Tecnología Mecánica Naturaleza de los Materiales
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Tecnología Mecánica Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Naturaleza de los Materiales Contenido Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Introducción Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Por qué algunos metales aumentan su resistencia cuando se los deforman y por qué otros no? Por qué pequeñas cantidades de un metal modifican considerablemente propiedades de otro metal? Por qué los aceros aumentan su dureza cuando se los templa? Etc.. Estructura Atómica Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería El Átomo Número atómico Estructura atómica: Modelo planetario - - - + - - - Estructura Atómica Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Electrones por capa: max = 2 n2 - H1 F9 - Materiales de Ingeniería - - - + El Átomo - He2 - Mg12 - - - + - - - + Introducción + - - - Estructura Atómica Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Tabla Periódica de los Elementos Tipos de Enlaces Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Enlaces Primarios Entre átomos Enlaces secundarios Entre moléculas Enlaces Atómicos Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Enlaces Primarios Iónico - Covalente - Metálico Enlaces Atómicos Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Ejemplos Iónico: Fluoruro de Sodio F9 - - - - - - + Introducción - - Na11 - + - - - Enlaces Atómicos Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Materiales de Ingeniería - - - - - F9 + - - Estructuras no cristalinas - - F9 - Estructura cristalina - Covalente: Gas Fluor - Enlaces atómicos y moleculares + - Estructura atómica Ejemplos - - Introducción - Enlaces Moleculares Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Enlaces Secundarios Fuerzas dipolares Fuerzas de London Enlaces de Hidrógeno Estructura Cristalina Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Cristal Arreglo ordenado de átomos Celda Unitaria Mínimo grupo de átomos que muestra la configuración estructural Estructura Cristalina Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Tipos de estructuras Cúbica Centrada en el Cuerpo Hexagonal Compacta Cúbica Centrada en la Cara Estructura Cristalina Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Deformación de cristales simples Deslizamiento Estructura Cristalina Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Sistemas de deslizamiento (s.d) Planos y direcciones Metales dúctiles mas de 5 s.d. BCC = 48 s.d. (Ti, Mo, W). Buena resistencia, moderada ductilidad. FCC = 12 s.d. (Al, Cu, Au, Ag). Moderada resistencia, buena ductilidad. HCC = 3 s.d. (Be, Mg, Zn). Frágiles Estructura Cristalina Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Deformación de cristales simples Maclaje Plano de maclaje Los cristales forman una imagen espejo Estructura Cristalina Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Imperfecciones o defectos Desviaciones del patrón regular Puede ser Natural o Intencional Estructura Cristalina Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Tipos de defectos Puntual Lineal o en una dimensión Planar o en dos dimensiones Volumétrica Estructura Cristalina Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Defectos Puntuales Vacante Intersticio Vacante de par iónico Defecto de Frenkel Estructura Cristalina Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Defectos Lineales Estructura Cristalina Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Defectos en dos dimensiones Límite de grano Defectos Volumétrico Huecos, inclusiones, fases de otros metales o grietas. Estructura Cristalina Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Efectos de las Dislocaciones Estructura Cristalina Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Efectos de las Dislocaciones Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Disminuye el esfuerzo requerido para producir deslizamientos Endurecimiento por deformación Pueden interferir entre si Están limitadas por barreras como los límites de granos Aplicación en procesos de manufactura Estructura Cristalina Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Granos Número y tamaño de granos Velocidad de nucleación Velocidad de crecimiento de grano Efecto sobre propiedades del metal Granos grandes: baja resistencia, dureza y ductilidad, mala terminación superficial Estructura Cristalina Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Granos Estructura Cristalina Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Límite de Granos Afectan la resistencia y ductilidad del metal. También tienen influencia en el endurecimiento por deformación Son mas reactivos que el grano Depende de temperatura, velocidad de deformación e impurezas. Aumento de la fragilidad Estructura Cristalina Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Deformación Plástica de Metales Policristalinos Estructura Cristalina Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Deformación Plástica de Metales Policristalinos A temperatura ambiente produce anisotropía (mecánica y física) Dos tipos de anisotropía Orientación preferencial Generación de Fibras Mecánicas Estructura Cristalina Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Deformación Plástica de Metales Policristalinos Estructura Cristalina Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Fallas Fracturas: Dúctil y Frágil Pandeo Estructura Cristalina Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Fractura Dúctil Deformación plástica previa Se produce por deslizamiento excesivo Formación de pequeños huecos alrededor de inclusiones o huecos preexistente. Estructura Cristalina Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Fractura Dúctil Efecto de Inclusiones Resistencia de juntura Dureza de la inclusión a) Estado inicial b) Posterior a la deformación Matriz Inclusión Inclusión blanda Inclusión Dura Huecos Inclusión Duras alineadas Estructura Cristalina Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Fractura Dúctil Endurecimiento por envejecimiento Átomos de C fijan las dislocaciones Aumenta con incremento de temperatura Estructura Cristalina Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Fractura Dúctil Endurecimiento por envejecimiento Estructura Cristalina Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Fractura Frágil No hay deformación plástica previa Fractura a través del plano de separación Materiales de Ingeniería Aumenta con bajas temperaturas y altas velocidades de deformación Producido por defectos como ralladuras, grietas o roturas Estructura Cristalina Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Fractura Frágil En metales fractura intergranular (límite de grano suave, contiene una fase frágil o ha sido fragilizada) Estructura Cristalina Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Fractura Frágil: Fatiga Producidas por diminutas grietas externas o internas Aumento de la resistencia a la fatiga Inducir tensión de compresión residual Aumentar dureza superficial Mejorar la terminación superficial Seleccionar material con bajas inclusiones, impurezas y huecos Estructura No Cristalina Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Materiales Amorfos Ordenamiento atómico-molecular no sigue un patrón regular Hules, vidrios, plásticos, etc. Diferencias en características de fusión y expansión térmica Estructura No Cristalina Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Materiales Amorfos Características fusión-expansión v/p Líquido Sobreenfriado Estructura Amorfa Líquido Calor de fusión Estructura Cristalina Tg Tm T Materiales de Ineniería Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Metales Estructura cristalina (BCC, FCC, HCC) Enlace metálico Propiedades: Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Buena resistencia mecánica y dureza En general son dúctiles (mas los FCC) Alta conductividad eléctrica y térmica Opacidad Reflectividad Materiales de Ineniería Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Cerámicos Enlaces iónicos o covalentes (metales ceden e- a no metales) Generalmente forman cristales Propiedades Alta dureza y rigidez (aún en caliente) Fragilidad Aislante eléctrico y térmico Químicamente inertes Materiales de Ineniería Fac. de Ingeniería Univ. Nac. de La Pampa Introducción Estructura atómica Enlaces atómicos y moleculares Estructura cristalina Estructuras no cristalinas Materiales de Ingeniería Polímeros Enlaces covalentes y de Van der Walls Estructuras amorfas y a veces junto con estructuras cristalinas Propiedades Resistencia y rigidez variable Baja densidad Aislante eléctrico y térmico
