Cap i Estructura Cristalina

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UNIDAD I ESTRUCTURA CRISTALINA DE LOS MATERIALES SÓLIDOS I UNIDAD Profesor: Hernán Jaime M. Correo: [email protected]

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materia de ciencias de los materiales

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UNIDAD I

ESTRUCTURA CRISTALINA DE

LOS MATERIALES SÓLIDOS

I UNIDAD

Profesor: Hernán Jaime M.Correo: [email protected]

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REGLAS GENERALES Y REGLAS DE RESPETO DURANTE LA CLASE. EL RESPETO MUTUO ES LA CLAVE.

CELULARES EN SILENCIO Y GUARDADO. SI NECESITA HABLAR, DEBE SALIR DE LA SALA DE CLASES Y RETORNAR EN SILENCIO Y SIN INTERRUMPIR. NO SE PERMITE EL USO DEL CELULAR DURANTE LA CLASE.

EN CLASES, SI TIENE DUDAS, INTERRUMPE LEVANTANDO LA MANO Y EFECTÚA LA CONSULTA

SE RESPETAN TODAS LAS CONSULTAS Y SE ESCUCHAN CON ATENCIÓN

MÍNIMO DE ASISTENCIA ES 80%. MENOR A ESTE VALOR, DESAPRUEBA LOS CRÉDITOS

LAS AUSENCIAS CON JUSTIFICACIÓN DEBEN SER PRESENTADAS EN LA SECRETARIA Y EL O LA JEFE DE CARRERA DETERMINA SU VALIDEZ.

POR NORMA, EL ALUMNO TIENE 48 HORAS HÁBILES PARA JUSTIFICAR INASISTENCIA

SE RENDIRÁN 2 PRUEBAS PARCIALES CON 90% DE PONDERACIÓN ENTRE AMBAS (45% c/u).EL 10% RESTANTE SE MEDIRÁ EN PRUEBAS CORTAS.

DURANTE LAS PRUEBAS, NO SE ACEPTARÁ EL USO DE CELULAR COMO HERRAMIENTA DECÁLCULO, PARA ELLO DEBE TRAER SU PROPIA CALCULADORA

LA ASISTENCIA SE MEDIRÁ ÚNICA Y EXCLUSIVAMENTE MEDIANTE LA LISTA DE ASISTENCIAA CLASES. SI LA LISTA NO ESTÁ FIRMADA, SE ASUME LA INASISTENCIA Y DEBERÁ JUSTIFICAR

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DEFINICIONES y CONCEPTOS PREVIOS IMPORTANTES

Ductilidad:Propiedad mecánica que indica el grado de deformación plástica al que puede ser sometido un material hasta su punto de fractura

Cuando un material es rígido o frágil ?Es cuando un material muestra poca o ninguna deformación plástica

Resiliencia :Capacidad de un material de absorber energía elástica cuando es deformadoy de ceder esta energía cuando se deja de aplicar la carga

Tenacidad: Capacidad de un material de absorber energía antes de fracturarse

Cuando un material es “blando” o flexible?

Qué tipo de fractura se favorece al aumentar la temperatura ? R.: Dúctil

Cuando el material muestra una capacidad de deformarse plásticamente considerable.

Conceptos de celda unitaria, planos y direcciones cristalinas, imperfecciones lineales y superficiales, materiales amorfos, etc.

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BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA

William D. Callister, “Introducción a la Ciencia e Ing. delos Materiales”, Capitulo 3, versión electrónica.

Donald Askelland, “Ciencia e Ing. de los Materiales”,Capítulos 3 y 4 de la versión electrónica.

Sidney Avner, “Introducción a la Metalurgia Física”Editorial McGraw-Hill, Capítulos 2 y 3 de la versiónelectrónica.

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INTRODUCCIÓN

Algunas de las propiedades más importantes de los materiales sólidosdependen de disposición geométrica de los átomos y de las interaccionesque existen entre los átomos y las moléculas constituyentes.

En este capítulo se considerarán conceptos fundamentales tales como:� Introducción e importancia de los materiales,� Estructura cristalina,� Dirección y Planos Cristalográficos,� Materiales Cristalinos y No Cristalinos,� Las imperfecciones cristalinas,� Los ensayos No Destructivos o END’s.

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INTRODUCCIÓN

� La ciencia de materiales es el campo científicoencargado de investigar la relación entre la estructuray las propiedades de los materiales. Paralelamente,conviene matizar que la ingeniería de materiales sefundamenta en esta, las relaciones propiedades-estructura-procesamiento-funcionamiento, y diseña oproyecta la estructura de un material para conseguirun conjunto predeterminado de propiedades.

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INTRODUCCIÓN

� La ciencia de materiales es, por ello mismo, un campomultidisciplinar que estudia los conocimientos fundamentalessobre las propiedades físicas macroscópicas de los materiales ylos aplica en varias áreas de la ciencia y la ingeniería,consiguiendo que éstos puedan ser utilizados en obras, máquinasy herramientas diversas, o convertidos en productos necesarios orequeridos por la sociedad. Incluye elementos de la química yfísica, así como las ingenierías química, mecánica, civil y eléctricao medicina, biología y ciencias ambientales. Con la atenciónpuesta de los medios en la nanociencia y la nanotecnología enlos últimos años, la ciencia de los materiales ha sido impulsadaen muchas universidades.

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INTRODUCCIÓN

� A pesar de los espectaculares progresos en el conocimiento y en el desarrollo de los materiales en los últimos años, el permanente desafío tecnológico requiere materiales cada vez más sofisticados y especializados.

� Ejemplo de ello son los revestimientos metálicos de molinos SAG’s en la minería, los cuales tienen una elevada exigencia mecánica durante su vida útil.

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INTRODUCCIÓN

Tetraedro de la ciencia de materiales, que refleja las diferentesdisciplinas de esta ciencia: Estructura, proceso, funcionamiento ypropiedades

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Relación Estructura - Propiedades

Escalas y niveles de observación en ciencia e ingeniería de materiales

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• Las propiedades “cotidianas” de los materiales dependen:�De la estructura en escala atómica – nanoestructura� De la microestructura (estructura en escala microscópica)

Relación Estructura - Propiedades

Fibras de vidrio en unamatriz polimérica

Magnesio HCP

Aluminio FCC

Ambos son metales, sin embargo el Al es más dúctil debido a su diferencia

en el ordenamiento atómico

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Microestructura de una Soldadura

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INTRODUCCIÓN

Todas las personas y especialmente los ingenieros tienen que ver conmateriales, de manera cotidiana ya sea en manufactura,procesamientos y en el diseño y construcción de componentes oestructuras, ya que deben seleccionar y utilizar materiales y analizarfallas de los mismos.

Los ing. deben, regularmente, tomar decisiones al seleccionar losmateriales a incorporar en un diseño porque se tiene que verificar si laspropiedades requeridas se pueden conseguir y mantener durante eluso del producto (durante su requerimiento mecánico), si el material escompatible con otras partes de un ensamble y si puede unirsefácilmente a ellas; por otro lado considerar que se pueda reciclarfácilmente y observar si el material o su fabricación pueden causarproblemas ecológicos e incluso si puede convertirse de maneraeconómica en un componente útil.

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INTRODUCCIÓN

Los materiales se clasifican en 4 grupos: metales, cerámicos, polímerosy materiales compuestos.Cada uno de estos grupos posee estructura interna (ordenamientoatómico) y propiedades distintas.Los metales y sus aleaciones generalmente presentan conductividadeléctrica y térmica, resistencia mecánica relativamente alta, alta rigidez,y resistencia al impacto. Son particularmente útiles en aplicacionesestructurales o de carga. Las aleaciones de dos o más metalesproporcionan mejoría en alguna propiedad particularmente deseable opermite una mejor combinación de propiedades.

Los cerámicos tienen baja conductividad eléctrica y térmica y amenudo son utilizados como aislantes, son fuertes y duros, aunquetambién muy frágiles y/o quebradizos

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INTRODUCCIÓN

Las nuevas técnicas de procesamiento y de fabricación de materialescerámicos han conseguido que los cerámicos sean lo suficientementeresistentes a la fractura para que puedan ser utilizados en aplicacionesde carga, como los impulsores de turbina de avión.

Los polímeros, son producidos en la polimerización, es decir, creandograndes estructuras moleculares a partir de moléculas orgánicas.Tienen baja conductividad eléctrica y térmica, reducida resistencia entracción y no son adecuados para utilizarse a temperaturas elevadas.Se dividen en termoplásticos y termoestables.

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INTRODUCCIÓN

Los materiales compuestos se forman a partir de 2 o más materiales,generando propiedades que no se encuentran en ninguno de losmateriales de manera individual. Con materiales compuestos podemosproducir materiales ligeros, fuertes, dúctiles, resistentes a altastemperaturas, entre otras propiedades.

La mayoría de los productos que vemos todos los días están hechos demateriales monolíticos. Es decir, que los componentes individuales consisten enun solo material (una de plástico sin refuerzo), o una combinación de materialesque se combinan de tal manera que los componentes individuales sonindistinguibles (una aleación de metal).Los materiales compuestos, por el contrario, consisten en dos o más materialescombinados de tal manera que los elementos individuales se pueden distinguirfácilmente.Un ejemplo común de un compuesto es de hormigón. Se compone de unaglutinante (cemento) y un refuerzo (tierra batida). Añadir otro refuerzo (varillas)se transforma en un hormigón compuesto de tres fases.

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INTRODUCCIÓN

Metales y aleaciones Hierro : Metal dúctil, maleable y muy tenaz, de color gris azulado, que puederecibir acabado muy fino y es el más empleado en la industria (en la forma deacero). Es ferromagnético a temperaturas inferiores a 760ºC. Se alea connumerosos metales; con el carbono y el nitrógeno se obtiene, según lasproporciones, soluciones sólidas terminales de inserción o compuestos definidos.Con el C forma el ACERO.

Es un metal reductor que se combina principalmente con el oxígeno, el azufre y elcloro. Reduce los ácidos cuyo anión no es reducible produciendo undesprendimiento hidrógeno, cosa que sucede con el ácido clorhídrico y el ácidosulfúrico. Es un metal maleable, tenaz, de color gris plateado y presentapropiedades magnéticas; es ferromagnético a temperatura ambiente y presión Lamayor parte de los metales proviene de los minerales. Un mineral es unasustancia de origen natural, con una composición química característica dentrode un cierto intervalo.Los metales más abundantes que existen como minerales en la corteza terrestre son aluminio, hierro, calcio, magnesio sodio, potasio titanio y magnesio

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INTRODUCCIÓN

Microestructura deLa Perlita (α + Fe3C)

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DIAGRAMA Fe - C

Reacción Peritéctica:L (0.53%C) + Fe δδδδ (0.09%C) →→→→ A (0.17%C)

Tp = 1495ºC Cp = 0.17%C

Reacción Eutéctica ( Metaestable):L (4.30%C) →→→→ A (2.11%C) + Cem(6.67%C)

Te = 1148ºC Ce = 4.30%C

Reacción Eutectoide ( Metaestable):A (0.77%C) →→→→ Fe (0.0218%C)+ Cem (6.67%C)

TE = 727ºC CE = 0.77%C

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DIAGRAMA Fe – CINTRODUCCIÓN AL ORDENAMIENTO INTERNO

Austenita Ferrita

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DIAGRAMA Fe – C INTRODUCCIÓN AL ORDENAMIENTO INTERNO

Red Cristalina del Grafito

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DIAGRAMA Fe - C

Red Cristalina de la Cementita

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INTRODUCCIÓN

En cuanto a los tratamientos térmicos se refiere diremos que:

Consisten en someter al acero a una combinación de operaciones decalentamiento y enfriamiento con tiempos determinados, con el fin devariar las proporciones de sus constituyentes y así producir laspropiedades deseadas sobre él. Las variaciones de las propiedades enel material que se producen como resultado del tratamiento térmicodeben ser permanentes, de lo contrario el tratamiento térmico no tendríaningún sentido.

Los tratamientos térmicos más utilizados son el temple, el revenido, elrecocido y la normalización. Todos los procedimientos se basan en latransformación o descomposición de la austenita.

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ESTRUCTURA CRISTALINA

� Los materiales sólidos se pueden clasificar según la regularidad con la que se sitúan sus átomos.

� Sólidos Cristalinos.� Sólidos no cristalinos o amorfos.

� Los materiales cristalinos tiene sus átomos ubicados en posiciones repetitivas o periódicas a lo largo de muchas distancias atómicas. Es decir al solidificar sus átomos se ordenan según un patrón tridimensional repetitivo.

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ESTRUCTURA CRISTALINA

� Materiales no cristalinos o amorfos : Carecen de un ordenamiento atómico sistemático y regular a distancias atómicas relativamente grandes.

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� De la facilidad con que la estructura atómicadel líquido se pueda transformar en un estado ordenado durante la solidificación .

¿De qué depende que un sólido adquiera forma cristalina o amorfa?

� El material amorfo posee una estructura atómica compleja y por esta razón es difícil que pueda ordenarse durante la solidificación.

� Dependencia de la capacidad natural de ordenamiento atómico.

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ESTRUCTURA CRISTALINA

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Celda Unitaria

� Entidad pequeña que se repite en la estructura cristalina.

� Son paralelepípedos o prismas.

� La Celda Unitaria es la unidad estructural fundamental y define la estructura cristalina mediante su geometría y por la posición de los átomos dentro de ella.

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ESTRUCTURA CRISTALINA

Observaciones:

� Se puede concluir que la estructura cristalina del material es la ordenación espacial de los átomos.

� Hay variadas estructuras cristalinas, las más simples son las de los metales. Las mas complejas son de los materiales cerámicos y poliméricos.

� Al describir la estructura cristalina se consideran los átomos como esferas sólidas con diámetros bien definidos. “Modelo atómico de esferas lisas”.

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ESTRUCTURA CRISTALINA� El enfriamiento rápido favorece la formación

de sólidos no cristalinos.

� Normalmente los metales forman sólidos cristalinos.

� Algunos cerámicos son cristalinos, mientras que otros como el vidrio son amorfos.

� Los polímeros pueden ser cristalinos, amorfos o una mezcla de ambos.

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REDES DE BRAVAIS, CLASIFICACIÓN DE RETÍCULOS ESPACIALES EN SISTEMAS CRISTALINOS

Mr August Bravais (1811 – 1863) cristalógrafo francés que estableció las 14 distribucionesposibles de puntos en el espacio

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Redes de Bravais

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ESTRUCTURA CRISTALINA DE LOS METALES

� La mayoría de los metales más corrientes cristaliza en una de las siguientes estructuras:� Cúbica centrada en las caras.� Cúbica Centrada en el cuerpo.� Hexagonal Compacta.

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Representación de la estructura Cúbica Centrada en las Caras (FCC)

Representación de la celdaMediante esferas rígidas.

Representación de la celdaMediante esferas reducidas.

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Representación de la estructura Cúbica Centrada en el Cuerpo (BCC)

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Representación de la estructura Hexagonal Compacta.

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Características principales de las estructuras cristalinas metálicas

� Número de Coordinación

� Factor de Empaquetamiento atómico.

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Número de Coordinación

� Número de átomos vecinos (que siempre están en contacto con cada átomo)

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Factor de Empaquetamiento atómico (FEA)

� Es la fracción de Volumen de las esferas en la celda unitaria según:

unitariaceldaladetotalVolumen

unitariaceldaunaenatomosdeVolumenFEA=

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Estructura FCC

� Ejemplos:� La Longitud de la arista del cubo ( ) y el radio

atómico R se relación por la siguiente fórmula:a

22Ra =

� Cada átomo del vértice es compartido entre ocho celdas unitarias , mientras que los átomos de las caras solo son compartidos entre dos celdas.

Cu, Al, Ag y Au

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Características de la estructura FCC

� Número de Coordinación = 12

El átomo centrado en la cara frontal tiene cuatro átomos vecinos correspondientes a los vértices, cuatro átomos vecinos correspondientes a los átomos centrados en las caras y que están en contacto con el por detrás y cuatro átomos vecinos correspondientes a los átomos centrados en las caras.

� Factor de Empaquetamiento atómico = 0,74

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Estructura BCC

� Ejemplos:

a

Cr, Fe, y W

� La Longitud de la arista del cubo ( ) y el radio atómico R se relación por la siguiente fórmula:

3

4Ra =

� Cada átomo del vértice es compartido entre ocho celdas unitarias , y el átomo del centro no es compartido.

2 ¿Cuántos átomos hay en la celda?

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Características BCC

� Número de Coordinación =

� Factor de Empaquetamiento atómico =

8

0.68

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Estructura Hexagonal Compacta (HCP)

� Ejemplos:Cd, Co, y Zn

� Las bases superior e inferior consisten en hexágonos regulares con hexágonos en sus vértices y uno en el centro. Otro plano que provee de tres átomos adicionales a la celda unitaria esta situado entre ambos planos.

� Cada átomo situado en los vértices contribuye con la sexta parte, los dos átomos del centro contribuyen con la mitad y los tres del plano central contribuyen enteramente.

6 ¿Cuántos átomos hay en la celda?

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Estructura Hexagonal Compacta

:cya Representan las dimensiones corta y larga de la celda unitaria.

633,1=a

cIdealmente.

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Estructura Hexagonal Compacta

� Número de Coordinación = 12

� Factor de Empaquetamiento atómico = 0,74

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Tabla de Datos para la Estructura Hexagonal Compacta a Temp.

Ambiente

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Ejemplo de Cálculos de Volumen Unitarios en HCP

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Continuación del Ejercicio

A partir de las figuras anteriores, se puede deducir lo sgte.:

Fig. (b) Área Total de la Base HCP = ½ * a2 * sen 60° * (6)= 3 * a2 * sen 60°

Fig. (a) Volumen Total Celda Unidad del Zn HCP;

Vol. = 3 * a2 * sen 60° * cVol = 3 * (0,2665 nm)2 * 0,8660 * 0,4947 nmVol. = 0,0913 nm3

Vol. = 9,13 * 10-20 mm3

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Cálculo de densidad

� El conocimiento de la estructura cristalina de un sólido metálico permite el cálculo de su densidad mediante la siguiente relación

AcNV

nA=ρ

mol

atmxAvogadrodenúmeroN

celdadevolumenV

atómicopesoA

celdalaenatómosdenúmeron

densidad

A

C

2310023.6:

:

:

:

:

=

ρ

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POLIMORFISMO Y ALOTROPÍA

� Algunos metales, no metales y sustancias elementales pueden tener más de dos estructuras cristalinas dependiendo de la temperatura y la presión.

� Por ejemplo el Carbón bajo condiciones ambientales es estable el carbono grafito; mientras que a presiones extremadamente altas se forma el diamante.

� El Fe puro tiene estructura BCC a temperatura ambiente y cambia a FCC a 912°C, y a 1390°C (fierro ɣ) vuelve a ser BCC (Fierro ɗ).

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Indices de Miller

� Se requieren símbolos para describir la orientación en el espacio de las direcciones y planos cristalográficos importantes. El sistema de Miller para la designación de índices para planos y direcciones cristalográficas es aceptado universalmente para este propósito hace décadas.

� Para identificar los diferentes planos y direcciones en un cristal se usan los índices de Miller (para planos (hkl), para direcciones [hkl]).

� La orientación de una superficie de un cristal plano se puede definir considerando como el plano corta a los ejes cristalográficos principales del sólido. La aplicación de un conjunto de reglas conduce a la asignación de los índices de Miller (hkl); un conjunto de números que cuantifican los cortes y que sólo puede usarse para identificar un plano o una superficie

� El siguiente procedimiento que permite asignar índices de Miller está simplificado y sólo sirve para el sistema cúbico:

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x

y

z z

y

x

[1 1 1]

[1 0 1]

[2 1 0]

Direcciones Planos

(1 1 1)

DIRECCIONES Y PLANOS CRISTALOGRÁFICOS EN SISTEMA CÚBICO

(1 0 0)

(0 0 1)

(0 1 0)

Para una sola dirección → se usa corchetesPara una familia de direcciones → se usa ˂ ˃

Los planos cristalográficos se identifican por juegos de Números enteros, al igual que las direcciones. Estos se obtienen de la intercepción que forman los planos con los ejes de coordenadas.

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DIRECCIONES Y PLANOS CRISTALOGRÁFICOS EN SISTEMA HEXAGONAL COMPACTO (HCP)

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SISTEMAS DE DESLIZAMIENTOS

� Un sistema de deslizamiento es la combinación de un plano y una dirección que se halla sobre el plano a lo largo del cual se produce el deslizamiento,

� El Mecanismo de deslizamiento puede definirse como el movimientoparalelo de dos regiones cristalinas adyacentes, una respecto a laotra, a través de algún plano (o planos),

� El deslizamiento no se produce sobre un plano solamente, sino sobrepequeñas regiones de planos paralelos llamados bandas dedeslizamiento o líneas de deslizamiento, dependiendo de susespesores. Puesto que todas las líneas de deslizamiento están engrupos paralelos dentro de cada monocristal (cada grano), debencorresponder a una misma familia de planos (hkl) ocupados del granoparticular.

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SISTEMAS DE DESLIZAMIENTOS

� A partir de mediciones sobre especímenes de monocristales deorientaciones conocidas se puede determinar 1) los planos sobrelos cuales se produce el deslizamiento y 2) la dirección dedeslizamiento dentro de estos planos. Tales experimentos hanrevelado que en las estructuras FCC el deslizamiento siempre seproduce sobre los planos {111} pero solamente en las direcciones<110>. Esto significa que si se produce el deslizamiento sobre elplano (111) será en alguna de las tres direcciones ± [101], ±[110],±[011].

� Los cristales FCC poseen 12 sistemas de deslizamiento debido aque tienen cuatro grupos {111} y con tres direcciones <110> encada una,

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SISTEMAS DE DESLIZAMIENTOS EN BCC y en HCP

� En otras estructuras de cristales metálicos, los sistemas dedeslizamiento tienen más variabilidad. En los metales BCC laslíneas de deslizamiento tienen una apariencia ondulada. En estoscristales el deslizamiento se produce predominantemente en lossistemas {110} <111> y la apariencia ondulada se debeaparentemente a deslizamiento simultáneo sobre los otros dossistemas de planos {211} y {321} . En cristales HCP reales, larelación c/a no es igual al valor ideal de 1.633 del modelo de esferadura. Para los metales c/a > 1.633 hay alguna preferencia para eldeslizamiento sobre el plano basal, <1120>(0001),

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Estructura Dirección de Deslizamiento

Planos de Deslizamiento

Ejemplos

FCC <110> {111} Cu, Al, Ni, Pb, Au, Ag, Fe

BCC <111> {110} Fe, W, Mo, Latón, Nb, Ta

BCC <111> {210} Fe, Mo, W, Na

BCC <111> {321} Fe, K

HCP <1120> (0001) Cd, Zn, Mg, Ti, Be, Co

HCP <1120> {1010} Ti, Mg, Zr, Be

HCP <1120> {1011} Ti, Mg

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ASPECTOS IMPORTANTES

� 1. Las direcciones de deslizamiento son siempre en la dirección deempacamiento compacto. Existen algunas excepciones, por ejemplo,mercurio sólido,

� 2. El deslizamiento ocurre usualmente sobre la mayoría de los planoscompactos. Esta observación parece estar relacionada con el hecho de quelos planos empaquetados más densamente también son el grupo de planos(h k l) ocupados que tienen el espaciamiento más amplio.Consecuentemente, se puede esperar que estos planos ofrezcan la mínimaresistencia al corte.

� 3. El deslizamiento se produce primero sobre el sistema de deslizamientoque tiene el mayor esfuerzo de corte a lo largo de su dirección dedeslizamiento.

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DISTANCIA INTERPLANAR

� En estructuras cristalinas cúbicas, la distancia interplanar entre dos planos paralelos muy cercanos con los mismos índices de Miller se designa por dhkl, donde h, k y l son los índices de Miller de los planos.� dhkl = a / h2 + k2 + l2

Ejemplo: el Cu tiene una estructura FCC y una celda unitaria con distancia interatómica = 0,361 nm Cuál es la distancia entre los planos d220 ?Respuesta:

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IMPERFECCIONES CRISTALINAS

� La verdad es que no existen los cristales perfectos si no que contienenalgunos tipos de defectos que afectan a sus propiedades físicas y mecánicas.

� Clasificación:� Defectos puntuales o de dimensión cero� Defectos Lineales (dislocaciones)� Defectos bidimensionales, que incluyen superficies externas o límites de granos internos� Los defectos tridimensionales también deberían ser considerados, tales como poros, fisuras e

inclusiones.

DEFECTOS PUNTUALES

El defecto puntual más simple es la vacancia. Hueco creado por la pérdida deun átomo que se encontraba en esa posición. Las vacancias se puedenproducir ya sea por perturbación local durante la solidificación o porreordenamiento atómico dentro del cristal ya formado a causa de la movilidadde los átomos. Las vacancias también se pueden originar durante ladeformación plástica del metal, por enfriamientos bruscos y por bombardeo departículas con energía tales como neutrones.

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DEFECTOS PUNTUALES

� Las vacancias de no equilibrio tienden a agrupase formando clusters.� Las vacancias pueden cambiar de posición, esto es útil para la difusión o

migración de átomos en estado sólido.� Origen a los huecos interticiales, útiles en aleaciones en que se requieren

ciertas propiedades (Ejemplo típico son los aceros aleados).

Observar la deformación del contornodel interticio

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DEFECTOS LINEALES, LAS DISLOCACIONES

� Las dislocaciones en sólidos cristalinos son defectos que dan lugar a una distorsión de la red centrada en torno a una línea.

� Estas se crean durante la solidificación de los sólidos cristalinos, también se pueden formar por deformación plástica, por condensación de vacantes y por emparejamientos atómicos incorrectos en las soluciones sólidas,

� Tipos de dislocaciones ppales.:� De Cuña� Helicoidal

� LEER CAPÍTULO IV Libro Callister.� Comprender el concepto de las dislocaciones en los metales y como

influyen en la rigidez o capacidad de formación de los materiales metálicos.

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DEFECTOS PLANARES, LÍMITES DE GRANO Y DEFECTOS INTERFACIALES

� Los límites de grano son defectos interfaciales en materiales policristalinos, separan granos o cristales de distinta orientación.

� Se crean en la etapa de solidificación a partir de cristales que nuclearon con distinta orientación.

Nucleación y crecimiento de granos a) enfriamiento rápido y b) enfriamiento lento

Grano de γ en matriz α en unAcero inoxidable duplex 2205

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DEFECTOS PLANARES, LÍMITES DE GRANO Y DEFECTOS INTERFACIALES

� El límite de grano es una región estrecha y es una región de átomosdesalineados entre granos adyacentes,

� El empaquetamiento atómico en el borde de grano es menor que dentro delos granos debido al desalineamiento entre bordes de grano,

� Es una zona de tensión (mayor estado energético) lo que implica que es unazona de mayor energía,

� La mayor energía de los bordes de grano hace de esta región en condicionesfavorables para la nucleación y crecimiento de precipitados

� El menor empaquetamiento atómico hace de estas zonas permite unadifusión más rápida de los átomos en la región del límite de grano,

� A T° ordinarias, los L. de grano también limitan el flujo plástico al presentardificultades al movimiento de dislocaciones en la zona de L. de grano,

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TAMAÑO DE GRANO

� El tamaño de grano en materiales policristalinos es importante pues la cantidad de superficie del límite de grano tiene efecto en las propiedades de los materiales metálicos, en especial en la Resistencia,

� A T° bajas (menos de la mitad de la T° de fusión), los L. de granos refuerzan a los metales por restricción del movimiento de las dislocaciones bajo tensión,

� Método usado para el tamaño de grano es la norma ASTM en donde se relaciona el área con la cantidad de granos, a saber:

� N = 2 n-1

� Donde N es el N° de granos por pg2 en una superficie pulida a 100 aumentos y n es un N° entero referido al índice ASTM de tamaño de grano

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TAMAÑO DE GRANO