investigacion

TEMA 1
CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL
DE LOS
MATERIALES

MATERIALES METÁLICOS
• Materiales Metálicos: materiales que poseen propiedades y características
metálicas.
•
•
•
•
•
•

Opacidad
Conductividad eléctrica y térmica
Ductilidad
Alta densidad
Temperaturas fusión elevadas
Brillo metálico

• Aleaciones: Importancia industrial
15

2,5

ACERO AL CARBONO

2 0,5

ACEROSALEADOS Y
FUNDICIONES
ALUMINIO Y ALEACIONES
COBRE Y ALEACIONES
80

RESTO

2

Estructura de los metales puros
1. Enlace metálico.
2. Estructura cristalina (FCC,BCC, HC).
3. Vidrios metálicos

ENLACE METÁLICO
• Enlaces a través del mar de electrones de valencia donados
(1, 2, or 3 de cada atómo).

+

+

+

+

+

+

+

+

+

• Enlace primario en metales yaleaciones metálicas

• Tendencia al empaquetamiento
compacto
• Usualmente un único elemento
con lo que todos los radios
atómicos son idénticos
• Enlace metálico no direccional
• Las distancias entre los vecinos
más próximos tienden a ser
pequeñas para minimizar la
energía de enlace

• Estructuras simples
3

Redes de Bravais

4

Estructura BCC

Red: BCC
Base estructural: (0,0,0)•

Cr, Fe, Mo, V, W

•

Número átomos/celdilla = 2

•

Densidad atómica= 2/a3

•

Radio atómico

•

Índice de coordinación = 8

a 3  4R

• Factor de empaquetamiento =
• Direcciones compactas [111]

4
R
3
 4 R 


3 


2

3
3

• Planos compactos (110)

5

Estructura FCC
•

Ag, Al, Au, Cu, Ni, Pb, Pt

•

Número átomos/celdilla = 4

•Densidad atómica= 4/a3

•

Radio atómico

•

Índice de coordinación = 12

•

4
 R
3
Factor empaquetamiento =
 4 R 


2 


a 2  4R

4

•

Red: FCC
Base estructural: (0,0,0)

•

3
3

Direcciones compactas [110]
Planos compactos (111)

6

Densidad teórica,ρ
# atoms/unit cell

 nA
Vc N A
Volume/unit cell
(cm 3 /unit cell)

Atomic weight (g/mol)Avogadro's number
(6.023 x 10 23 atoms/mol)

Estructura = FCC: 4 atoms/celda unidad
Peso atómico = 63.55 g/mol
Ejemplo: Cu

R = 0.128 nm

ρ teórica = 8.89 gr/cm3
ρ real = 8.94 gr/cm3

Volumen de la celdilla = a3 = 4.75  10 23 cm3

7

Estructura HC
Red: Hexagonal centrada en las caras
Base estructural: (0,0,0) (1/3, 2/3, c/2)

A sitios
•Capa superior

B sitios

•Capaintermedia
A sitios
• 3D Proyección

• 2D Projection

Índice de coordinacion = 12, si c/a= 1,63
Índice de coordinacion = 6, si

•Capa inferior

c
 1.63
a

2R  a
R
a 
2

Factor de empaquetamiento atómico = 0.74
8

FCC-HC: Similitud
ABCABC... Secuencia de apilamiento
2D Proyección
•A

•A

•B

•B
•C
•A
•A sitios

•B

•C
•A

•B

•C sitios

FCC ….ABCABCABC…
HC …. ABABABAB…..

•A

•A

•B

•C

•C
•B sitios

•C

•A
•B

•B

•C

A
B
C
FCC Celda Unidad

9

Microestructura
• Monocristales

Anisotropia:
dirección.

las

propiedades

E (diagonal) = 273 GPa
varian

con

la

Ejemplo: Módulo de elasticidad (E) en
BCC hierro

E (edge) = 125 GPa
• Policristales

Las propiedades pueden/no pueden variarcon la
dirección.
-Si los granos están orientados al azar:
isotrópicos.
(Epoly iron = 210 GPa)
-Si los granos estan deformados son anisotrópicos.

Ri  0.079a
10

Defectos de la estructura cristalina

Defectos Puntuales

Defectos Lineales

Defectos Superficiales

•
•
•
•

Vacantes
Átomos intersticiales
Impurezas
Defecto de Frenkel

• Dislocaciones

• Bordes de grano11

Defectos puntuales
Vacantes
Vacancy
distortion
of planes

•

Puede producirse durante la solidificación por perturbaciones locales durante
el crecimiento de los cristales o por reordenamientos atómicos en el cristal ya
formado como consecuencia de la movilidad de los átomos.

•

Son las imperfecciones más comunes en los cristales. Se dan hasta una por
cada 10000 átomos.

•...