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Fac. de IngenieríaUniv. Nac. de La Pampa
Tecnología Mecánica
Naturaleza de los Materiales
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Contenido
IntroducciónEstructura atómicaEnlaces atómicos y molecularesEstructura cristalinaEstructuras no cristalinasMateriales de Ingeniería
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Introducción
Por qué algunos metales aumentan su resistencia cuando se los deforman y por qué otros no?Por qué pequeñas cantidades de un metal modifican considerablemente propiedades de otro metal?Por qué los aceros aumentan su dureza cuando se los templa?Etc..
Introducción
Estructura atómica
Enlaces atómicos y moleculares
Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
Materiales de Ingeniería
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Estructura Atómica
El Átomo Número atómicoEstructura atómica: Modelo planetario
+
-
-
-
--
-
-
-
-
-
-
-
Introducción
Estructura atómica
Enlaces atómicos y moleculares
Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
Materiales de Ingeniería
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Estructura Atómica
El Átomo Electrones por capa:
max = 2 n2
+
-H1
+
-
-He2
+
-
-
-
--
-
-
-
-
F9
+
-
-
-
--
-
-
-
-
-
-
-Mg12
Introducción
Estructura atómica
Enlaces atómicos y moleculares
Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
Materiales de Ingeniería
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Estructura Atómica
Tabla Periódica de los ElementosIntroducción
Estructura atómica
Enlaces atómicos y moleculares
Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
Materiales de Ingeniería
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Tipos de Enlaces
Enlaces PrimariosEntre átomos
Enlaces secundariosEntre moléculas
Introducción
Estructura atómica
Enlaces atómicos y moleculares
Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
Materiales de Ingeniería
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Enlaces Atómicos
Enlaces PrimariosIónico - Covalente - Metálico
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Estructura atómica
Enlaces atómicos y moleculares
Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
Materiales de Ingeniería
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Enlaces Atómicos
EjemplosIónico: Fluoruro de Sodio
+
-
- --
-
-
--
F9
-
+
-
- --
-
-
-
-
-
-
Na11-
Introducción
Estructura atómica
Enlaces atómicos y moleculares
Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
Materiales de Ingeniería
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Enlaces Atómicos
EjemplosCovalente: Gas Fluor
F9
+
-
--
-
-
-
-
-
-
+
-
--
-
-
-
-
-
-
F9
Introducción
Estructura atómica
Enlaces atómicos y moleculares
Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
Materiales de Ingeniería
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Enlaces Moleculares
Enlaces SecundariosFuerzas dipolaresFuerzas de LondonEnlaces de Hidrógeno
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Estructura atómica
Enlaces atómicos y moleculares
Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
Materiales de Ingeniería
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Estructura Cristalina
CristalArreglo ordenado de átomos
Celda Unitaria Mínimo grupo de átomos que muestra la configuración estructural
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Estructura atómica
Enlaces atómicos y moleculares
Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
Materiales de Ingeniería
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Estructura Cristalina
Tipos de estructurasCúbica Centrada en el Cuerpo
Cúbica Centrada en la Cara
Hexagonal Compacta
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Estructura atómica
Enlaces atómicos y moleculares
Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
Materiales de Ingeniería
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Estructura Cristalina
Deformación de cristales simplesDeslizamiento
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Estructura atómica
Enlaces atómicos y moleculares
Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
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Estructura Cristalina
Sistemas de deslizamiento (s.d)Planos y direccionesMetales dúctiles mas de 5 s.d.
BCC = 48 s.d. (Ti, Mo, W). Buena resistencia, moderada ductilidad.FCC = 12 s.d. (Al, Cu, Au, Ag). Moderada resistencia, buena ductilidad.HCC = 3 s.d. (Be, Mg, Zn). Frágiles
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Estructura atómica
Enlaces atómicos y moleculares
Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
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Estructura Cristalina
Deformación de cristales simplesMaclajePlano de maclajeLos cristales forman una imagen espejo
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Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
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Estructura Cristalina
Imperfecciones o defectosDesviaciones del patrón regularPuede ser Natural o Intencional
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Enlaces atómicos y moleculares
Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
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Estructura Cristalina
Tipos de defectosPuntualLineal o en una dimensiónPlanar o en dos dimensionesVolumétrica
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Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
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Estructura Cristalina
Defectos PuntualesVacante
Vacante de par iónico
Intersticio
Defecto de Frenkel
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Enlaces atómicos y moleculares
Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
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Estructura Cristalina
Defectos LinealesIntroducción
Estructura atómica
Enlaces atómicos y moleculares
Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
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Estructura Cristalina
Defectos en dos dimensionesLímite de grano
Defectos VolumétricoHuecos, inclusiones, fases de otros metales o grietas.
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Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
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Estructura Cristalina
Efectos de las DislocacionesIntroducción
Estructura atómica
Enlaces atómicos y moleculares
Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
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Estructura Cristalina
Efectos de las DislocacionesDisminuye el esfuerzo requerido para producir deslizamientosEndurecimiento por deformación
Pueden interferir entre siEstán limitadas por barreras como los límites de granosAplicación en procesos de manufactura
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Enlaces atómicos y moleculares
Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
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Estructura Cristalina
GranosNúmero y tamaño de granos
Velocidad de nucleaciónVelocidad de crecimiento de grano
Efecto sobre propiedades del metalGranos grandes: baja resistencia, dureza y ductilidad, mala terminación superficial
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Estructura atómica
Enlaces atómicos y moleculares
Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
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Estructura Cristalina
GranosIntroducción
Estructura atómica
Enlaces atómicos y moleculares
Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
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Estructura Cristalina
Límite de GranosAfectan la resistencia y ductilidad del metal.También tienen influencia en el endurecimiento por deformaciónSon mas reactivos que el granoDepende de temperatura, velocidad de deformación e impurezas.Aumento de la fragilidad
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Estructura atómica
Enlaces atómicos y moleculares
Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
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Estructura Cristalina
Deformación Plástica de Metales Policristalinos
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Estructura atómica
Enlaces atómicos y moleculares
Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
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Estructura Cristalina
Deformación Plástica de Metales Policristalinos
A temperatura ambiente produce anisotropía (mecánica y física)Dos tipos de anisotropía
Orientación preferencialGeneración de Fibras Mecánicas
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Estructura atómica
Enlaces atómicos y moleculares
Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
Materiales de Ingeniería
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Estructura Cristalina
Deformación Plástica de Metales Policristalinos
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Estructura atómica
Enlaces atómicos y moleculares
Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
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Estructura Cristalina
FallasFracturas: Dúctil y FrágilPandeo
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Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
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Estructura Cristalina
Fractura DúctilDeformación plástica previaSe produce por deslizamiento excesivoFormación de pequeños huecos alrededor de inclusiones o huecos preexistente.
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Estructuras no cristalinas
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Estructura Cristalina
Fractura DúctilEfecto de Inclusiones
Resistencia de junturaDureza de la inclusión
a) Estado inicial b) Posterior a la deformación
Inclusiónblanda
InclusiónDura
InclusiónDuras alineadasInclusión
Matriz
Huecos
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Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
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Estructura Cristalina
Fractura DúctilEndurecimiento por envejecimiento
Átomos de C fijan las dislocacionesAumenta con incremento de temperatura
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Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
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Estructura Cristalina
Fractura DúctilEndurecimiento por envejecimiento
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Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
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Estructura Cristalina
Fractura FrágilNo hay deformación plástica previaFractura a través del plano de separaciónAumenta con bajas temperaturas y altas velocidades de deformaciónProducido por defectos como ralladuras, grietas o roturas
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Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
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Estructura Cristalina
Fractura FrágilEn metales fractura intergranular (límite de grano suave, contiene una fase frágil o ha sido fragilizada)
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Estructuras no cristalinas
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Estructura Cristalina
Fractura Frágil: FatigaProducidas por diminutas grietas externas o internasAumento de la resistencia a la fatiga
Inducir tensión de compresión residualAumentar dureza superficialMejorar la terminación superficialSeleccionar material con bajas inclusiones, impurezas y huecos
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Estructura atómica
Enlaces atómicos y moleculares
Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
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Estructura No Cristalina
Materiales AmorfosOrdenamiento atómico-molecular no sigue un patrón regular
Hules, vidrios, plásticos, etc.
Diferencias en características de fusión y expansión térmica
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Enlaces atómicos y moleculares
Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
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Estructura No Cristalina
Materiales AmorfosCaracterísticas fusión-expansión
Tg Tm
EstructuraCristalina
EstructuraAmorfa
Líquido
Calor de fusión
LíquidoSobreenfriado
v/p
T
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Enlaces atómicos y moleculares
Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
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Materiales de Ineniería
MetalesEstructura cristalina (BCC, FCC, HCC)Enlace metálicoPropiedades:
Buena resistencia mecánica y durezaEn general son dúctiles (mas los FCC)Alta conductividad eléctrica y térmicaOpacidadReflectividad
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Enlaces atómicos y moleculares
Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
Materiales de Ingeniería
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Materiales de Ineniería
CerámicosEnlaces iónicos o covalentes (metales ceden e- a no metales)Generalmente forman cristalesPropiedades
Alta dureza y rigidez (aún en caliente)FragilidadAislante eléctrico y térmicoQuímicamente inertes
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Estructura atómica
Enlaces atómicos y moleculares
Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
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Materiales de Ineniería
PolímerosEnlaces covalentes y de Van der WallsEstructuras amorfas y a veces junto con estructuras cristalinasPropiedades
Resistencia y rigidez variableBaja densidadAislante eléctrico y térmico
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Enlaces atómicos y moleculares
Estructura cristalina
Estructuras no cristalinas
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