Metales

INGENIERÌA DE MATERIALES METÀLICOS

UNIDAD 1

Este curso esta pensado para personas que tengan conocimientos básicos de Química y Física, ya que se manejan varios conceptos básicos de estas ciencias sin una definición previa.

Configuraciones estructurales

1. Imperfecciones cristalinas

En todos los materiales el arreglo de los àtomos contiene imperfecciones las cuales producen unefecto profundo en el comportamiento de los materiales. Teniendo control sobre esas imperfecciones reticulares, se pueden crear metales y aleaciones màs resistentes, transistores y celdas solares con un mejor desempeño, vidrios y cristales con colores extraordinarios, imanes màs poderosos y muchos materiales de importancia para la vida pràctica.

Es importante aclarar que estas imperfeccionesrealmente se refieren al arreglo atòmico y no al material mismo.

Las imperfecciones en la red cristalina se clasifican según su forma y geometría. Los tres grupos principales son: 1) defectos puntuales o de dimensión cero, 2) defectos de línea o de una dimensión (dislocaciones) y 3) defectos de dos dimensiones que incluyen superficies externas y superficies de lìmite de grano. Los defectosmacroscópicos tridimensionales o de volumen también pueden incluirse. Como ejemplos de estos defectos podemos mencionar: poros, fisuras e inclusiones.

Defectos puntuales: Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o varios àtomos. Estos defectos o imperfecciones, pueden generarse en el material mediante el movimiento de àtomos debido a la energía que ganan porcalentamiento; durante el procesamiento del material; mediante la introducción de impurezas; o hasta intencionalmente a través de las aleaciones.

Dentro de los defectos puntuales tenemos:

Vacantes o vacancias.

Defectos intersticiales

Defectos sustitucionales

Vacante o vacancia Una vacante o vacancia se produce cuando falta un àtomo en un sitio normal. Se crean en el cristaldurante el proceso de solidificación a altas temperaturas o como consecuencia de daños por radiaciòn o pueden deberse a reordenaciones atòmicas en un cristal ya existente debido a la movilidad de los àtomos. A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias pero èstas se incrementan en forma exponencial conforme se incrementa la temperatura.



nv = n exp (-Q/ RT)

nv = nùmero de vacancias porcm3

n = al número de puntos de red por cm3

Q = energía requerida para producir una vacancia; en cal/mol

R = constante de los gases, 1.987 cal/mol.K

T = temperatura en ºK

[pic]

Fig. 1 Se muestran los defectos puntuales : a)vacancia; b) átomo intersticial; c) átomo sustitucional; d) átomo sustitucional grande; e) defecto Frenkel y f) defecto Schottky.

Defectos intersticialesLos defectos intersticiales se forman cuando se inserta un àtomo adicional en una posición que està desocupada dentro de la estructura cristalina. Los àtomos que se insertan son màs pequeños que los que normalmente existen en la red, pero aùn asì son màs grandes que el espacio que esta desocupado; como consecuencia de èsto, la red circundante queda comprimida y distorsionada. Algunos àtomosintersticiales como por ejemplo el de hidrògeno normalmente aparecen como impurezas y los àtomos de carbono se agregan al hierro para producir acero.

Defectos sustitucionales

Los defectos sustitucionales se presentan cuando se remplaza un àtomo por otro de otro tipo distinto. En estos casos el àtomo sustitucional se introduce en la posición original, pero cuando estos àtomos son mayores que losnormales de la red, los àtomos circundantes quedan comprimidos si son màs pequeños y si son màs grandes quedan en tensión los àtomos circundantes. En cualquier caso la red circundante queda distorsionada. También se puede encontrar un àtomo sustitucional como una impureza o bien como un elemento que por medio de una aleación sea agregado deliberadamente y, una vez introducido, el número de...