folleto tecnologia de materiales
TRANSCRIPT
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
1/71
TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES
UNIVERSIDAD TECNICA DE AMBATO
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN
PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
TECNOLOGIA DE MATERIALES
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
2/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
TECNOLOGA DE MATERIALES
INDICE
ESTRUCTURA ATOMICA _________________________________________________ 1
CONCEPTOS BASICOS _______________________________________________________ 1ELEMENTO _______________________________________________________________________ 1ATOMO _________________________________________________________________________ 1NUMERO ATOMICO _______________________________________________________________ 1MASA ATOMICA __________________________________________________________________ 1
DISPOSICIN DE ELECTRONES EN LOS TOMOS __________________________________ 2
CONFIGURACIN ELECTRNICA _______________________________________________ 2
Ejercicios _________________________________________________________________ 3
TABLA PERIODICA __________________________________________________________ 4
CLASIFICACION DE LOS ELEMENTOS _______________________________________ 5
Metales. __________________________________________________________________ 5
No metales. _______________________________________________________________ 5
Los metaloides. ____________________________________________________________ 6
DISPONIBILIDAD DE LOS MATERIALES _____________________________________ 6
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES _______________________________________ 7
PROPIEDADES FISICAS _______________________________________________________ 7Dilatacin por calor ________________________________________________________________ 7Temperatura de fusin temperatura de solidificacin ___________________________________ 7Masa, peso, densidad ______________________________________________________________ 7Peso ____________________________________________________________________________ 8Densidad ________________________________________________________________________ 9
PROPIEDADES TECNOLGICAS _______________________________________________ 10
Maleabilidad ____________________________________________________________________ 10Colabilidad ______________________________________________________________________ 10Mecanizabilidad _________________________________________________________________ 10
Soldabilidad _____________________________________________________________________ 10Templabilidad ___________________________________________________________________ 10
PROPIEDADES MECANICAS __________________________________________________ 10
Resistencia ______________________________________________________________________ 10Elasticidad y plasticidad ___________________________________________________________ 11Fragilidad y tenacidad _____________________________________________________________ 13Dureza _________________________________________________________________________ 13
PROPIEDADES QUIMICAS ___________________________________________________ 14
PROCESOS QUMICOS Y FISICOS _____________________________________________________ 14
ENLACES ____________________________________________________________ 15
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
3/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
TECNOLOGA DE MATERIALES
ENLACE INICO. ___________________________________________________________ 15
ENLACE COVALENTE _______________________________________________________ 16
ENLACE METLICO. ________________________________________________________ 17
ENLACE DE VAN DER WAALS. ________________________________________________ 17
ESTRUCTURAS CRISTALINAS ____________________________________________ 18
MATERIALES CRISTALINOS Y AMORFOS. _______________________________________ 18
RED ESPACIAL. ____________________________________________________________ 18
REDES DE BRAVAIS. ________________________________________________________ 19
Cbico simple (CS). _______________________________________________________________ 19Cbico centrado en el cuerpo (BCC). _________________________________________________ 20Cbica centrada en las caras (FCC). __________________________________________________ 20Hexagonal compacta (HC). _________________________________________________________ 21Ejercicios: ______________________________________________________________________ 22
PARMETRO DE RED PARA ALGUNOS GRUPOS DE COMPUESTOS ___________________ 24
DIRECCIONES Y PLANOS CRISTALOGRFICOS EN LAS ESTRUCTURAS ________________________ 24CRISTALINAS ____________________________________________________________________ 24DIRECCIONES ____________________________________________________________________ 24PLANOS CRISTALOGRFICOS _______________________________________________________ 25NDICES DE MILLER PARA LOS PLANOS CRISTALOGRFICOS ______________________________ 25
ESTRUCTURA HEXAGONAL COMPACTA (HC) ____________________________________ 28
PARAMETROS DE RED PARA ALGUNOS TIPOS DE COMPUESTOS ____________________ 31
DIRECCIONES Y PLANOS CRISTALOGRAFICOS _______________________________ 31
DIRECCIONES CRISTALOGRFICAS. ____________________________________________ 31
Procedimiento para determinar las direcciones cristalogrficas ___________________________ 31
PLANOS CRISTALOGRFICOS. ________________________________________________ 32
SISTEMA DE DESLIZAMIENTO EN LOS MATERIALES __________________________ 34
FRACCIN ATMICA LINEAL ____________________________________________ 35
PROPIEDADES ESPECIALES DE LOS MATERIALES ____________________________ 36
POLIMORFISMO Y ALOTROPA _______________________________________________ 36
ANISOTROPA_____________________________________________________________ 36
ISOTROPA _______________________________________________________________ 36
CRISTALIZACIN ______________________________________________________ 36
DEFECTOS DE LA ESTRUCTURA CRISTALINA _____________________________________ 37
Defecto puntuales ________________________________________________________________ 37Defectos lineales _________________________________________________________________ 38Macro defecto ___________________________________________________________________ 39
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
4/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
TECNOLOGA DE MATERIALES
ESTRUCTURA DE LAS ALEACIONES _______________________________________ 39
DIAGRAMAS DE FASES _________________________________________________ 40
METODOS EXPERIMENTALES ________________________________________________ 40
ANALISIS TERMICO. _______________________________________________________________ 40METODO METALOGRAFICO. ________________________________________________________ 41DIFRACCIN DE RAYOS X __________________________________________________________ 41
REGLA DE LAS FASES _______________________________________________________ 46
DIAGRAMAS DE FASE __________________________________________________ 49
DIAGRAMA DE FASE TIPO 1: SOLUBILIDAD TOTAL ________________________________ 49
REGLAS ________________________________________________________________________ 50EJEMPLO 1 ______________________________________________________________________ 51
DIAGRAMA DE FASE TIPO 2: _________________________________________________ 53EJEMPLO _______________________________________________________________________ 54Eutctico _______________________________________________________________________ 54
DIAGRAMA DE FASE TIPO 3: _________________________________________________ 55
Ejercicio ________________________________________________________________________ 56
DIAGRAMA DE FASE TIPO 4: CAMBIO DE FASE ISOTERMICAMENTE _________________ 57
DIAGRAMA DE FASE TIPO 5: REACCION PERITECTICA _____________________________ 58
DIAGRAMA DE FASE TIPO 6: DOS LIQUIDOS PARCIALMENTE SOLUBLES EN EL ESTADO
LQUIDO (Reaccin Monottica) ______________________________________________ 59DIAGRAMA DE FASE TIPO 7: DOS METALES INSOLUBLES EN EL ESTADO LQUIDO Y SLIDO
________________________________________________________________________ 60
DIAGRAMA DE FASE TIPO 8: REACCION EUTECTOIDE (Alotropia) ____________________ 61
DIAGRAMA DE FASE TIPO 9: REACCION PERITECTOIDE ___________________________ 62
DIAGRAMAS COMPLEJOS REALES___________________________________________ 63
DIAGRAMA DE FASE FeC __________________________________________________ 64
EJEMPLO _______________________________________________________________________ 65
CLASIFICACIN DE ACERO ______________________________________________ 66
Composicin Qumica ______________________________________________________ 66
EJEMPLO_________________________________________________________________ 67
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
5/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
1TECNOLOGA DE MATERIALES
TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES
ESTRUCTURA ATOMICA
CONCEPTOS BASICOS
ELEMENTO.-es una sustancia que est formada por tomos del mismo tipo yque no puede descomponerse en otras sustancias ms simples.
ATOMO.- es la partcula ms pequea que conserva las propiedades delelemento al que pertenece.
Su significado etimolgico es (a=sin; tomos=divisin). El tomo tiene un ncleocon protones, neutrones y en su capa electrones; el nmero de protones esigual al nmero de electrones por lo que el tomo es elctricamente neutro. Lamasa o peso atmico se encuentran en el orden de , su tamao se
puede medir en:
NUMERO ATOMICO.- es equivalente al nmero total de electronesequivalentes en el ncleo.
MASA ATOMICA.-es la suma del nmero de protones y neutrones que existeen el ncleo.
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
6/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
2TECNOLOGA DE MATERIALES
DISPOSICIN DE ELECTRONES EN LOS TOMOS
CONFIGURACIN ELECTRNICA
Es la manera ordenada de repartir electrones en los niveles y subniveles deenerga.
Los electrones se encuentran orbitando alrededor del ncleo en diferentesniveles de energa. El mximo nmero de electrones que se puede acomodaren cada capa es en donde n es el nmero quntico o nmero de capas.
Subcapas.-cada una de las capas que hemos mencionado es decir para cadan existe subcapas que reflejan diferencias, los niveles de energa discretos quelos elementos pueden ocupar dentro de la capa.
Estas diferencias se deben a 3 nmeros cunticos:
1) Nmero de momento angular orbital (l).- es el nmero de la medida de lacantidad del movimiento angular del electrn y puede tener valores l=0,1,2,3,4,5. a(n-1), las letras s ,p ,d ,f ,g ,h han sido introducidas parasimplificar dichos valores de l.
2) Nmero quntico magntico (MI).- representa la cantidad de momento
angular en una direccin especfica y toma valores Ml= -1,-1, 0, 1,1. 3.3) Nmero de spn (Ms).- representa el momento cintico sobre su propio
eje puede tomar valores Ms= +-1/2.
La configuracin electrnica de un tomo se puede representar por un nmerorepresentativo de la capa principal, seguida por la letra representativa de lasubcapa l y finalmente el nmero de electrones de la subcapa como sperndice.
n 1 2 3 4 5 6 7K L M N O P Q
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
7/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
3TECNOLOGA DE MATERIALES
Ejercicios
Realizar la configuracion electronica de los siguientas elementos:
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
8/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
4TECNOLOGA DE MATERIALES
TABLA PERIODICA
Del litio al nen la segunda capa se llena de su mximo posible de 8 (e-); en
este proceso la capa 2s se llena de lo mximo posible con el Berilio. Desde el
Boro hasta el Nen los electrones van llenando progresivamente las subcapas
2p a su mximo de 6 (e-).
En el siguiente elemento el Sodio su ltimo electrn tiene que entrar en la
tercera capa principal que es semejante al H y Li por todo ello el Sodio est
colocado en el mismo grupo.
Del Sodio al Argn; es el mismo proceso que le ocurre entre el Litio al Nen por
lo tanto las subcapas 3s y 3p estn llenas ahora.
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
9/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
5TECNOLOGA DE MATERIALES
CLASIFICACION DE LOS ELEMENTOSLos elementos qumicos pueden clasificarse en tres grupos: metales, nometales, metaloides; los metales pueden ser ferrosos o no ferrosos, que se
distinguen por varias propiedades caractersticas.
Metales.
La mayor parte de los elementos metlicos exhibe el lustre brillante queasociamos a los metales. Los metales conducen el calor y la electricidad, sonmaleables (se pueden golpear para formar lminas delgadas) y dctiles (sepueden estirar para formar alambres).
Todos son slidos a temperatura ambiente con excepcin del mercurio (Tf= -39 C) que es un lquido.
Los metales tienden a tener energa de ionizacin bajas y por lo tanto se oxidan(pierden electrones) cuando sufren reacciones qumicas. Los metales comunestienen una relativa facilidad de oxidacin. Muchos metales se oxidan condiversas sustancias comunes incluidos l y los cidos.
Se utilizan con fines estructurales, fabricacin de recipientes, conduccin decalor y la electricidad. Ejemplo: hierro, calcio, magnesio, sodio, potasio, cobre,manganeso, zinc, cobalto, molibdeno,..
No metales.Los no metales varan mucho en su apariencia no son lustrosos y por logeneral son malos conductores del calor y de la electricidad.
Sus puntos de fusin son ms bajos que los de los metales (aunque eldiamante en forma de carbono se funde a 3570C)
Varios no metales existen en condiciones ordinarias como molculasdiatmicas. En esta lista ( , , , y ) un lquido ( ) y un slido voltil
( ). El resto de lo no metales son slidos que no pueden ser duros como eldiamante y blandos como el azufre.
Al contrario de los metales, son muy frgiles y no pueden estirarse en hilos ylminas.
Se encuentran en los tres estados de la materia a temperatura ambiente. Notienen brillo metlico y no reflejan la luz.
Muchos no metales se encuentran en todos los seres vivos: C, H, O, N, P, S encantidades importantes.
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
10/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
6TECNOLOGA DE MATERIALES
Los metaloides.
Se parecen a los metales en algunos aspectos y a los no metales en otros,generalmente tienen alguna conductividad pero poca y ninguna plasticidad por
ejemplo el Carbono y el boro.
DISPONIBILIDAD DE LOS MATERIALESLos primeros materiales que se los encontr en la naturaleza (materiales
naturales), que eran productos animales (lana, seda. cuero, cuerno), vegetales
(madera. resina) y minerales (piedras, cristales, arcilla). Los materiales
industriales actuales se obtienen generalmente en forma sinttica (aceros,
metales ligeros, plsticos), los componentes son sustancias bsicas que se
encuentran en la corteza terrestre o en la atmsfera.
En la figura se muestra el crecimiento de los plsticos as como la importancia
de los materiales metlicos.
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
11/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
7TECNOLOGA DE MATERIALES
PROPIEDADES DE LOS MATERIALESTienen gran importancia al momento de seleccionar un material suspropiedades fsicas, tecnolgicas, mecnicas y qumicas.
PROPIEDADES FISICAS
Estas son:
La conductividad trmica y elctrica.El punto de fusin. (Temperatura a la cual se encuentra el equilibrio defases solido-liquido)La densidad. (Cantidad de masa en un determinado volumen)
Estas propiedades determinan las posibilidades de aplicacin de los materiales.
Dilatacin por calor
Al aumentar la temperatura, los cuerpos se dilatan en todas las direcciones yadquieren un volumen mayor.
Al aportarse calor aumenta le energa dinmica de las partculas, con lo queestas tienden a apartarse de su posicin de equilibrio, la textura de la sustanciapierde consistencia y el cuerpo se dilata.
Al enfriar un cuerpo solido se hace ms lenta la oscilacin de las partculas, y el
cuerpo se contrae. Casi todas las substancias se contraen al enfriarse. Lafundicin de hierro, por ejemplo. Se contrae en un 1% de su longitud inicial entodas las direcciones al enfriarse despus de colada.
Temperatura de fusintemperatura de solidificacin
La temperatura de fusin y la temperatura de solidificacin son iguales.
Al enfriar un cuerpo lquido, la energa dinmica de las partculas disminuye,volviendo poco a poco a la unin slida. En este proceso se desprende calor deforma que la temperatura permanece constante un corto intervalo de tiempo. La
temperatura al inicio de la solidificacin se llama temperatura o punto deequilibrio.
Masa, peso, densidad
Tener masa es una propiedad de toda materia. Esto se explica por la cantidady tipo de partculas de que se compone el cuerpo. La masa se exterioriza por laresistencia del cuerpo a los cambios de su estado de movimiento (inercia).
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
12/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
8TECNOLOGA DE MATERIALES
Ejemplo:
Un cuerpo permanece en reposo en tanto no actu sobre el alguna fuerza. Ental caso da arranque sbito el cuerpo bscula. Esto explica la resistencia
(inercia) de la masa.
Como unidad de masa se emplea un cilindro de una aleacin de platino e iridioque se conserva en Pars. Su masa se designa por 1 kg (un kilogramo). Lamasa de un cuerpo se determina comparndola con cuerpos de masa conocida(pesas de la balanza). La comparacin de masas puede hacerse con labalanza de brazos.
Peso.-Todo cuerpo es atrado por la masa de la tierra con una fuerza FG. Estafuerza se mide en N (newton). La unidad de masa es kg (kilogramo) debido a
esa atraccin, tiene un peso de 9.81 N
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
13/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
9TECNOLOGA DE MATERIALES
Densidad.- Caracteriza a una sustancia determinada y es la relacin de lamasa de un cuerpo por unidad de volumen. La densidad puede obtenerse porvarias formas.
Ejercicio:
Calcular la densidad de los siguientes materiales.
COBRE
1Kg
ALUMINIO
1kg
HIERRO
1Kg
AGUA
1kg
PLOMO
1Kg
ORO
1Kg
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
14/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
10TECNOLOGA DE MATERIALES
PROPIEDADES TECNOLGICAS
Estas propiedades indican el comportamiento del material al trabajarlo.
Maleabilidad.- Es la capacidad de un material para sufrir deformacionesplsticas cuando es sometido a cualquier tipo de esfuerzo, ej: el acero.
Colabilidad.- Se denominan colables los materiales que funden y puedencolarse en moldes a temperaturas rentables. Por ej: en la fundicin gris, plomo,estao y aleaciones de cobre.
Mecanizabilidad.- Se dicen que son mecanizables por corte o arranque deviruta, aquellos materiales en los que, aplicando fuerzas tecnolgicasrazonables, pueden romperse la cohesin de las partculas.
Soldabilidad.- Soldadles son los materiales en los que, por unin de lassustancias respectivas (soldadura por fusin o presin) pueden conseguirseuna cohesin local.
Templabilidad.- Indica que la dureza del material puede modificarse portrasposicin de partculas
PROPIEDADES MECANICAS
Las propiedades mecnicas de un material describen su comportamiento bajola accin de fuerzas externas.
Resistencia.- Es la oposicin al cambio de forma y a la separacin. Lasfuerzas externas que pueden presentarse como carga son:
Traccin Compresin Flexin
Cizalladura Torsin
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
15/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
11TECNOLOGA DE MATERIALES
Toda fuerza externa genera en el material tensiones de acuerdo con el tipo desolicitacin por ej. Traccin y compresin.
Elasticidad y plasticidad.-son propiedades de cambio de forma, denominadoplstico si el cambio es permanente y elstico si el cambio no es permanente.La elasticidad es la propiedad que tienen los metales para regresar a suscondiciones iniciales despus de aplicarles una fuerza deformadora.
Diagrama Esfuerzo-Deformacin.
P (limite proporcional): donde el esfuerzo y la deformacin son
proporcionales entre s.E (limite elstico):puede definirse como el esfuerzo mnimo al que ocurre laprimera deformacin permanente.
Sy (punto de cedencia):es un esfuerzo donde el material continadeformando sin que haya incremento de carga.
M (resistencia lmite): es la mxima ordenada de la curva esfuerzo-deformacin.
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
16/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
12TECNOLOGA DE MATERIALES
Ensayo Tensin - Compresin
Maquina Universal
Probeta (medidas iniciales)
Do= Dimetro final.
Lo= Longitud Inicial
Rotura (forma copa y cono)
Material dctil (Ejemplo:estao)
Rotura (no hay copa ni cono)
Material frgil (Ejemplo:cermica)
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
17/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
13TECNOLOGA DE MATERIALES
Fragilidad y tenacidad.- Indican el comportamiento de un material bajodeterminadas solicitaciones. Un material es tenaz si tiene cierta capacidad dedilatacin, y frgil si se rompe sin deformacin permanente notable, por ej. El
vidrio y la fundicin gris.Dureza.-La dureza de un cuerpo se designa como la resistencia que opone ala penetracin de otro cuerpo duro. En los materiales duros no se puedenmarcar fcilmente huellas o rayas (conformar o cortar) los filos de lasherramientas de corte por ej. El cincel, sierra y broca deben ser ms duros queel material a trabajar. La dureza evita que las superficies que se tocan entre s,se desgasten rpidamente. Materiales duros son el acero templado, el metalduro, la fundicin dura y el diamante.
Durmetro
Prueba o Ensayo de dureza (HB).- costa de un prensa hidrulica vertical paraforzar un marcador de bola dentro de la muestra.
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
18/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
14TECNOLOGA DE MATERIALES
PROPIEDADES QUIMICAS
PROCESOS QUMICOS Y FISICOS
En los trabajos de taller se desarrollan procesos fsicos qumicos y atmicos.En el proceso de soldadura representada en la figura se extrae oxgeno yacetileno de botellas de acero (proceso fsico).
El acetileno se inflama y arde en presencia del oxgeno (proceso qumico).
El calor de la combustin calienta el material a soldar y funde la varilla (procesofsico). A causa de la alta temperatura de trabajo el material sufre cambios detextura porque los enlaces atmicos se trasponen (proceso atmico).
Para comprender los procesos citados deben conocerse la estructura de losmateriales y su comportamiento para ello debe hacerse diversasconsideraciones sobre qumica, fsica y qumica nuclear.
En los procesos qumicos se trasforman sustancias y se obtienen otras conpropiedades distintas.
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
19/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
15TECNOLOGA DE MATERIALES
En los procesos fsicos solamente tiene lugar un cambio de estado externo delas sustancias (variacin de la forma, de la resistencia y de la temperatura). Lassustancias permanecen inalteradas.
La fsica nuclear es la ciencia que estudia la estructura y propiedades de lostomos.
ENLACES
ENLACE INICO.
El tipo ms fuerte que puede establecer entre dos partcula con carga opuesta
se denomina enlace inico que se produce cuando iones con carga positivaatraen todos los iones negativos que puedan.
Cuando los tomos de cloro y sodio se colocan solos hay trasferencia de
electrones de los tomos del sodio al cloro; formando el cloruro de sodio. El
hecho que estos compuestos tengan sus propias propiedades no
necesariamente relacionados al sodio o al cloro, demuestra que el enlace es
muy fuerte. Esto constituye una fortuna ya que el sodio es un metal altamente
reactivo y el cloro es un gas venenoso, aun as la sal de mesa es algo que
utilizamos todos los das sin ningn peligro. Este tipo de enlace se produce con
elementos 1A y 2A con los elementos de la familia 6A y 7A de la tabla
peridica.
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
20/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
16TECNOLOGA DE MATERIALES
ENLACE COVALENTE.
Se forma por comparticin de electrones de valencia y no por ganancia oprdida de electrones, es decir no forman iones, estos tipos de enlaces losencontramos en los plsticos, polmeros, etc. A causa de intensa atraccin deelectrones de valencia, estos materiales bajos de conductividad trmica y
elctrica. Ej:
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
21/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
17TECNOLOGA DE MATERIALES
ENLACE METLICO.
Cada tomo de metal contribuye con sus electrones de valencia a formar unanube electrnica negativa, dado que la energa de los electrones de valencia,
es relativamente pequea, la modalidad de estos electrones es elevada, lo cualse traduce en altas conductividades elctricas o trmicas. Este enlace sepuede explicar mediante el modelo de electrones.
ENLACE DE VAN DER WAALS.Este tipo de enlace se presenta en tomos neutros como los gases inertes.Cuando los tomos se acercan hay una separacin de las cargas positivas ynegativas y resulta una fuerza dbil de traccin. Es de importancia solo a bajastemperaturas.
ESTRUCTURAS CRISTALINAS
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
22/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
18TECNOLOGA DE MATERIALES
ESTRUCTURAS CRISTALINAS
MATERIALES CRISTALINOS Y AMORFOS.
Los materiales se clasifican como cristalinos y amorfos, de acuerdo con ladisposicin de tomos o molculas que da por resultado un patrn que serepite en 3 dimensiones se dice que el material es cristalino. Si la disposicinde los tomos es solo localizada y no se repite en 3 dimensiones se dice que elmaterial es amorfo.
Celda unitaria.-
El estudio de las estructuras o disposicin de los tomos en los materialescristalinos o cristales constituye el campo de cristalografa que define a la celdaunitaria como la unidad ms pequea que tiene la simetra total del cristal. Estacelda se caracteriza por los 3 vectores de la translacin unitaria a, b, c que sonlos bordes u orillas de la celda unitaria y los ngulos , , .
RED ESPACIAL.
Es un arreglo infinito de puntos en 3 dimensiones, hay 14 tipos de redes
espaciales, tambin conocidas como retculas de Bravais y pueden clasificarseen 7 sistemas cristalinos, como se muestra en la tabla siguiente:
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
23/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
19TECNOLOGA DE MATERIALES
REDES DE BRAVAIS.
La mayora de los metales importantes se cristalizan ya sea en los sistemascbicos y hexagonales.
Cbico simple (CS).
Sistema Long. Adimensionales y angulares R. de Bravais
Cubico a=b=c; ===90 simple bcc, fcc
Tetragonal a=bc; ===90 simple bcc
Ortorrmbico abc; ===90 simple bcc, c base, fcc
Rombodrico a=b=c; ==90 simple
Hexagonal a=bc; ==90 =120 simpleTriclnico abc; 90 simple
Monoclnico abc; ==90 90 simple y c. base
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
24/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
20TECNOLOGA DE MATERIALES
Cbico centrado en el cuerpo (BCC).
Los tomos estn dispuestos en cada esquina de la celda y un tomo central,
como cada tomo de las esquinas; 8 tomos adyacentes y un tomo del centrono puede ser compartido con ningn otro cubo, la estructura de 1 retculacbica centra en el cuerpo contiene:
Cbica centrada en las caras (FCC).
Adems de haber 1 tomo en cada esquina del cubo hay una en el centro decada cara pero ninguna en el centro del cubo.
Cada tomo de las caras toca los tomos de las esquinas ms prximas cuyacelda unitaria contiene 4 tomos.
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
25/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
21TECNOLOGA DE MATERIALES
Los modelos de celdas unitarias cbica simple (CS), cbica centrada en elcuerpo (CC) y cbica cercada en las caras (CCC), suponiendo un solo tomopor punto de red.
Relacin entre el radio atmico y el parmetro de red en sistemas cbicos
Hexagonal compacta (HC).
Esta figura muestra 2 planos bsales en forma de hexgonos regulares con untomo en cada esquina y uno en el centro, adems 3 tomos en forma detringulo a la mitad de la distancia entre los 2 planos bsales, entonces la celdaunitaria de esta estructura contiene:
Hexagonal
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
26/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
22TECNOLOGA DE MATERIALES
La red hexagonal compacta (HC) (izquierda) y su celda unitaria (derecha)
Ejercicios:
El cobre tiene una estructura fcc y un radio atmico de 1.278 A se pidedeterminar la densidad del Cu.Datos:Cu=63.54g/molFCC=4 tomos1A=1*10-8cm.r=1.278A
Bcc Fcc HC
Na, Li, K, Ca, V, Cr, Fe, Rb Al, Cu, Ni, Co, AgCu y aleaciones
Na, Co, Zn
Fe Temperaturas menores a 910 Ni y aleacionesAl y aleacionesMetales precioso
Mg y aleaciones
Metales refractariosTemperaturas mayores a 883
Fe a temperaturasMayores a 9 10
Be y aleaciones
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
27/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
23TECNOLOGA DE MATERIALES
El cromo contiene un parmetro cristalino 2.84 A y una densidad de7.19gr/cm3. Determinar el tipo de estructura cristalina del cromo.
Datosa=2.84 A=7.19 gr/cm3Cr=51. Gr/mol
La densidad del Torio que se cristaliza con una estructura FCC es 11.72g/cm 3.Obtenga el parmetro de red y el radio atmico del elemento sabiendo que supeso atmico es 232g/mol.
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
28/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
24TECNOLOGA DE MATERIALES
PARMETRO DE RED PARA ALGUNOS GRUPOS DE COMPUESTOS
DIRECCIONES Y PLANOS CRISTALOGRFICOS EN LAS ESTRUCTURAS
CRISTALINAS
DIRECCIONES
Los ndices de Miller son nmeros enteros positivos o negativos primos, y estos
ndices nos ayudan a designar direcciones.
Las familias direccionales son un conjunto de vectores y se representan con lossignos de < >
Estructura Parmetrocristalino
Nmero deCationes y
aniones
Ejemplos
Bromuro deCesioCsBr
1 y 1 CsCl, CsI
Sal gemaNaCl
4 y 4 LiF,KCL,MgO,CaOBaO,FeO,CdO,MnO
Blenda Zinc(Zns)
4 y 4 BeO, SiC
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
29/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
25TECNOLOGA DE MATERIALES
PLANOS CRISTALOGRFICOS
Las capas de tomos o los planos sobre los cuales estn ordenados lostomos se conocen con el nombre de planos atmicos o cristalogrficos.
NDICES DE MILLER PARA LOS PLANOS CRISTALOGRFICOS
La relacin que guarda un conjunto de planos con los ejes de las celdasunitarias se designa como Miller; las cuales estn definidas como losrecprocos de las intersecciones que los planos hacen con las coordenadas x,y, z. la unidad de la coordenada es el parmetro de la red de cristal.
PROCEDIMIENTOS:
o Establezca que una de las esquinas de la celda unitaria sea el origen decoordenadas espaciales (0, 0, 0), Los ndices de Miller no puedendeterminarse si un plano pasa por ese origen, en tal caso convienecambiar la localizacin del origen.
o Determine los puntos de corte del plano para una celda unitaria entrminos de coordenadas x, y, z. estos valores pueden ser fracciones.
o Hallar los recprocos de los puntos de cort
o Convertir las fracciones de haberlas en nmeros enteros
o Si un plano corta cualquier eje del lado negativo del origen, el ndice sernegativo y se indica colocando un signo negativo arriba del ndice.
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
30/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
26TECNOLOGA DE MATERIALES
ESTRUCTURA HEXAGONAL COMPACTA
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
31/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
27TECNOLOGA DE MATERIALES
DIRECCIONES:
Puntainicio (0, 1, 1)-(0, 0, 0) [011]
Puntos de interseccin: (1, oo, oo)
Inversos: (1,0,0)
ndices de Miller: [100]
i = - (h+k)
[hkil] = [ 1010] ndices de Miller
A partir de los ndices de Miller [011]. Hallar los ndices de Miller Bravais
W=W
I = 1/3 (u-v)
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
32/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
28TECNOLOGA DE MATERIALES
ESTRUCTURA HEXAGONAL COMPACTA (HC)
La figura de la red hexagonal muestra dos planos basales en forma de
hexgonos regulares con un tomo en cada esquina y uno en el centro,
adems tres tomos en forma de tringulo a la mitad de la distancia entre los
dos planos basales, entonces la celda unitaria de esta estructura contiene
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
33/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
29TECNOLOGA DE MATERIALES
El cobre tiene una estructura fcc y un radio atmico 1.278A determine la
densidad del cobre
=
El aluminio tiene una masa atmica de 26,97 (g/mol). Sabiendo que cristaliza
en el sistema FCC y que la dimensin de su celda unidad es 4,049 A, culser su densidad?
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
34/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
30TECNOLOGA DE MATERIALES
La densidad de wolframio es 19,3 g/cm3 con masa atmica de 183,9 g/mol. Si
cristaliza en una red de tipo BCC, calcular su radio atmico.
R=3a / 4 =Solucin 1,37
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
35/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
31TECNOLOGA DE MATERIALES
PARAMETROS DE RED PARA ALGUNOS TIPOS DE COMPUESTOS
Estructura Parmetro Cristalino
Numero de
cationes y aniones Ejemplos
Bromuro de cesio CrBr 2 y 1 CsCl,CsI
Sal gema NaCl 4 y 4LiF,KCl,MgO,CaO,N
aO,FeO,CdO,
Blenda Zinc Zn 4 y 4 BaO,SiC
DIRECCIONES Y PLANOS CRISTALOGRAFICOSDIRECCIONES CRISTALOGRFICAS.
Los ndices de Miller de las direcciones cristalogrficas se utilizan para describir
direcciones especficas en la celda unitaria
Las direcciones cristalogrficas se usan para indicar determinada orientacin
de un cristal
Como las direcciones son vectores, una direccin y su negativa representan la
misma lnea, pero en direcciones opuestas
Una direccin y su mltiplo son iguales, es necesario reducir a enteros mnimos
Procedimiento para determinar las direcciones cristalogrficas:
1. Determinar las coordenadas del punto inicial y final
2. Restar las coordenadas del final menos el inicial
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
36/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
32TECNOLOGA DE MATERIALES
3. Eliminar las fracciones o reducir los resultados obtenidos a los enteros
mnimos
4. Encerrar los ndices entre corchetes rectos [ ], los signos negativos se
representan con una barra horizontal sobre el nmero
PLANOS CRISTALOGRFICOS.
Un plano es un conjunto de tomos ubicados en un rea determinada. Los
ndices de Miller sirven para identificar planos especficos dentro de una
estructura cristalina
Este sistema sirve para identificar planos de deformacin o de
deslizamiento
Se utiliza para determinar diferentes niveles de energa superficial
Sirven para determinar el sentido de crecimiento de cristales en algunos
materiales
Procedimiento para identificacin de planos:
1. Identificar los puntos en donde el plano cruza los ejes x, y, z. Si el plano
pasa por el origen de coordenadas, este se debe mover para poder
ubicar una distancia.
2. Determinar los recprocos de esas intersecciones.
3. Simplificar las fracciones, sin reducir a enteros mnimos.
4. Los tres nmeros del plano se representan entre parntesis, los
negativos se identifican con una lnea horizontal sobre el nmero
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
37/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
33TECNOLOGA DE MATERIALES
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
38/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
34TECNOLOGA DE MATERIALES
SISTEMA DE DESLIZAMIENTO EN LOS MATERIALES
La deformacin de los metales se produce por deslizamiento sobre planospreferentes a lo largo de ciertas direcciones referentes. A esto se le llama
planos de deslizamiento, una combinacin de un plano de deslizamiento con
una direccin de deslizamiento se denomina sistema de deslizamiento, los
planos de deslizamiento preferentes son los que tienen la fraccin atmica
planar ms grande, en tanto que las direcciones de deslizamiento preferentes
son las que tienen las fracciones atmicas planares ms grandes.
rea tomos= Na*Aa
DONDE:
= Nmero de tomos en el interior del plano= nmero .de tomos en el borde del plano
= Nmero de tomos de los vrtices del plano
= ngulo interior de los vrtices de la seccin plana
En el caso de un cuadrado o rectngulo el ngulo es de 90 grados y cada
tomo de los vrtices aporta un cuarto del rea atmica
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
39/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
35TECNOLOGA DE MATERIALES
En un tringulo equiltero el ngulo es de 60 grados y cada tomo de los
vrtices aporta un sexto del rea atmica
FRACCIN ATMICA LINEALLa fraccin atmica lineal es igual a la longitud de los tomos a lo largo de una
direccin dividida para la longitud de esa direccin.
Entendindose por longitud de los tomos a los radios que intersecan a lo largo
de una direccin.
FRACCIONES ATOMICAS LINEALES
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
40/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
36TECNOLOGA DE MATERIALES
PROPIEDADES ESPECIALES DE LOS MATERIALES
POLIMORFISMO Y ALOTROPA
Es la propiedad de un material de existir en ms de un tipo de red espacial enel estado slido, si el cambio en la estructura es reversible entonces el cambio
polimrfico se conoce como alotropa como por ejemplo el hierro.
ANISOTROPA
Es la desigualdad de propiedades en distintas direcciones metalogrficas.
ISOTROPA
Es la igualdad de propiedades en distintas direcciones metalogrficas.
CRISTALIZACINEs la transicin del estado lquido al slido. El arreglo de los tomos en un gas
es completamente desordenado, a alguna temperatura menor la energa
cintica de los tomos disminuye a tal punto que las fuerzas de atraccin llegan
a ser suficientemente grandes para que la mayora de los tomos se junten
formando un lquido.
Conforme la temperatura disminuye, los movimientos son menos vigorosos y
las fuerzas de atraccin juntan a los tomos hasta que el lquido se solidifica.
En este estado, los tomos no son estacionarios sino que vibran y dan lugar al
ordenamiento de las estructuras cristalinas y analizadas, es decir que en la
solidificacin ocurre una liberacin de energa. Esta diferencia entre energa
potencial entre los tomos que estn enestado lquido y slido se conoce como
calor latente de fusin
Cuando la temperatura del metal lquido ha disminuido en forma suficiente por
debajo de su punto de congelacin, se forman cristales llamados ncleos, que
se unen entre s para formar sistemas de cristales mayores.
Al aumentar el tamao los cristales se obstaculizan generalmente unos a otros
formando grandes conjuntos y regularmente limitados llamados granos o
cristalitos.
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
41/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
37TECNOLOGA DE MATERIALES
El crecimiento termina en cuanto se ha solidificado la masa fundida. La imagen
visible de los granos se llama textura. El rea a lo largo del cual estn unidos
los cristales se conocen como frontera de grano.
DEFECTOS DE LA ESTRUCTURA CRISTALINAAl estudiar las estructuras cristalinas, se supone que las retculas son perfectas
y que cada sitio de la red es ocupada por el tomo correcto, sin embargo en los
materiales reales existen defectos en su estructura cristalina.
Entre los tipos de defectos se tienen:
Defecto puntuales.- entre los defectos puntuales de las estructuras cristalinas
monoatmicas se pueden tener:
Llamado hueco o vacante que es la ausencia de un tomo
Un tomo intersticial que es un tomo que ocupa un sitio normalmente
desocupado.
Impurezas que son tomos de oros elementos que pueden ubicarse en un sitio
intersticial o el lugar de otro tomo.
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
42/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
38TECNOLOGA DE MATERIALES
Defectos puntuales: (a) vacancia; (b) pequeo tomo intersticial; (c) tomo
sustituciones; (d) tomo sustitucin al grande; (e) defecto Frenkel y (f) delecto
Schottky. Todos estos defectos alteran en arreglo perfecto de los tomos
circundantes.
Defectos lineales.- se producen por deslizamiento de una frontera a otra
frontera y son de dos tipos:
o Dislocacin marginal.- que consiste en la presencia de un plano extra
de tomos y se te asocia por efectos de esfuerzo de compresin y
tensin.
El cristal perfecto (a) es cortado y un plano adicionas de tomos es insertado
(b).El borde inferior del plano adicional es la dislocacin de borde (c). Se
requiere de un vector de Burgers b para cerrar un circulo de igual cantidad de
espaciamientos atmicos alrededor de la lnea de dislocacin.
o Dislocacin helicoidal o de tornillo.- se produce cuando los planos
atmicos forman espirales.
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
43/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
39TECNOLOGA DE MATERIALES
El cristal perfecto (a) es cortado y deformado una distancia igual a un
espaciamiento atmico, (b) y (c), La lnea a lo largo de la cual ocurra este corte
es una dislocacin de tomillo.
Se requiere de un vector de Burger b para cerrar la trayectoria de
espaciamientos atmicos alrededor de la dislocacin de trralo.
Macro defecto.- son defectos que pueden surgir de la solidificacin lo
suficientemente grandes para que se pueda advertir a simple vista. Las ms
comunes son calidades de contraccin, porosidad, etc.
ESTRUCTURA DE LAS ALEACIONES
Las aleaciones se forman mezclando metales con metales o con no metales en
estado lquido, el punto de solidificacin de un metal cambia al alearse
dependiendo de la relacin de la mezcla.
En la colada los tomos de los metales mezclados estn disueltos unos en
otros. Al solidificarse los tomos de los metales aliados forman ncleos de
cristalizacin, desde los cuales parte el merecimiento de los cristales.
Pueden aparecer de 2 tipos de retculas:
Los componentes de la aleacin forman cristales por si mismos.- resulta
por lo tanto una serie de cristales diferentes sea que la textura no es
homognea.
Cuando los componentes de la aleacin forman una retcula comn.- en
cada cristal estn contenidos los diferentes tomos metlicos y se habla
de cristales mezclados, siendo la estructura homognea.
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
44/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
40TECNOLOGA DE MATERIALES
DIAGRAMAS DE FASESEs la representacin grfica de la composicin de cada una de las fases.
El diagrama de fases es esencialmente una representacin grfica de unsistema de aleaciones. Para especificar por completo el estado de un sistema
de equilibrio es necesario 3 variables independientes:
Temperatura,
Presin
Composicin qumica.
Si se supone que la presin permanece constante con valor atmosfrico el
diagrama de equilibrio mostrara lo cambios estructurales debido a la variacin
de temperatura y composicin.
Elemento A Elemento B
Algunos metales son alotrpicos en el estado slido y tendr diferentes fases
slidas. Cuando un metal sufre un cambio en su estructura cristalina
experimenta un cambio de fase ya que cada tipo de estructura es fsicamente
distinto.
METODOS EXPERIMENTALES
Los datos para construir los diagramas de equilibrio se determinan por diversos
mtodos:
ANALISIS TERMICO.
Es el mtodo ms importante dentro de este grupo. Este tipo de mtodoses, con diferencia, el ms empleado. El principio es bastante simple. Si la
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
45/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
41TECNOLOGA DE MATERIALES
temperatura de un cuerpo que no sufre ningn cambio de fase se determina
en funcin del tiempo durante el enfriamiento, la curva resultante no
contendr ningn salto
METODO METALOGRAFICO.
Este mtodo consiste en aplicar un ataque qumico al material, con el propsito
de hacer visibles las caractersticas de los metales y sus aleaciones, luego de
realizado el corte, desbaste y pulido para luego poder determinar las causas deuna falla de un componente metlico u otro elemento.
DIFRACCIN DE RAYOS X
Este mtodo mide las dimensiones de la red, indicara la aparicin de una
nueva fase por el cambio de las dimensiones de la red.
En el estado slido se puede tener tres tipos de fases posibles:
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
46/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
42TECNOLOGA DE MATERIALES
1. Metal puro.- todos los metales exhiben un punto definido de fusin o
solidificacin en condicin de equilibrio, el trmino condicin de equilibrio
implica condiciones de enfriamiento y calentamiento extremadamente
lentas. Si para un metal puro se grafica una curva de enfriamiento mostrara
una lnea horizontal en el punto de fusin o congelacin.
2. Fase intermedia de una aleacin o compuesto.- Formado por
combinaciones de elementos con valencia positiva y negativa, es decir
forman un compuesto con enlace que pueden ser inicos o covalentes.
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
47/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
43TECNOLOGA DE MATERIALES
Cuando se forma un compuesto los elemento pierden una gran medida si
identidad individual y sus propiedades caractersticas, entonces lo que existe
no son los elementos individuales si no la combinacin de ellos, por tanto el
compuesto tendr sus propias propiedades fsicas y qumicas, y mecnicas
caractersticas de l.
Los compuestos al igual que los metales puros tambin exhiben un punto de
fusin definido y la curva de enfriamiento es similar a la del metal puro.
Esta fase intermedia se la puede conseguir con tres tipos de compuestos:
Compuestos intermetlicos.- Son formados por metales qumicamente
completamente diferentes, sus propiedades son esencialmente no metlicas,
es decir muestran una deficiente ductilidad y una pobre conductibilidad trmica
y elctrica.
Compuesto intersticiales.- formados por elementos en transicin como el
hidrogeno, el oxgeno, carbono, boro, los cuales tienen tomos relativamente
pequeos que se acomodan en los espacios de la estructura cristalina del
metal. Los compuestos intersticiales son metlicos y pueden tener alto puntode fusin y son extremadamente duros.
Compuestos electrnicos.-relacin definida entre el nmero de electrones de
valencia al nmero de tomos, por ejemplo el compuesto formado por AgZn, el
tomo de plata tiene un electrn de valencia, mientras el de zinc dos de
manera que los dos tomos del compuesto tendrn tres electrones de valencia,
o una relacin electrn a tomo de 3 a 2.Muchos compuestos electrnicos tienen propiedades parecidas a las
soluciones slidas, alta ductilidad, y baja dureza
Soluciones slidas.- cualquier solucin est constituida por dos partes; un
soluto que es la menor parte de la solucin, es decir el material disuelto y el
solvente que es la mayor parte de la solucin.
Una solucin puede tener 3 condiciones:
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
48/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
44TECNOLOGA DE MATERIALES
No saturado.- que se puede aadir algo ms del soluto al disolvente.
Saturada.- cuando disuelve la cantidad lmite de soluto.
Sobresaturada.- si disuelve ms soluto de lo que debera.
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
49/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
45TECNOLOGA DE MATERIALES
La mayora de soluciones solidas se solidifican a un intervalo de temperatura,
la fig. Muestra la curva de enfriamiento de las soluciones slidas.
En conclusin una fase es un estado homogneo distinguible (gaseoso, lquido
o slido) de la materia que manifiesta composicin y propiedades uniformes.En el caso de una material puro, el estado slido se transforma en estado
lquido en el punto de fusin. Para fundir un metal puro es necesario elevar su
temperatura por encima de su punto de fusin.
Si mesclamos A y B para producir una aleacin surge otra variable. Se trata de
la composicin, la cual se representa mediante una lnea horizontal queconecta las dos lneas verticales de cada una de las fases de los materiales A y
B. las dos lneas verticales conservan su identidad respectiva a la de A puro
(100%) y la de B puro (100%). La composicin de los slidos y lquidos se
expresa habitualmente como porcentaje en peso y la escala de la lnea
horizontal va de 0 a 100% de B de izquierda a derecha o de 0 a 100% de A de
derecha a izquierda.
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
50/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
46TECNOLOGA DE MATERIALES
El espacio por encima de la horizontal y entre las 2 verticales muestra las
regiones o campos que indican las diferentes fases correspondientes a
composiciones variantes de las mezclas (aleaciones A y B) a diferentes
temperaturas.
A fin de apreciar las diferentes situaciones que surgen cuando se mezcla los
elementos slidos A y B examinaremos las situaciones analgicas en el estado
lquido, en ese estado el lquido presente en mayor concentracin recibe el
nombre de disolvente y el lquido o solido que se agrega se denomina soluto.
En los slidos el soluto conserva su significado, pero al disolvente se denomina
matriz.
REGLA DE LAS FASES(JOSIAH WILLARD GIBBS)
Esta ecuacin permite calcular el nmero de fases que pueden coexistir en
equilibrio en cualquier sistema
P + F = C + 2
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
51/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
47TECNOLOGA DE MATERIALES
Donde
P: nmero de fases que pueden coexistir en el sistema
F: grados de libertad (presin, temperatura y composicin)
C: nmero de componentes en el sistema
Al aplicar la regla de las fases en el punto triple del diagrama de fases presin
temperatura del agua pura resulta que coexisten tres fases en equilibrio (P = 3)
y hay un componente, agua (C = 1)
P + F = C + 2
3 + F = 1 + 2
F = 0 (cero grados de libertad)
Esto indica que no se puede cambiar ninguna de las variables de forma
independiente, por lo tanto el punto triple es un punto invariante
En cualquier punto sobre la curva de congelacin slido-lquido, coexisten dos
fases, resultando:
P + F = C + 22 + F = 1 + 2
F = 1 (un grado de libertad)
Esto implica que una variable independiente se puede cambiar de forma
independiente, por lo tanto si se especifica una presin determinada, solo hay
una temperatura en la que las fases slida y lquida coexisten
La mayor parte de los diagramas binarios utilizados en Ciencia de
Materiales son diagramas temperatura composicin, donde la presin semantiene constante, a 1 atm.
En este caso la regla de fases condensada, dada por:
P + F = C +1
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
52/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
48TECNOLOGA DE MATERIALES
Solido a gaseoso
Determina el punto de grados de libertad en el punto A.
A) 2+C=F+P
2+1=F+1
F=2
B) 2+C=F+P C) 2+C=F+P
2+1=F+2 2+1=F+3
F=1 F=0
Las caractersticas de la matriz y el soluto determinan:
a) Se forma una nica solucin solido-continua en todo el intervalo de
composicin.
b) Si el soluto es solo parcial en una matriz esta se encuentra saturada del
soluto
c) Si pueden formar un compuesto al soluto es insoluble en la matriz
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
53/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
49TECNOLOGA DE MATERIALES
DIAGRAMAS DE FASE
DIAGRAMA DE FASE TIPO 1: SOLUBILIDAD TOTALEl sistema binario (de dos componentes) ms simple es aquel en el que lascaractersticas de los 2 elementos son tan similares que forman solucionesslidas en todas las composiciones.
Del mismo modo que la solucin lquida de alcohol y agua, una solucin slidaes en la que el soluto es totalmente compatible con la matriz y por ende noaparece otra fase slida.
Es decir los dos elementos son completamente solubles en el estado slido, el
nico tipo de fase slida formada ser una solucin slida.Los dos elementos o metales tendrn el mismo tipo de estructura cristalina ydiferente en sus radios atmicos.
Trasladando esto al diagrama se tiene:
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
54/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
50TECNOLOGA DE MATERIALES
El diagrama de fase consta de dos puntos:
Temperatura de Fusin del metal puro A Temperatura de Fusin del metal puro B
Consta de dos lneas: Liquido, Solido y Solido+Liquido.
Es una prctica comn representar las soluciones solidas con letras griegas.
REGLAS:
Regla1: Composicin qumica de fases
Para determinar la composicin qumica de las fases de una aleacin enequilibrio a cualquier temperatura en una regin bifsica se debe trazar unalnea horizontal para la temperatura llamada lnea vnculo a las fronteras delcampo. Estos puntos de interseccin se proyectan a la lnea base y lacomposicin se lee directamente.
Regla2: Cantidades Relativas en cada fase
Para determinar las cantidades relativas de las dos fases en equilibrio acualquier temperatura especfica en una regin bifsica se debe trazar unalnea vertical que representa la aleacin y la lnea horizontal a los lmites delcampo. La lnea vertical dividir a la horizontal en dos partes cuyas longitudesson inversamente proporcionales a la cantidad de las fases presentes.
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
55/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
51TECNOLOGA DE MATERIALES
Fraccin de peso Lquido Cs-Co.Fraccin de peso Lquido Cs-CLFraccin de peso Solido Co-CL
Fraccin de peso Solido Cs-CLX= las unidades de masa de lquido.(100-X)= Las unidades de masa de slido.
EJEMPLO 1:
Considere una aleacin de Bismuto con 50% en peso de antimonio y determinelo siguiente:
a) Las temperaturas de slidos y lquidos de la aleacin.
b) La composicin de la ltima porcin de lquido que se solidificac) La composicin de la ltima porcin de solido que se funded) La composicin de las fases slido y lquido a 450Ce) La composicin de fase de slidos o lquido a 400C
a) Temperatura Liquido 520CTemperatura Solido 360Cb) 12%c) 88%d) T=450C
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
56/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
52TECNOLOGA DE MATERIALES
Calcule las cantidades de slidos y lquidos a 1250C en la aleacin Cobre-Nquel. Cu=40% de Ni
Para ciertas investigaciones cientficas, algunas veces es conveniente expresarla composicin de la aleacin en porcentaje atmico. La conversin deporcentaje atmico puede hacerse por medio de las siguientes frmulas.
%
% =
Donde:
= porcentaje en peso del metal A
= porcentaje en peso de metal B
= peso atmico del metal A
= peso atmico del metal B
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
57/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
53TECNOLOGA DE MATERIALES
DIAGRAMA DE FASE TIPO 2:
Dos metales solubles en el estado lquido y completamente insoluble en elestado slido.
Este diagrama est formado por 4 reas; el rea que se encuentra por arribade la lnea de lquidos es una solucin liquida homognea de una sola fase, lasreas restantes son de dos fases. Cada rea de dos fases sobre un diagrama
debe estar limitado a lo largo de una lnea horizontal por fases simples.
Mezcla
Eutctica
A+MezclaEutctica
L. Liquidus
L. Solidus
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
58/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
54TECNOLOGA DE MATERIALES
Dnde:
TA:Temperatura de fusin del metal puro A
TB: Temperatura de fusin del metal puro B
TE: Temperatura Eutctica
E:Es el punto eutctico
*:Composicin eutctica
EJEMPLO:
El siguiente grfico es un sistema de transformacin eutctica Bismuto-Cadmio.
Dibuja a escala el diagrama. Determine la temperatura de fusin del Bi, elpunto de fusin del Cd, la composicin qumica en el punto eutctico ybosqueje el proceso de enfriamiento de dicha aleacin.
Todas las aleaciones se funden o se solidifican en un intervalo de temperaturaa excepcin de la aleacin de composicin eutctica que se funde atemperatura constante y a la menor temperatura posible.
Eutctico: Es una mezcla de dos componentes con punto de fusin mnimo,inferior al correspondiente a cada uno de los componentes en estado puro.Esto ocurre en mezclas que poseen alta estabilidad en estado lquido, cuyoscomponentes son insolubles en estado slido.
Es prctica comn considerar las aleaciones a la izquierda de la composicin
eutctica como hipoeutctica y la de la derecha como hipereutctica.
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
59/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
55TECNOLOGA DE MATERIALES
Se denomina aleacin tipo eutctica a aquellos cuya composicin es menorque la correspondiente o la eutctica, as como aquellos cuyo contenido esmayor son llamados hipereutcticos
DIAGRAMA DE FASE TIPO 3:Dos metales solubles en el estado lquido y parcialmente soluble en el estadoslido, ejemplo: Plomo, Estao.
Como la mayora de los metales muestran alguna solubilidad de uno con otroen el estado slido, este tipo es el ms comn y por lo tanto el ms importantediagrama de aleacin.
Lnea de liquidus:A-E-F
Lnea de solidus:A-B-E-G-F
Lnea de solus:A-B-C; F-G-H
A= Temperatura de fusin puro A
F= Temperatura de fusin del metal puro B
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
60/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
56TECNOLOGA DE MATERIALES
Lnea B-E-G= Temperatura eutctica de la composicin
E= Es el punto eutctico
Lnea Liquidus: Corresponde al lquido, indica donde comienza a solidificarse
(todo por encima es liquido)Lnea Solidus: Cuando el material puede obtener partculas slidas y liquidas auna mezcla que solo contenga una solucin Solida (todo por debajo sermaterial solido)
Lnea solus: Hace referencia a la mxima solubilidad que se puede tener en unmaterial con respecto a otro
Ejercicio
Determine la solubilidad del Sn-Pb
La solubilidad del estao en el plomo disminuye de 19% a menos 1%
Solubilidad del Pb en el Sn
La solubilidad del Plomo en el Estao disminuye de 2.5% a 0%
Temperatura Eutctica
183C
Aleacin
Hipoeutectica
Solidus
AleacinHipereutectica
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
61/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
57TECNOLOGA DE MATERIALES
DIAGRAMA DE FASE TIPO 4: CAMBIO DE FASEISOTERMICAMENTE:
La fase intermedia de fusin congruente. Cuando una fase cambia en otraisotrmicamente (a temperatura constante) y sin ninguna modificacin encomposicin qumica se dice que es un cambio de fase congruente.
La fase congruente se representa con el diagrama como una lnea vertical y sela indica con la formula qumica del compuesto.
Si la fase intermedia tiene un reducido intervalo de composicin como sucedeen los compuestos intermetlicos y compuestos intersticiales entonces serepresenta el diagrama como una lnea vertical y se indica con la frmulaqumica del compuesto.
Lnea Liquidus:TA-J-TAmBn-k-TB
Linea solidus:TA-C-J-H-I-K-D-TB
Lnea solus:E-C-TA
F-D-TB
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
62/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
58TECNOLOGA DE MATERIALES
DIAGRAMA DE FASE TIPO 5: REACCION PERITECTICA
En la reaccin peritctica un lquido y un slido reaccionan isotrmicamentepara formar un nuevo slido al enfriarse.
El nuevo slido debe ser una fase intermedia.
Ec. General de la reaccin Peritctica
Lnea liquidus TA-P-E-TBLnea solidus TA-TP-F-N-E-TE-TBTA: Temperatura de fusin del metal ATB: Temperatura de fusin del metal BE: Punto EutcticoP: Punto peritcticoTP: Temperatura peritcticaTE: Temperatura Eutctica
E
P
Enfriamiento
L+S1 S2
Calentamiento
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
63/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
59TECNOLOGA DE MATERIALES
DIAGRAMA DE FASE TIPO 6: DOS LIQUIDOS PARCIALMENTESOLUBLES EN EL ESTADO LQUIDO (Reaccin Monotctica)
En todos los tipos anteriores se supuso que haba solubilidad completa en el
estado lquido, sin embargo es posible que sobre cierto intervalo decomposicin se formen dos soluciones lquidas no miscibles entre s.
Ec. General de la reaccin Monotectica
Enfriamiento
L1 L2+S
Calentamiento
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
64/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
60TECNOLOGA DE MATERIALES
DIAGRAMA DE FASE TIPO 7: DOS METALES INSOLUBLES ENEL ESTADO LQUIDO Y SLIDO
Esta condicin corresponde a un caso lmite de la relacin Monotctica y la
eutctica.
Un sistema de aleacin ms prximo al de este tipo es aquel entre el aluminio yplomo.
R. Monotectica R. Eutctica
Enfriamiento
L L2+S
Calentamiento
Enfriamiento
L1 S1+S2
Calentamiento
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
65/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
61TECNOLOGA DE MATERIALES
DIAGRAMA DE FASE TIPO 8: REACCION EUTECTOIDE(Alotropa)
Diversos metales pueden existir en ms de un tipo de estructura cristalina.
Estos son ejemplos de metales que poseen esta propiedad conocida comoalotropa: Fe, Sn, Mn, Co.
Esta es una reaccin comn en el estado slido muy semejante a la reaccineutctica pero no incluye el lquido. En este caso una fase slida se transformaal enfriarse en dos fases slidas nuevas.
La mezcla eutectoide resultante es extremadamente fina como la mezclaeutctica. Bajo el microscopio, ambas mezclas aparecen generalmente igualesy no es posible determinar en forma microscpica si la mezcla result de una
reaccin eutctica o eutectoide.
R. Eutectoide
Enfriamiento
S1 S2+S3
Calentamiento
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
66/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
62TECNOLOGA DE MATERIALES
DIAGRAMA DE FASE TIPO 9: REACCION PERITECTOIDE
Es una reaccin en el estado slido muy semejante a la peritctica. En estecaso dos fases solidas al enfriarse forman un tercer slido.
Ec. Peritectoide
Enfriamiento
S1+S2 S3
Calentamiento
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
67/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
63TECNOLOGA DE MATERIALES
DIAGRAMAS COMPLEJOS REALESPara proceder a determinar los nombres de las diversas superficies de undiagrama es necesario recordar que las reas de dos fases deben estarlimitadas por fases nicas de cualquier lado de la lnea horizontal trazadoimaginariamente
Reacciones estandarizados de un diagrama de equilibrio.
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
68/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
64TECNOLOGA DE MATERIALES
DIAGRAMA DE FASE FeC
El hierro es un constituyente especial de las aleaciones ms importantes de laingeniera. En forma casi pura como hierro dulce, se lo utiliza para alcantarillas,
materiales para techos y conductos, partes de mquinas, etc.
La temperatura a que tienen los cambios alotrpicos en el hierro estinfluenciada por los elementos de aleacin de los cuales el ms importante esel hierro carbono, y en el hierro carburo de hierro.
Material Dctil Material Frgil
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
69/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
65TECNOLOGA DE MATERIALES
EJEMPLO
Un Acero contiene 95% de ferrita y 5% de cementita Cul es el contenidodel carbono del acero?
R= 0.3411% de Carbono en el acero.
Acero
hipereutectoide
Aceros
Acero
hipoeutectoide
Cementita
(Fe3C)
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
70/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
66TECNOLOGA DE MATERIALES
CLASIFICACIN DE ACERO
ComposicinQumicaEs la ms recomendada tcnicamente y nos indica por medio de un sistemanumrico y nos indica el contenido aproximado de los elementos importantesen el acero. Las normas estn dadas por la AISI (American Ironodd SteelInstitute).
El primero de los 4 o 5 dgitos de la designacin numrica indica el tipo al quepertenece el acero. As por ejemplo
Acero al Carbono
Acero al Nquel
-
7/24/2019 Folleto Tecnologia de Materiales
71/71
UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS ELECTRNICA E INDUSTRIAL
CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIN
Acero al Cromo-Nquel
En el caso de una aleacin simple el 2do digito indica el porcentaje aproximadodel elemento predominante en la aleacin.
Los dos dgitos siguientes generalmente indican el contenido de carbono mediodividido para 100.
Adems de los nmeros las especificaciones AISI pueden incluir un prefijoliteral, para indicar el proceso de manufactura empleado en la produccin delacero.
EJEMPLO:2520B
Con 0.2% de Carbono.Con 0.5% de Nquel.
Acero al Nquel.
Se lo obtiene en un horno Bessenel
4130EAcero al Molibdeno con 1% de Mo con 0.3% de C. Se lo ha obtenido en unhorno elctrico
Contenido deCarbono medio
dividido entre 100
Tipo deAcero
%Aproximadodel ElementoPredominantede la aleacin
Prefijo literalProceso de
Manufactura