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PROPIEDADES DE LOS MATERIALES.

UNIDAD. IMPERFECCIONES EN SOLIDOS.

Proceso de Solidificación. Es un proceso físico que consiste en el cambio de estado de materia de

líquido a solido producido por la disminución o por una compresión de este material.

Solidificación de Metales, etapas.

1. Formación de núcleos estables en el fundido. ( Nucleacion ).

Nucleacion. Etapa del proceso en la que se forman unos pequeños núcleos estables

sólidos dentro del líquido.

a) Nucleacion Homogénea. Es las simple, se da en el liquido fundido cuando el metal

proporciona por si mismo los átomos para formar los núcleos.

b) Nucleacion Heterogénea. En este caso la nucleacion sucede en un líquido sobre la

superficie del recipiente que lo contiene, impurezas insolubles u otros materiales

estructurales.

2. Formación de granos y estructura granular. El crecimiento del núcleo es la etapa del

proceso de solidificación donde los átomos del líquido se unen al sólidos formado grandes

estructuras cristalinas.

Nucleacion, Formación de Granos.

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La Solidificación es determinada por:

1. Velocidad de Nucleacion. Cantidad de cristales que se forman por unidad de tiempo.

2. Velocidad de Cristalización. Incremento de la longitud de los cristales por unidad de

tiempo.

Los metales puros se cristalizan fácilmente.

Disolución Sólidos. Es una fase que puede presentar composición variable.

Tipos de Disolución Sólidos.

Disolucion Sustitucionales.

• En las que el atomo o ion que se introduce sustituye a otro atomo o ion de la misma carga en la estructura huesped. Ejemplo : Al2O3 , oxido de aluminio.

Disolucion Intersticial.

• Son aquellas en las que los espacios introducidos ocupan una posicion intersticial que normalmente esta vacia en la estructura cristalina. Ejemplo: Acero.

Sustitucionales. Los

átomos del metal aleante

ocupa lugar en metal

base.

Intersticial.Atomos

pequeños ocupan espacios

entre los átomos del metal

del tamaño atomico mas

grande.

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Intersticial. Compuesto cristalino formado por una malla a base de metales de transición en cuyos

intersticios (espacios pequeños entre dos cuerpos) se colocan átomos de elementos ligeros.

Defectos e Imperfecciones Cristalinas.

No existen cristales perfectos si no que contienen varios tipos de imperfecciones y defectos, que

afectan sus propiedades físicas y mecánicas (tales como capacidad de formar aleaciones en frio,

conductividad eléctrica y corrosión).

Defectos Puntuales.

Se dan a nivel de las posiciones de los átomos individuales. Los principales defectos puntuales son:

a) Vacancias. Son puntos de red vacios en la estructura del material. Estos lugares deberían

idealmente estar ocupados por átomos, sin embargo se encuentran vacios.

b) Átomo Sustitucionales. Los materiales no son 100% puros, poseen impurezas las cuales se

definen como átomos diferentes a los átomos del material original. Cuando uno de esos

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átomos diferentes sustituyen a un átomo original ocupando su punto de red, reciben el

nombre de átomo sustitucional.

c) Átomos Intersticiales. Son átomos que ocupan lugares que no están definidos en la

estructura cristalina, son átomos cuya posición no está definida por un punto de red, se

colocan por lo general en los intersticios que se forman entre los átomos originales.

Defectos lineales. Se dan a nivel de varios átomos confinados generalmente a un plano. Los

Defectos lineales más importantes en los materiales son las dislocaciones. Estas se generan

durante la solidificación o la deformación plástica de los materiales cristalinos y consisten en

planos “extras” de átomos insertados en la estructura cristalina.

Las Dislocaciones están formadas por átomos originales del material, no por impurezas.

Las Dislocaciones tienen dos características importantes.

Tienen la capacidad de moverse o desplazarse en el interior del material.

Cuando una dislocación se desplaza, se divide aumentando el número de dislocaciones

presentes en el material.

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Cuando se aplica una fuerza sobre la dislocación, esta se desplaza sobre un plano y

dirección. Al plano se le llama Plano de Deslizamiento y a la dirección, Dirección de Deslizamiento.

A la combinación de un plano de deslizamiento con una dirección de deslizamiento se le conoce

como Sistema de Deslizamiento.

Cualquier fuerza finita mueve la Dislocación, es necesario aplicar una fuerza distinta de cero.

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Defectos Superficiales.

Son aquellos que se extienden a una superficie del cristal.

Los Defectos superficiales son los límites o bordes o planos que dividen un material en regiones,

cada una de las cuales tiene la misma estructura cristalina pero diferente orientación.

Superficie externa. Las dimensiones exteriores del material representan superficies en las cuales la

red termina abruptamente. Los átomos de la superficie no están enlazados al número máximo de

electrones que deberían tener, por lo tanto tienen mayor estado energético, que los átomos

internos.

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Bordes de Grano. Se definen como la superficie que separa los granos individuales, de diferentes

orientaciones cristalográficas en materiales policristalinos.

El límite de grano es una zona estrecha en la cual los átomos no están uniformemente separados,

es decir hay átomos que están muy juntos causando una compresión, mientras que otros están

separados causando tensión. Los limites de grano son aéreas de alta energía y son aéreas

favorables para la nucleacion.

Difusión en Estado Sólido.

La Difusión puede ser definida como el mecanismo por el cual la material es transportada a través

de ella misma.

En Gases, es rápida, ejemplo las partículas de humo en la cocina.

En Líquidos, es lenta, por ejemplo al verter unas gotas de tinta en un vaso de agua.

Sólidos, la vibración térmica permite el movimiento, por ejemplo al someter un pedazo de

hierro al calor de un soplete.

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La Difusión es controlada por la Temperatura.

En la Difusión el Flujo es el número de átomos que pasan por una superficie imaginaria de área

unitaria en la unidad de tiempo.

La Difusion depende de: Vibracion de los atomos alrededor

de su posicion de equilibrio. Controlada por la Temperatura.

Mecanismos Principales de Difusion.

Mecanismos de Vacancias o Sustitucionales. Los atomos se mueven saltando hacia

vacancias cercanas.

Mecanismo Intersticial. Los atomos se mueven saltando

hacia los espacios intersticiales cercanos.

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Aplicaciones industriales de Difusión: Endurecimiento del acero por cementación gaseosa,

soldadura por difusión, sintetizado en metalurgia en polvos.