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MIN 312 CRISTALOGRAFIAINTRODUCCIONCuando se disea algn elemento de mquina o se elabora la tecnologa para la fabricacin y recuperacin, lo primero que se realiza es seleccionar el material a utilizar en dependencia de las condiciones de trabajo del mismo.

Introduccin.Que es la cristalografa?La cristalografa es la ciencia que se dedica al estudio y resolucin de estructuras cristalinas.Que es un Cristal?Cristal: Un cristal debe ser definido como un compuesto solid de tomos, dispuestos en un patrn peridico en tres dimensiones. No todos los slidos son cristalinos, algunos son amorfos como el vidrio, y no tienen ningn arreglo regular de tomos.

Si echamos una mirada dentro de una pieza cristalina de silicio con un microscopio de enorme amplificacin, podramos ver los tomos de silicio colocados en filas y capas tal y como se muestra en la figura .

Cada tomo lucira como una bolita difusa conectada con un enlace tambin difuso a otros cuatro tomos vecinos.

La parte de la bolita se llama ncleo del tomo, las extensiones que conectan los ncleos de diferentes tomos se llaman enlaces covalentes.

Estructura cristalinaElementoHexagonal compactaBe, Cd, Co, Mg, Ti, ZnCbica compactaAg, Al, Au, Ca, Cu, Ni, Pb, PtCbica centrada en el cuerpoBa, Cr, Fe, W, alcalinosCbica-primitivaPo

La mayora de los minerales adoptan formas cristalinas cuando se forman en condiciones favorables, cada elemento o compuesto qumico tiende a cristalizarse en una forma definida y caracterstica. As, la sal tiende a formar cristales cbicos, el granate, que a veces forma tambin cubos, se encuentra con ms frecuencia en dodecaedros. A pesar de sus diferentes formas de cristalizacin, la sal y el granate cristalizan siempre en la misma clase y sistema.

A= Ca, Mg,Fe,Mn

B= Al Fe,CrCristal.

(c) 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning a) Silicio amorfo (Vidrio) b) Silicio Cristalino.Red cristalina o Latice En los cristales los tomos forman un patrn reticular repetido. La red es un conjunto de puntos denominados puntos reticulares (o nodos), los cuales siguen un patrn regular, de manera que las inmediaciones de cada punto de la red son idnticas.Celda Unitaria La celda unitaria es la menor subdivisin de una red que retiene las caractersticas generales de toda la retcula (red). Por lo tanto reuniendo celdas unitarias idnticas se construye toda la red.

Redes de BravaisSe consideran 14 tipos de celdas unitarias, o redes de Bravais, agrupadas en siete estructuras cristalinas. Los puntos reticulares estn en las esquinas de las celdas unitarias, y en algunos casos, en el centro de cada una de las caras o de toda la celda.Parmetros de Red.Los parmetros reticulares, que describen el tamao y la forma de la celda unitaria, son las dimensiones de los lados de la celda unitaria y los ngulos que la forman.

Se requieren varios parmetros de red para de finir el tamao y la forma de las celdas unitarias complejas.

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Redes de Bravaishttp://blog.utp.edu.co/metalografia/2011/05/09/3-cristalografia/Proyeccin Estereogrfica La proyeccin estereogrfica es el medio habitual que emplean los cristalgrafos para presentar grficamente, en las dos dimensiones de un papel, resultados y relaciones asociados a orientaciones de direcciones y planos en el espacio tridimensional.

Defectos en la Red de un Material CristalinoLas imperfecciones o defectos son de tres tipos:Defectos Lineales o Dislocaciones.Defectos PuntualesDefectos de Superficie.

Dislocaciones Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificacin del material o al deformarlo. Son tiles para explicar la deformacin y el endurecimiento de los metales. Existen dos tipos de dislocaciones.Dislocacin de TornilloDislocacin de Borde.Dislocacin de TornilloSe puede ilustrar haciendo un corte parcial a travs de un cristal perfecto, torcindolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un tomo.

Dislocacin de Borde.Se puede ilustrar haciendo un corte parcial a travs de un cristal perfecto, separndolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de tomos adicional.

Dislocaciones Mixtas

Defectos PuntualesSon discontinuidades de la red que involucran uno o quiz varios tomos.Pueden ser generados: Mediante el movimiento de los tomos al ganar energa por calentamiento; durante el procesamiento del material. Mediante la introduccin de impurezas. O intencionalmente a travs de las aleaciones.

Vacancias Se produce cuando falta un tomo en un sitio normal. Las vacancias se crean en el cristal durante la solidificacin a altas temperaturas o como consecuencia de danos por radiacin. A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias Se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura.

Defectos IntersticialesSe forman cuando se inserta un tomo adicional en una posicin normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina. Los tomos intersticiales, aunque mucho mas pequeos que los tomos localizados en los puntos de la red, aun as son mayores que los sitios intersticiales que ocupan; en consecuencia, la red circundante aparece comprimida y distorsionada.Una vez dentro del material, el numero de tomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante, incluso al cambiar la temperatura.

Otros Defectos Puntuales(Frenkel y Schottky)Defecto Frenkel: Es un par de defectos, intersticio-vacancia formado cuando un ion salta de un punto normal de la red a un sitio intersticial, dejando detrs una vacancia. Defecto Schottky: Es un par de vacancias en un material de enlace inico, deben faltar tanto un anin como un catin de la red. Este defecto es comn en materiales cermicos de enlace inico.

Defectos de SuperficieSon las fronteras o planos que separan a un material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalogrficas distintas.Superficie del material. En las superficies externas del material la red termina de forma abrupta. Cada tomo de la superficie ya no tiene el mismo numero de coordinacin y se altera el enlace atmico. Asimismo, la superficie puede ser muy spera, contener pequeas muescas y quiz ser mucho mas reactiva que el interior del material.Fronteras de Grano La microestructura de la mayor parte de los materiales esta formada por muchos granos. Un grano es una porcin del material dentro del cual el arreglo atmico es idntico (Cristal o Cristalita). Los granos que forman un material tienen orientaciones distintas. Es la superficie que separa los granos, es una zona estrecha en la cual los tomos no estn correctamente espaciados. Cuando los tomos estn cerca unos de otros en la frontera de grano que crean una regin de compresin Cuando estn alejados crean una regin de tensin.

Los defectos influyen de manera directa sobre las propiedades mecnicas del material.Mecnicas

Son aquellas que expresan el comportamiento de los metales frente a esfuerzos o cargas que tienden a alterar su forma.VOLUMTRICASDurezaTenacidadResistencia (A la traccin, a la fluencia, a la fatiga, a la corrosin, aldesgaste)DuctilidadMaleabilidadFragilidadRigidezDE SUPERFICIEResistencia al desgasteResistencia a la corrosinDureza: Propiedad que expresa el grado de deformacin permanente que sufre un metal bajo la accin directa de una carga determinada. Los ensayos ms importantes para designar la dureza de los metales, son los de penetracin, en que se aplica un penetrador (de bola, cono o diamante) sobre la superficie del metal, con una presin y un tiempo determinados, a fin de dejar una huella que depende de de la dureza del metal, los mtodos ms utilizados son los de Brinell, Rockwell y Vickers

http://www.utp.edu.co/~publio17/propiedades.htmElasticidad:Capacidad de un material elstico para recobrar su forma al cesar la carga que lo ha deformado. Se llama lmite elstico a la carga mxima que puede soportar un metal sin sufrir una deformacin permanente. Su determinacin tiene gran importancia en el diseo de toda clase de elementos mecnicos, ya que se debe tener en cuenta que las piezas deben trabajar siempre por debajo del lmite elstico, se expresa en Kg/mm.

Plasticidad:Capacidad de deformacin permanente de un metal sin que llegue a romperse.

Tenacidad:Resistencia a la rotura por esfuerzos de impacto que deforman el metal. La tenacidad requiere la existencia de resistencia y plasticidad.Prueba de tenacidad a la fractura mediante un ensayo de flexinen cuatro puntos.

Esquema del ensayode flexin en trespuntos para medir elcomportamientoesfuerzo-deformaciny la resistencia a laflexin de materiales.

Fragilidad:Propiedad que expresa falta de plasticidad, y por tanto, de tenacidad. Los materiales frgiles se rompen en el lmite elstico, es decir su rotura se produce espontneamente al rebasar la carga correspondiente al lmite elstico. Resiliencia:Resistencia de un metal a su rotura por choque, se determina en el ensayo Charpy.

El Ensayo deImpactoa) Esquema de unamquina para ensayode impacto.- El martillo es soltadodesde una altura h fija yrompe la probeta.- La energa gastada oabsorbida por elmaterial, es relacionadacon la diferencia entrela altura inicial h y finalh del martiloa) Probetas usadas paralos ensayos de impactoIzod y CharpyFluencia:Propiedad de algunos metales de deformarse lenta y espontneamente bajo la accin de su propio peso o de cargas muy pequeas. Esta deformacin lenta, se denomina tambin creep.Creep. Deformacin permanente de un material con el tiempoQue ocurre bajo esfuerzo. Para muchos materiales, el creep esimportante solo a altas temperaturas

Fatiga:Si se somete una pieza a la accin de cargas peridicas (alternativas o intermitentes), se puede llegar a producir su rotura con cargas menores a las que produciran deformaciones.

Diagrama esquemtico de unamquina de fatiga para realizarensayos de flexin rotatorios