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RECONOCIMIENTO DE M TERI LES US DOS EN INGENIER Y

ESTRUCTUR S CRIST LIN S

1.1 Objetivos

Observar el comportamiento de diferentes materiales a diversas acciones externas y

relacionarlos con una propiedad en particular cada vez.

Famil iarizar al estudiante con los procedimientos que se utilizan para el manejo de los

Materiales.

Identificar, observar las principales estructuras cristalinas, en las que solidifican los

metales, y reconocer en stas las direcciones y planos ms compactos

1.2

Desarrollo Terico de la Prctica

1.2.1 Clasificacin de los Materiales.

Los materiales usados en el campo de la Ingeniera se presentan en diferentes formas, su

clasificacin obedece a varias consideraciones como: la estructura atmica, composicin qumica

y sus aplicaciones. La clasificacin de materiales para Ingeniera Mecnica se establece en

cuatrogrupos:

1.

Metales

2.

Cermicos

3. Polmeros (naturales y artificiales)

4.

Compuestos (dos o ms de los tres materiales anteriores)

Las diferencias en las caractersticas de cada grupo dependen del tipo de enlace entre los tomos

o entre las molculas.

1.2.1.1

Tipos de Enlace

Enlace Metlico:

Este enlace se caracteriza porque los electrones de valencia son compartidos por ms de dos

tomos y no se encuentran ligados a ningn tomo en particular, dando lugar a la formacin deuna nubede electrones.

Enlace Inico:

Surge de la atraccin electrosttica entre los iones con cargas opuestas. Estos iones resultan de la

transferencia de uno o ms electrones de valencia de un tomo electropositivo a un tomo

electronegativo.

Enlace Covalente:

Es un enlace en el cual dos tomos del mismo elemento o de diferentes elementos comparten

electrones.

Enlace de Van Dar Waals:

Este enlace se debe a fuerzas intermoleculares las cuales son dbiles y son producto de lainteraccin mutua de molculas o tomos inertes.

Los materiales metlicos, estn caracterizados por enlaces metlicos; los materiales cermicos por

enlaces inicos y covalentes y por ltimo los materiales polimricos por enlaces covalentes y de

Van Der Waals.

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1.2.2

Definiciones de Estructuras Cristalinas

En el estado slido los materiales se pueden clasificar de acuerdo a la regularidad con que se sitan

los tomos unos respecto a otros, as los materiales pueden ser amorfos y cristalinos. En un

materialcristalinolos tomos de los materiales presentan cierta permanencia de posiciones que

da lugar a la formacin de cristales. El agrupamiento ordenado de tomos en el espacio da lugar

a una redespacial, constituida por una serie de celdil las iguales. La menor de estas celdillas, sedenomina CeldaUnitaria. Existen tres celdas, de entre todas las redes de Bravais, en que solidifican

la mayor parte de los metales y se encuentran en la naturaleza, stas son: cbica centrada en las

caras (FCC), cbica centrada en el cuerpo (BCC), y hexagonal compacta (HCP).

La estructura de un material influye sobre sus propiedades, aun cuando su composicin sea la

misma, es por ello que es de gran importancia el estudio de dichas estructuras.

Nmerodetomosporceldaunitaria: La cantidad de puntos de red por celda es especfica, por

cada punto de red en dicha celda se ubica un tomo, pero se debe tener en cuenta que estos

puntos de red son compartidos con las celdas unitarias adyacentes, por lo tanto solo una cierta

"porcin" de ese tomo ser parte de la celda unitaria.

Estructura BCC FCC HCP

Nmero de tomos por celda 2 4 2

NmerodeCoordinacin:se define como la cantidad de tomos vecinos ms cercanos que rodean

a un tomo dado y estn en contacto.

Estructura BCC FCC HCP

Nmero de Coordinacin 8 12 12

FactordeEmpaquetamiento: Es la relacin entre el espacio ocupado por los tomos en la celda

unitaria, suponiendo que son esferas duras que tocan a sus tomos ms cercanos, y el volumen

de la celda unitaria.

Estructura BCC FCC HCP

Factor de Empaquetamiento 0,68 0,74 0,74

PlanosCristalogrficos:son planos definidos por tres tomos no alineados, en una red cristalina,

formando un plano nico dentro de una celda unitaria y con la notacin de Miller, sistema

universalmente aceptado.

PlanosdeDeslizamiento: Son los planos cristalogrficos de mayor importancia, ya que son los de

mayor densidad atmica y de mayor distancia interplanar. Su importancia radica en que el

deslizamiento por deformacin plstica se produce sobre estos planos.

Intersticios: Son los espacios vacos en las estructurascristalinas en los cuales pueden alojarse

tomos diferentes.

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1.2.2.1

Propiedades de los Materiales

El estudio de los materiales se basa en las propiedades que presentan estos. Estas propiedades se

pueden dividir segn el punto de vista de la Ingeniera Mecnica como:

(fatiga)cclicascargasaaResistenci

)(tenacidadimpactoalaResistenci

Corrosin

Cavitacin

Erosin

Abrasin

desgastealaResistenci

n)penetracilaaia(resistencDureza

Corte

Torsin

Flexin

Compresin

Traccin

MecnicaaResistenci

MecnicassPropiedade

dFusibilida

trmicoChoque

idadInflamabil

fsicas)las(deasTecnolgicsPropiedade

Fragilidad

adMaleabilid

Ductilidad

mecnicas)las(deasTecnolgicsPropiedade

Magnetismo

elctricadadConductivi

TrmicadadConductivifusindePunto

Densidad

FsicassPropiedade

1.2.2.1.1

PROPIEDADES MECNICAS

1.2.2.1.1.1

Resistencia Mecnica

Resistencia a la Traccin.

Se establece en base a una prueba en la cual la probeta se somete a esfuerzos normales con el

objeto de cuantificar el comportamiento durante la deformacin y posterior rotura, a travs del

ensayo normalizado de traccin.

Resistencia a l a Compresin.

Es la resistencia que presenta un cuerpo a cambiar su forma y dimensiones ante la aplicacin de

esfuerzos normales de compresin. Este fenmeno puede ser analizado cuantitativamentemediante el ensayo normalizado de compresin.

Resistencia a la Flexin.

Es la resistencia que presentan los cuerpos a la accin de esfuerzos axiales y cortantes resultantes

de la aplicacin de carga en un elemento simplemente apoyado.

Resistencia a l a Torsin.

Es la resistencia que presenta un cuerpo a la accin de esfuerzos cortantes, generados por el

momento torsor aplicados en su seccin transversal.

Resistencia al Corte.

Es la resistencia que presenta un cuerpo a la accin de esfuerzos cizallantes.

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I lustracin N 1.1 Resistencia Mecnica.

Ilustracin N 1.2 Diagrama Esfuerzo - Deformacin.

1.2.2.1.1.2 Dureza

La dureza de un material se puede determinar por su resistencia a la penetracin (rayado o

indentacin) producida por un material sobre otro.

Escala de Dureza Mohs

La resistencia al rayado se puede estimar por medio de la escala de dureza Mohs, que es un

mtodo comparativo con respecto a una serie de minerales, clasificados del 1 al 10, donde el 10

raya al 9, el 9 raya al 8 y as sucesivamente hasta el 1.

MINERAL DUREZA

Talco 1

Yeso 2

Calcita 3

Fluorita 4

Apalita 5

Ortoclasa 6

Cuarzo 7

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Topacio 8

Corindn 9

Diamante 10

La resistencia a la indentacin se basa en la accin de un indentador. Este efecto se puede

cuantificar por varios mtodos, siendo los ms usados: Brinell, Vickers, Rockwell y Shore.

1.2.2.1.1.3

Resistencia al Desgaste

Resistencia que presenta un material a la remocin superficia l de partculas. Esta remocin de

partculas se denomina desgaste y es producida por diversos fenmenos como:

- Abrasin

- Erosin

- Cavitacin

- Corrosin

1.2.2.1.1.4

Resistencia al Impacto

Es la cantidad de energa que es capaz de absorber un cuerpo en forma violenta antes de

fracturarse. Si el material es capaz de absorber en estas condiciones, una gran cantidad de energa

mediante deformacin plstica se le define como tenaz.

I lustracin N 1.6 Curva de Transicin Dctil-Frgil

1.2.2.1.1.5

Resistencia a cargas cclicas Fatiga Mecnica)

La fatiga mecnica se refiere, en general, al deterioro gradual de un material que est sujeto acargas repetidas, por ejemplo, cargas axiales de traccin - compresin que se aplican

consecutivamente.

Las pruebas que cuantifican esta propiedad son las de tipo dinmico. La carga ms comn en estos

ensayos es la que realiza traccin y compresin alternadas de iguales valores numricos, obtenidas

mediante la rotacin de una probeta ci lndrica liza, mientras est bajo carga de flexin. Los ciclos

de carga se aplican hasta que se alcanza la falla de la probeta a un nmero de ciclos lmite. Sin

embargo, puede encontrarse un valor de esfuerzo que no producir falla, independientemente

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del nmero de ciclos aplicados; este valor de esfuerzo se llama lmite de fatiga y corresponde al

parmetro ms importante en la cuantificacin de la resistencia a la fatiga mecnica en un

material.

1.2.2.1.2PROPIEDADES FSICAS

Densidad

La densidad absoluta de una sustancia homognea es la relacin de masa en la unidad de volumen

de dicha sustancia.

Punto de Fusin

Es la temperatura mxima a la cual un slido coexiste en equilibrio con su lquido a una presin

dada. En elementos qumicos puros el punto de fusin es definido, en cambio, en aleaciones o

compuestos esta propiedad corresponde a un intervalo de temperaturas.

Conductividad Trmic a

La conductividad trmica se puede definir como la cantidad de Calor que se puede conducir por

Unidad de tiempo, a travs de una unidad de rea en un determinado material, cuando el

gradiente de temperatura en el elemento conductor de calor es la unidad.Conductividad El ctrica

Es la facilidad que presenta un material al paso de la energa elctrica.

Magnetismo

Es una propiedad que poseen los materiales para permitir el paso de lneas de flujo magntico.

1.2.2.1.3

PROPIEDADES TECNOLGICAS MECNICAS)

Ductilidad

Es la propiedad que tiene un material para deformarse plsticamente bajo la accin de esfuerzos

axiales de traccin.

Maleabilidad

Es la facil idad que presentan ciertos materiales para deformarse plsticamente bajo la accin de

esfuerzos de compresin.

Fragilidad

Es una propiedad mecnica inherente a los materiales muy duros los cuales no muestran

capacidad para deformarse plsticamente, esto es, se rompen con poco alargamiento.

1.2.2.1.4PROPIEDADES TECNOLGICAS FSICAS)

Inflamabilidad

Es la capacidad de una sustancia de combinarse con el oxgeno del aire, liberando por este efecto

importantes cantidades de calor y produciendo al mismo tiempo fenmenos de incandescencia ymuchas veces tambin llamas. Este efecto se produce con cada material a una determinada

temperatura y presin

Resistencia al Choque Trmico Fatiga Trmica)

Es la capacidad que tiene un cuerpo para soportar los esfuerzos trmicos provocados por cambios

repentinos e intensos de temperatura.

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Durante el enfriamiento o calentamiento rpido, los cambios de temperatura externos se dan ms

rpidamente que en interior del material, esto genera gradientes de temperatura a travs del

cuerpo, los cuales resultan en la aparicin de esfuerzos internos (al contraerse o expandirse el

material) que son, por lo general, de alta magnitud y crean deformacin plstica. Bajo estas

condiciones, la fallase acelera por los efectos perjudiciales de la temperatura en la resistencia

mecnica. Esto se conoce como falla por fatiga trmica . Una manera de prevenir el choque trmicoes alterando las condiciones externas al grado de que las tasas de enfriamiento o calentamiento

disminuyan y los gradientes de temperatura a travs del material se reduzcan. Fusibilidad

Es la capacidad que posee un slido para cambiar al estado de agregacin lquida (fundirse).