, sino en un punto intermedio. Se usan porcelanas.

Uso de los ceramicos abrasivos, refractarios y aislantes.

Abrasivos : son materiales de mucha dureza. Son el CSi,Al2O3, diamante. No se puede pasar de un desbaste a un pulido Espejo en una sola pasada, se debe hacer por una cadena de pulidos.

Refractarios: son materiales que tienen la propiedad de soportar temperaturas sin deformarse.

Se clasifican en los siguientes grupos en funcion a su comportamiento quimico:

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-refractarios acidos:SiO2,AlO3

-refractarios basicos: estan basados MgO(magnesia) ,tienen una temperatura de fusion alta y son mas costosos que los acidos.

-refractarios neutros: inclusion en la cromita y la cromita –magnesita, se utilizan para separar refractarios basicos de los acidos y evitar que se ataquen entre si.

Aislantes: estan las porcelanas de electricas(Si O2+feldespatos +arcillas)

Si el refractario es basico y la escoria acida; la escoria se come al refractario. Lo ideal es tener a los dos basicos.

Respecto a la fatiga en los ceramicos, es poco comun que estos fallen por fatiga.

Vidrios:

Se obtienen por la fusion de productos a alta temperatura, que cuando se enfrian tienen una condicion rigida. Es amorfo e inorganico.

Propiedades:

-buena resistencia a la corrosion quimica-transparencia a temperatura ambiente-buen aislante-alta fragilidad-menor punto de fusion que los ceramicos tradicionales

Definicion: es un producto inorganico de fusion el cual se ha enfriado hasta un estado de rigidez sin cristalizar. El vidrio no es un componente natural.

Materiales compuestos.

Es una combinacion de dos o mas materiales que tienen distintas propiedades quimicas, morfologia, y que son insolubles entre si. Permiten combinar propiedades.Aunque existe una gran variedad de materiales compuestos, en todos se pueden distinguir las siguientes partes:

Agente reforzante: es una fase de carácter discreto y su geometría es fundamental a la hora de definir las propiedades mecánicas del material. Fase matriz o simplemente matriz: tiene carácter continuo y es la responsable de las propiedades físicas y químicas. Transmite los esfuerzos al

agente reforzante. También lo protege y da cohesión al material.

Los materiales compuestos se pueden dividir en tres grandes grupos:

Materiales Compuestos reforzados con partículas.

Están compuestos por partículas de un material duro y frágil dispersas discreta y uniformemente, rodeadas por una matriz más blanda y dúctil

Materiales Compuestos reforzados con fibras .

Un componente suele ser un agente reforzante como una fibra fuerte: fibra de vidrio, cuarzo, kevlar, fibra de carbono que proporciona al material su fuerza a tracción, mientras que otro componente (llamado matriz) que suele ser una resina como epoxy o poliéster que envuelve y liga las fibras, transfiriendo la carga de las fibras rotas a las intactas y entre las que no están alineadas con las líneas de tensión. También, a menos que la matriz elegida sea especialmente flexible, evita el pandeo de las fibras por compresión. Algunos compuestos utilizan un agregado en lugar de, o en adición a las fibras.En términos de fuerza, las fibras (responsables de las propiedades mecánicas) sirven para resistir la tracción, la matriz (responsable de las propiedades físicas y químicas) para resistir las deformaciones, y todos los materiales presentes sirven para resistir la compresión, incluyendo cualquier agregado.Los golpes o los esfuerzos cíclicos pueden causar que las fibras se separen de la matriz, lo que se llama delaminación.

Fibras de vidrio(cerámicos):

Propiedades

1) tienen una buena resistencia mecánica a la tracción2) buena elongación3) baja densidad4) buena resistencia al calor y el frio5) buen aislante térmico6) bajo costo7) buena resistencia a la corrosión8) buena estabilidad direccional

Tipos de fibra de vidrio:

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E(eléctrico): No es muy costosa. Los vidrios que se usan son :borosilicato,aluminino y calcioSe utiliza para cascos,recipientes,etc.

S: Es de alta resistencia, es para aplicaciones especiales, es decir para productos que requieren mayores resistencias que la fibra E.

Se fabrican fundiendo los materiales en un horno, del que luego se extraen monofilamentos que se agrupan y forman cordones que a su vez se agrupan y forman hilos.

Fibras de carbono(cerámicos):

Es un derivado de el PAN(poliacrinolitico) o el alquitran.La fibra de carbono es un polímero convertido en fibra. En la mayoría de los casos, las FC permanecen como carbón no grafítico. El término fibra de grafito solo está justificado, cuando las FC han sido sometidas a un tratamiento térmico de grafitización (2000-3000 ºC),que les confiere un orden cristalino tridimensional, observable mediante rayos X.

Propiedades

1) Poca elongación2) baja densidad3) alto modulo de elasticidad4) mejor resistencia a la tracción que el vidrio

Se usan para cascos que requieran alta resistencia,, para industrias.

Fibras de aramida(polimeros):

Propiedades

1) buena elongación2) baja densidad3) alta resistencia

La palabra aramida es una abreviación del término "aromatic polyamide", designa una categoría de fibra sintética, que consta de Kevlar y de Twaron.

La fibra aramida se define como una fibra en la que la sustancia que forma la fibra es una cadena sintética poliamida en la que al menos el 85% de los grupos amidas están directamente relacionados con 2 grupos aromáticos.

Características principales:

- Sensible al ultravioleta.- Buena resistencia a choques, a la abrasión, a los disolventes orgánicos y al calor.- Sensible a la humedad.- Es muy caro- Se lo puede utilizar como fibra o entrelazado como un tejido- Siempre se va a utilizar como material de refuerzo

La Fibra de aramida se usa para reforzar plásticos, tienen muy buena resistencia al impacto. El kevlar es un ejemplo de estos materiales , son polímeros poliamidas aromáticos endurecidos mediante una espina dorsal con anillos de benceno; cuenta con bajo peso, alta resistencia, y un alto modulo de elasticidad. Se utiliza en chalecos antibalas, cuerdas y cables, como asi tambien en la industria aeroespacial.

Madera

La madera es un material compuesto de origen natural y consiste en celulas de celulosa reforzadas con una sustancia polimerica llamada lignina y otros compuestos organicos.

Macroestructura de la madera:

La resistencia a la tension es mucho mayor en direccion paralela al tronco del arbol.Capas en la seccion transversal de un arbol:Un árbol está constituido de varias capas. La capa exterior, la corteza, protege al árbol. El cambium, justo por debajo de la corteza contiene celdas de nuevo crecimiento. La albura, contiene unas cuantas celdas vivas huecas que almacenan nutrientes y sirven como conductos para el agua. Finalmente el Duramen, que sólo contiene celdas muertas, proporciona la mayor parte del soporte mecanico para un árbol.El árbol crece cuando se desarrollan nuevas celdas alargadas en el cambium. Al principio de la estación de crecimiento , las celdas son grandes; posteriormente tienen un diámetro menor, paredes más gruesas y una densidad más elevada. Esta diferencia entre madera temprana(de primavera) y

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madera tardía(de verano) nos permite observar de los anillos de crecimiento anual, los de madera temprana son claros y los de tardía son oscuros. Además, algunas celdas crecen en dirección radial; estas celdas, o rayos , proporcionan el transporte y el almacenamiento de los alimentos.Las maderas duras provienen de árboles de hoja caduca, como roble, fresno, nogales y abedul.las ceñdas alargadas son cortas.Las maderas blandas son las coníferas, como el pino, cedro y abeto blanco. En las maderas blandas las celdas tienden a ser algo más largas de la madera durasEl contenido de humedad en la madera se calcula asi: % humedad=(peso de la humedad de la muestra)/(peso muestra seca) X 100

La resistencia a la compresión y de la tracción es menor en sentido perpendicular a las fibras que el sentido paralelo a estas mismas.

Anisotropía. Es un material anisótropo, es decir no se comporta igual en todas las direcciones de las fibras. Es más fácil cepillar longitudinalmente al sentido de las fibras que transversalmente, y ocurre a la inversa con el aserrar.

Humedad: la madera es higroscópica; absorbe y desprende humedad según el medio ambiente. Contiene agua de constitución a la que se le agrega la de saturación, que correspóndela medio ambiente que la rodea para conservar el equilibrio; por ello la madera secada al aire contiene del 10 a 15% de su peso en agua, y esta humedad hace que se hinche o contraiga, variando su volumen y por consiguiente su densidad.

a) Médula: Parte central del árbol. Constituida por tejido flojo y poroso. Tiene un diámetro muy pequeño. Madera vieja y normalmente agrietada. Se suele desechar en los procesos de elaboración de la madera.

b)Duramen: Madera de la parte interior del tronco. Constituido por tejidos que han llegado a su máximo desarrollo y resistencia (debido al proceso de lignificación.) De coloración, a veces, más oscura que la exterior. Madera adulta y compacta. Es aprovechable. La duraminización (transformación de albura a duramen) de la madera se caracteriza por una serie de modificaciones anatómicas y químicas, oscurecimiento, aumento de densidad y mayor resistencia frente a los ataques de los insectos.

c) Albura: Se encuentra en la parte externa del tronco, bajo la corteza. Constituida por tejidos jóvenes en período de crecimiento (zona viva). Contiene mucha savia y materias orgánicas. De coloración más clara que el duramen, más porosa y más ligera, con mayor riesgo frente a los ataques bióticos.

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d) Cambium: Capa existente entre la albura y la corteza, constituye la base del crecimiento en especial del tronco, generando dos tipos de células:

Hacia el interior: Madera (albura)

Hacia el exterior: Liber

e) Liber: Parte interna de la corteza. Es filamentosa y poco resistente. Madera embrionaria viva.

f) Corteza: Capa exterior del tronco. Tejido impermeable que recubre el liber y protege al árbol.

g) Radios leñosos: Bandas o láminas delgadas de un tejido, cuyas células se desarrollan en dirección radial, o sea, perpendicular a los anillos de crecimiento. Ejercen una función de trabazón. Almacenan y difunden las materias nutritivas que aporta la savia descendente (igual que las células de parénquima). Contribuyen a que la deformación de la madera sea menor en dirección radial que en la tangencial. Son más blandos que el resto de la masa leñosa. Por ello constituyen las zonas de rotura a comprensión, cuando se ejerce el esfuerzo paralelamente a las fibras.

h) Anillos anuales: Cada anillo corresponde al crecimiento anual, consta de dos zonas claramente diferenciadas:

- Una formada en primavera: Predominan en ella los vasos gruesos que conducen la savia bruta hasta las hojas (tejido vascular). Color claro, pared delgada y fibras huecas y blandas.

- Otro formado en verano: Tienen los vasos más pequeños y apretados. Sus fibras forman el tejido de sostén. Color oscuro denso y fibras de paredes gruesas.

Asfalto.

El asfalto es un alquitran que consiste en un hidrocarburo con algo de oxigeno, azufre y otras impurezas. Tiene las caracteristicas mecanicas de un material polimerico termoplastico. Se obtienen de la refinacion de petroleo o de la extraccion de rocas que contienen alquitran.Se usa la pavimentacion de caminos, en techados y construcciones.

Fibras de aramidas.

Concreto

Un agregado es una combinación de grava, arena, piedras trituradas o escoria . un mortero se hace mezclando cemento o, agua, aire y un agregado fino. En concreto contiene todos los ingredientes del mortero más los agregados gruesos. Los cementos son materiales inorgánicos que se aplican y endurecen después de ser mezclados para formar una pasta usando agua. El concreto es un material compuesto particulado (o constituido con agregados) en el cual tanto los agregados como la matriz son materiales cerámicos. En el concreto, la arena y en agregado grueso se unen en una matriz de cemento Portland . Una reacción de cementacion que ocurre entre el agua y los minerales del cemento proporciona una matriz resistente que sujeta los agregados y proporciona una resistencia buena a la compresión para el concreto.Los cementos se clasifican como hidráulicos y no hidráulicos. Los cemento hidraúlicos fraguan y se endurecen en presencia del agua. Los cementos no hidráulicos(la cal) no pueden fraguar en presencia del agua; para su endurecimiento necesitan aire

El cemento hidraúlico se fabrica partir de silicatos de calcio, cuando se le agrega agua al cemento ocurre una reacción de hidratación que produce un gel sólido que une las partículas de agregados. De acuerdo a la composición del cemento variara la velocidad del fraguado y las propiedades finales de concreto

Los factores más importantes que influye sobre las propiedades de concreto son la proporción agua-cemento , la cantidad de aire contenido y el tipo de agregados.

Estos son algunos elementos que contienen el Cemento portland:

SCa: silicato de calico

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SCa3: silicato tricalcicoACa: aluminato de calicoFAC4: ferrita aluminato tetracalcio

Tipos de cementos portland.

Tipo 1: de uso General, se utilizan cuando no esta expuesto a sulfatos del suelo o agua. Se usan para veredas, edificios, Puentes, etc.Tipo2: se usan cuando hay un moderado ataque de los sulfatos. Se usa para drenajesTipo3: es un material de fraguado rapido. Se usa cuando los moldes del concreto deben ser retirados en poco tiempo.Tipo 4: se usa cuando la velocidad y la cantidad de calor generado en el frague deben reducirse al minimo.Tipo5: resistente al sulfato. Se usa cuando el cemento estara expuesto a un intenso ataque de sulfatos.

Fraguado de cemento

El cemento fragua a causa de las reacciones con el agua conocidas como reacciones de hidratacion.Al 28 dias de frague el cemento tiene su maxima resistencia mecanica

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