Ingenieria de materiales

CAPITULO 4: PROPIEDADES, FORTALECIMIENTO Y COMPORTAMIENTO DE LOS MATERIALES

4.-PROPIEDADES, FORTALECIMIENTO Y COMPORTAMIENTO DE LOS MATERIALES 4.1. Imperfecciones en los Sólidos 4.1.1. Vacancias 4.1.2. Impurezas 4.1.3. Dislocaciones 4.1.4. Defectos Interfaciales 4.1.5. Maclado de Cristales (geminación o “twinning”) 4.2. Propiedades mecánicas 4.2.1. Estado de esfuerzo en dos dimensiones(esfuerzo plano). 4.2.2. Círculo de Mohr - Dos Dimensiones 4.2.3. Estado de esfuerzo en tres dimensiones 4.2.4. Otros Parámetros que Influyen en la Elasticidad 4.2.5. Comportamiento Plástico de los Materiales 4.2.6. Características del Flujo Plástico 4.2.7. Flujo de Materiales Policristalinos 4.2.8. Flujo de Materiales Cristalinos (Monocristales) 4.2.9. Deformación Plástica de Polímeros 4.2.10.Propiedades mecánicas a altas temperaturas 4.3. Fundamentos y Métodos de Fortalecimiento de los Materiales 4.3.1. Diagramas de Transformación Isotérmica 4.3.2. Influencia de los elementos de aleación 4.3.3. Tratamientos Térmicos 4.3.4. Recocido 4.3.5. Normalizado 4.3.6. Temple 4.4. Fallas y Roturas de los Materiales. 4.4.1. Fractura 4.4.2. Fatiga 4.4.3. Creep 4.5. Otras propiedades de los Materiales 4.5.1.Propiedades eléctricas de los materiales 4.5.2. Propiedades térmicas de los materiales 4.5.3. Propiedades Magnéticas 4.5.4. Propiedades Ópticas 4.6. Procesos de Deterioro Superficieal 4.6.1. Tribología 4.6.2. Electroquímica, corrosión y oxidación

J.D.O. Barceinas-Sánchez y A.Juárez-Hernández

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4.1 Imperfeccionesen los Sólidos Hasta ahora hemos supuesto que existe un orden perfecto en los materiales cristalinos a nivel atómico. Sin embargo, tales sólidos ideales no existen, todos contienen una gran cantidad de imperfecciones. De echo muchas de las propiedades de los materiales son profundamente sensibles a desviaciones debidas a imperfecciones en las estructuras cristalinas; las influencias no son siempreadversas. Se entiende por “defecto cristalino” a una irregularidad en la red, la clasificación de las imperfecciones cristalinas se hace de acuerdo a su geometría o las dimensiones del defecto. En esta sección veremos diferentes tipos de imperfecciones, incluyendo puntuales (asociados con una o dos posiciones atómicas), defectos lineales (o de una dimensión), así como defectos intersticiales, o defrontera los cuales son en dos dimensiones. 4.1.1.Vacancias El defecto más simple es un defecto puntual conocido como una vacancia, o un sitio vacante en la red, el cual normalmente es ocupado por un átomo Figura 4.1, pero que se encuentra ausente. Las vacancias se forman durante la solidificación del material, y también son el resultado de vibraciones atómicas, las cuales pueden causar eldesplazamiento de los átomos de sus posiciones normales en la red.

Intersticio

Vacancia

Figura 4.1. Representación en dos dimensiones de una vacancia y un intersticio

El número de vacancias en equilibrio Nv para un material dado depende del incremento de temperatura de acuerdo a:  Q  N V = N exp − V  (4.1)  kT   En esta expresión, N es el número total de sitios atómicos, Qv es laenergía de activación (energía de vibración requerida par la formación de una vacancia), T es la temperatura absoluta (grados Kelvin) y k es la constante de los gases o de Boltzman. El valor de k es 1.38 x 10-23 J/atm-K o 8.62x10-5 eV/atm-K, dependiendo de las unidades de Qv. Así el
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número de vacancias se ve incrementado exponencialmente con el incremento en la temperatura, cuando T se incrementa en la Ecuación 4.1, también lo hace el valor de la expresión exp(-Q/ kT). Para la mayoría de los metales la fracción de vacancias Nv/N justo abajo del punto de fusión es del orden de 10-4; esto es un sito estará vacío en una red de 10,000. Un intersticio es un átomo en...