Ingeniería de materiales 1

Defectos atómicos

• Imperfecciones en la estructura cristalina• Cristales imperfectos• Modifican las propiedades físicas y mecánicas de los materiales

• Defectos puntuales o de dimensión cero• Defectos de línea o de una dimensión (dislocaciones)• Defectos de superficie o de dos dimensiones (superficies externas, límites de

grano)• Defectos macroscópicos (poros, fisura, inclusiones o impurezas)

Aleación un elemento mayoritario y elementos minoritarios o impurezas mezcla de dos o más metales o un metal y uno o mas elementos

no metálicos aumenta la resistencia mecánica

aumenta la resistencia a la corrosión • Solución sólida (dos o más elementos dispersos

atómicamente en una estructura única• Nueva fase

MATERIAL CON ADICIÓN DE UN

NUEVO ELEMENTO

Ingeniería de materiales 2

Solución sólida intersticial los átomos de soluto se ubican en los espacios entre los átomos de disolvente (mayor proporción)• Solubilidad determinada por

– Tamaño r1/r2<15% ss, r1/r2>15% mayor distorsión de la red nueva fase– Estructura cristalina (igual estructura)– Diferencia de electronegatividad , a mayor diferencia mayor probabilidad compuesto

intermetálico

SOLUCIÓN SÓLIDA Sustitucional : los átomos de soluto sustituyen a átomos de disolvente (mayor proporción)

Si hay grandes diferencias en los R atómicos distorsión de la red

• Solubilidad determinada por– Tamaño r1/r2<15% ss, r1/r2>15% mayor distorsión de la red nueva fase– Estructura cristalina (igual estructura)– Diferencia de electronegatividad , a mayor diferencia mayor probabilidad compuesto

intermetálico

Ingeniería de materiales 3

Defectos puntuales

Discontinuidades en la red uno o más átomosCausan los efectos de difusión

Origen• Durante el calentamiento (por movimiento de los átomos)• En el procesamiento del material• Impurezas• Fabricación de aleaciones

A vacanciaB átomos intersticialesC átomos extraños

Vacancia Átomo sustitucional

Defecto Frenkel Defecto Schottky

Ingeniería de materiales 4

Vacancias• Durante la solidificación

• n=f(T) (mayor movilidad atómica)

• nv = n exp(-Q/RT)

nv =n° de vacancias por cm3

n = n° de puntos de red por cm3

R =constante de los gases T= temperatura absoluta K

Ejemplo A qué temperatura debiera calentarse el cobre para producir 1000 veces las vacancias que normalmente están presentes a temperatura ambiente, considerando que para producir una vacancia en el cobre se requiere aproximadamente 20000 cal/mol

Defecto intersticialÁtomo en posición normalmente desocupada (H, C)

Defecto sustitucionalÁtomo en reemplazo de otro (impureza o elemento aleante)

Ingeniería de materiales 5

Intesticio-vacanciaión salta de un punto normal de la red a un sitio intersticial

vacancia

Defecto Frenkel

Faltan dos iones de carga opuesta en un material iónico

Divacante aniónica y catiónica

Defecto Schottky

Divacante aniónica y catiónica

vacancia

Materialesiónicos

Ingeniería de materiales 6

Defectos lineales

Imperfecciones lineales en la red (almacenan energía)

Origen • Durante la solidificación• Durante la deformación

Dislocación de borde• semiplano extra• Vector de Burgers distancia del desplazamiento de los átomos • en el sentido horario se avanza un n° igual de espaciamientos atómicos en cada dirección• Vector b a la dirección de dislocación• Vector b // a la dirección de deslizamiento

Ingeniería de materiales 7

• Vector b a la dirección de dislocación• Vector b // a la dirección de deslizamiento

Ingeniería de materiales 8

Defectos lineales

Imperfecciones lineales en la red (almacenan energía)

Origen • Durante la solidificación• Durante la deformación

Dislocación de tornillo• Esfuerzo de corte• En forma de espiral• Vector b // a la dirección de dislocación• Vector b a la dirección de deslizamiento

Ingeniería de materiales 9

• Vector b // a la dirección de dislocación• Vector b a la dirección de deslizamiento

Ingeniería de materiales 10

• Deslizamiento DIRECCIÓN DE DEFORMACIÓN por movimiento de la dislocación

• Grado de DUCTILIDAD de un material• Preferencialmente en planos más compactos• Poca movilidad de dn en materiales con enlace covalente (Si o

polímeros) Resistencia y direccionalidad de los enlaces (materiales frágiles)• Poca movilidad de dn en materiales con enlaces iónico (cerámicos

MgO)

Ingeniería de materiales

DEFECTOS PLANARES

• Superficie del material término abrupto de la red (átomos con distinto n° de oordinación)• Límites de grano porción del material con diferente orientación de la estructura cristalina

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Bordes y límites de grano

• Tamaño de grano propiedades mecánicas • Frena el avance de las dn (antes de

encontrarse con otro LG)

Hall-Petch +Kd-1/2

= esfuerzo de fluencia, K= constantes del material

ASTM (American Society for Testing and Materials

N=2n-1 • 100x100• N=n° granos por pulg2

• n= tamaño de grano ASTM• Restricciones grano poliédrico

MECANISMOS DE ENDURECIMIENTO

Endurecimiento por deformación • dn rompen la perfección de la red• Se necesita un mayor esfuerzo para el avance de

la dn (AB)• A mayor densidad de dn mayor es la resistencia

del material

Endurecimiento por ss• Alteración de la red por un defecto puntual• Se necesita un mayor esfuerzo para el avance de

la dn • Átomos sustitucionales o instersticiales

Endurecimiento por tamaño de grano• Alteración de la red • Se necesita un mayor esfuerzo para el avance de

la dn