By TIPOS DE ENLACES ATOMICOS Y MOLECULARES 1. Enlaces Primarios: son aquellos en los que existen grandes fuerzas interatómicas. 1 . 1. Iónicos: este es el tipo de uniones en donde existe un elemento que cede y otro que acepta electrones. De esta manera se forman iones positivos (cationes) y también iones negativos (aniones), los cuales son atraídos mutuamente ya que poseen cargas opuestas. 1. 2. Covalentes: en este tipo de uniones los átomos sólo comparten electrones, para así poder alcanzar su equilibrio eléctrico.
Pueden existir enlaces covalentes sencillos, dobles y triples. 1. 3. Metálicos: en estos enlaces se comparten electrones deslocalizados. Esto se da a ue los átomos se encuentran relatlvamente juntos, atraídos por varios d encuentran como en Los electrones que s débilmente unidos a PACE 1 or37 sta _ a nu s externos son trones se toda la estructura. s del núcleo, están ácilmente. Estos son los denominados electrones libres. 2. Enlaces Secundarios: son uniones relativamente débiles. Denotan la forma (cambios físicos) 2. 1.
Dipolo permanente 2. 2. Dipolo Oscilante CLASIFICACION DE LOS MATERIALES . Metales 2. Cerámicos . Polímeros 4. Compuestos . METALES mucha facilidad. Además poseen relativamente una alta resistencia mecánica (algunos a altas temperaturas) y son dúctiles a temperaturas ambientes. Las características de los metales se definen por la disposlción de los átomos, iones o moléculas que constituyen el sólido y de las fuerzas de enlaces entre ellos. Esta disposición es la que se conoce como estructura, sólido o material cristalino.
Al tener un metal en estado gaseoso y enfriarlo se forma un primer átomo, al momento de comenzar la solidificación del material. Seguidamente se coloca un segundo átomo a la par del primero, y después los subsiguientes. El segundo átomo es el que fija la direcclón de los planos de la arborescencia. Es importante mencionar que entre átomos se da una separación uniforme (A) a través de todos los planos que forma la estructura cristalina. Esta separación corresponde al equilibrio de las fuerzas de atracción y repulsión de los átomos que conforman la estructura.
SISTEMAS DE CRISTALIZACION Existen catorce celdas unitarias estándar que describen todas las redes posibles. Sin embargo, son tres las estructuras más importantes y comunes (90% de los metales): Cúbica Centrada en el Cuerpo (CCB), Cúbica Centrada en las Caras (CCC o CCF), y Hexagonal Compacta (HC). 1. CUBICA CENTRADA EN EL CUERPO: el material más común que posee esta estructura es el hierro. Estas celdas unitarias poseen un total de dos átomos, ya que hay ocho átomos en tas aristas que son compartidos en ocho celdas unitarias, y un átomo central.
Este tipo de uniones hace que los metales posean una alta resistencia mecánica, ya que para poder remover uno de es 2 7 hace que los metales posean una alta resistencia mecánica, ya que para poder remover uno de estos átomos de la estructura es necesario emplear mucha energía o realizar una fuerza considerable. posee 8 planos de deslizamiento. . CUBICA CENTRADA EN LAS CARAS (CCF): esta estructura posee un total de cuatro átomos: ocho compartidos en ocho celdas unitarias, uno al centro y seis en las caras en dos celdas unitarias.
Los materiales que cristalizan en esas estructuras se caracterizan por ser los más maleables y dúctiles, ya que posee 32 planos de deslizamiento. Ej. Cobre, Aluminio, Níquel y Estaño. 3. HEXAGONAL COMPACTO (HC): esta estructura posee un total de 6 ó 7 átomos. Los materiales que cristalizan de esta forma como el Cinc, Magnesio y Titanio poseen la mejor resistencia mecánica (3 planos de deslizamiento), siendo muy difícil de rabajarlos cuando se encuentran de forma pura. Sin embargo sacrifican otras características como la fragilidad.
Es necesario hacer notar que los metales poseen una estructura definida en distintas condiciones (a temperaturas y presiones especificas). El fenómeno de polimorfismo o alotropía es la capacidad que posee un material de existir en más de una estructura cristalina. DEFECTOS EN LA FORMACIÓN DE COS CRISTALES Los defectos en la formación de cristales puede darse de una forma natural o artificial. Sin embargo, estos defectos son los que mejoran las propiedades mecánicas de los materiales, pero se acrifican otras propiedades como la maleabilidad, la ductilidad y la conducción térmica y eléctrica.
Se pueden distinguir dos tipos de defectos: los puntuales y los de plano. 37 conducción térmica y eléctrica. Se pueden distinguir dos tipos de defectos: los puntuales y los de plano. 1. puntuales: se pueden manfestar al aparecer un átomo de mayor tamaño, consecuentemente uno de menor tamaño; átomos de otros elementos, o vacancias que es la ausencia de átomos. 2. De Plano: se manifiestan como desviaciones de planos o terminaciones de algún plano mientras los demás continúan. TIPOS DE DEFORMACIONES 1.
Elásticas: es el tipo de deformación que experimenta un material si no se excede el punto de fluencia al ser sometido a una carga. Si la deformación es elástica, el material volverá a sus dimensiones originales cuando la carga se retire. 2. Plásticas: se da cuando la carga excede el punto de fluencia del material. Cuando se excede este punto, la pieza queda deformada y no vuelve a su forma original. Si se sigue aumentando la carga el material fallará. Cuando se aplica y luego retira una carga (en el rango elástico), se produce un fenómeno en los átomos de la estructura.
Este fenómeno se denomina resilencia. La resilencia es el movimiento que se induce en el átomo debido a que éste desea volver al equilibrio después que se aplicó una carga. Los planos de deslizamiento son los pnncpales responsables de las deformaciones en los materiales. Entre más planos de deslizamiento poseen en material (que se determina por la estructura cristalina), éste es más fácil de ser deformado (maleable y dúctil). De lo c aterial es más rígido y frágil. estructuras dificultan el movimiento de los planos de deslizamiento de los materiales.
Por esto, cuando se quieren materiales que posean una alta resistencia mecánica se agregan efectos puntuales a la estructura, con el fin de que existan átomos de distintos tamaños. Los más grandes son los que actuarán como cuñas que impedirán, de alguna manera, el movimiento de los planos de deslizamiento. Además de las fallas por el exceso de carga en el material, éste también puede fallar debido a la fatiga. La fatiga en el material se debe a que se van acumulando corrimientos en los planos de deslizamiento del material. En un momento dado, estos corrimientos son tantos que la pieza llega a fallar. or otro lado se encuentra la termofluencia, que es el punto en que el material omienza a ceder debido a la alta temperatura. C] MATERIALES POLICRISTALINOS Los materiales policristalinos se forman cuando al solidificar un material se forma un sinfín de «primeros átomos» Subsecuentemente se forman los segundos átomos, que son los que determinan la direccionalidad de la estructura cristalina. Las estructuras que se forman, crecen hasta un punto donde se interceptan. Cuando estas dos estructuras chocan, se deja de llamar cristal y se le llama grano.
Las uniones entre los cristales son incompletas, por lo que es más fácil que la estructura ceda en ese punto. Además en las superficies de los granos (espacios ?nter granulares) es donde se deposita la mayor parte de las impurezas. Por esto, cuando se busca que un material posea una buena resistencia mecánica, se debe de poseen un tamaño de grano relativamente pequeño (se quiebran I s 7 resistencia mecánica, se debe de poseen un tamaño de grano relativamente pequeño (se quiebran los granos más grandes) para que las impurezas queden lo más uniformemente distribuidas a lo largo de la estructura del material.
Además, cuando se tienen granos más pequeños, el número de dislocaciones a través del material es mucho mayor. CONTROL DEL TAMAÑO DEL GRANO . Por velocidad de solidificación: este se constituye como un método dificil de tratar, ya que generalmente se producen granos de distintos tamaños, formando una estructura heterogénea. Esto se debe a que la difusión del calor es demasiado lenta. En las paredes del material la temperatura es mayor, y conforme se va avanzando hacia su centro, la temperatura va decreciendo. 2. Por deformación física del material a.
Laminación: el laminado es un proceso mediante el cual se logra reducir el espesor del material. Durante el laminado, el material adquiere acritud. La acritud es la dureza (medida de esistencia del material) producida por la compactación de los átomos de las estructuras cristalinas del material. por esto, los átomos desean regresar a la posición que originalmente tenían. Durant estos procesos de compactacion también se producen tensiones residuales (por las dislocaciones de los franos), lo cual da como resultado un material más resistente.
La laminación, generalmente se realiza en caliente, ya que se trata de que la estructura del material sea CCF, por lo que posee un mayor número de planos de deslizamiento, lo cual hace que sea más dúctil y maleable. Luego de calentar el material, se vuelve a alentar para eliminar la acritud que 6 7 maleable. Luego de calentar el material, se vuelve a calentar para eliminar la acritud que se le había producido, se vuelve a laminar para reducir su espesor, se calienta nuevamente y así suceslvamente. 1.
CALENTAMIENTO: este es un proceso de recuperación, que se encuentra por debajo del intervalo de temperatureas de recristalización. Durante este proceso se eliminan las tensiones internas del metal. En este calentamiento se suministra suficiente energía térmica para permitir que las dislocaciones se reordenen. Este se constituye como un cambio estructural que precede a la recristalización. Aquí, el material reduce ligeramente su resistencia, pero aumenta significativamente su ductilidad. 2. RECOCIDO: durante el recocido se da una recristalización del material.
En otras palabras, su estructura cristalina es modificada. En el caso de materiales como el acero, su estructura cambia de CC3 a CCF, lo cual hace que en estas condiciones el material sea más dúctil pero menos resistente. 3. CRECIMIENTO DE GRANO: formación de nuevos granos en la estructura del material. Algo importante de la laminación es que se logra alinear las impurezas a través del material, con lo que se mejora su resistencia mecánica. b. Trefilado: es un proceso importante en la conformación de metales. La barra inicial se estira por una o dos matrices cónicas de trefilado.
Para el trefilado de acero se inserta un punzón de carburo de tungsteno o wolframio dentro de las carcasas de acero. El carburo endurecido proporciona una superficie resistente para que se lleve a cabo la reduccion del material. En este proceso también se da un alinea resistente para que se lleve a cabo la reducción del material. En este proceso también se da un alineamiento de las impurezas. c. Forjado: es un proceso mediante el cual se busca darle una forma deseada al material a base de golpes. El forjado se puede realizar en frio o en caliente. Durante este proceso el material adquiere acritud.
ALEACIONES (METALES NO PUROS) SOLVENTE + SOLUTO = ALEACION Estado líquido TIPOS DE ALEACIONES 1. Homogénea Solución sólida (SS): soluto + solvente b. Compuesto químico definido (CQD): base + ácido Heterogénea 2. SS+SS b. SS+ CQD CQD + CQD DIAGRAMAS DE FASE FASES INTERMEDIAS NOMBRE DE LA REACCION ECUACION EutécticaL a + Eutectoide a p + y Peritéctica a + L peritectoide a + p Y Monotéctica LI a + L2 Entre los metales también puede darse una clasificación por sus características: 1. Ferrosos: como el hierr nes. Aproximadamente MANIFESTACIONES ESTRUCTURALES DE LA ECUACION 1.
Austenita 2. Perlita 3. Martensita 4. Ledeburita MANIFESTACIONES ESTRUCTURALES POR TRATAMIENTOS TÉRMICOS 1. Bainita 2. Sorbita 3. Stibita 4. Troosita ESTADO TIPO DE ACERO BC CD DE gajo contenido de carbono Alto contenido de carbono Fundición Hipoeutéctica Hipereutéctica DIAGRAMA DE FASES HIERRO – CARBURO DE HIERRO Este diagrama de fases no es un diagrama en equilibrio verdadero,ya que el compuesto carburo de hierro (Fe3C) que se ha formado no es una verdadera fase de equilibrio. En ciertas condiciones, la cementita puede descomponerse en las fases más stables de hierro y carbono (grafito).
Sin embargo, en la mayoria de condiciones prácticas el Fe3C es muy estable. FASES SOLIDAS DEL DIAGR S Fe – Fe3C 1. Ferrita a: es una solució sticial de carbono en la red tiene lugar a 1495 ‘C. 2. Reacción eutéctica: líquido de 4. 3% C forma austenita de 2. 08% C y cementita de 6. 67% C. Esta reacción se da a 1148 ‘C. 3. Reacción eutectoide: austenita sólida de C produce fernta a de 0. 02% C y cementita de 6. 67% C. Esta reacción tiene lugar a 723 «C. Cuando un acero contiene menos de 0. 8% C recibe el nombre de acero hipoeteuctoide, y cuando tiene más de 0. C se designa acero hipereteuctoide. ACEROS AL CARBONO EUTECTOIDES Estos aceros se calientan a unos 50 «C por encima de la temperatura eutectoide y se mantiene durante un tiempo razonable. Durante este proceso se eliminan otros tratamientos térmicos que posea el material, tensiones residuales, acritud, y se homogeniza su estructura (tamaño de grano). Este proceso se llama austenización. Al aplicar calentamiento posteriormente hasta la temperatura eutectoide (o justo por debajo de este punto), se provocará la transformación de la estructura de austenita a una de ferritaa (perlita) y cementita.
Esta estructura se antendrá hasta temperatura ambiente ya que la solubilidad del carbono en ferrita a y cementita varía muy poco desde los 723 ‘C a temperatura ambiente. ACEROS AL CARBONO HIPOETEUCTOIDES Si una muestra de bajo contenido de carbono se calienta hasta aproximadamente 900 • C se produce la austenización. Al enfriar la solución se formará ferrita proeutectoide en los bordes de la austenita. La ferrita sigue creciendo hasta ser un 50% de la solución. Si las condiciones se mantienen constantes, por debajo de los 723 ‘C, la austenita remanente se transformará isotérmicamente en perlita o ferrita eutectoide. ACEROS
