Materiales: estructura, morfología y constitución. Tema 2: Estructura atómica y propiedades de los metales. Modificación de propiedades: aleaciones

Transcripción

1 Materiales: estructura, morfología y constitución Tema 2: Estructura atómica y propiedades de los metales. Modificación de propiedades: aleaciones

2 Contenidos del tema 1.- Redes cristalinas de los metales 2.- Propiedades de los metales 2.1- Físicas Químicas Mecánicas Tecnológicas 3.- Empleo de materiales 4.- Modificación de las propiedades Aleaciones Diagramas de equilibrio Diagrama Fe-C

3 1. Estructura cristalina (Redes de Bravais) Disposición ordenada y repetitiva en las tres direcciones del espacio. En metales, muchos cerámicos y algunos polímeros. Define gran parte de las propiedades mecánicas.

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6 Factores que definen una estructura Celda unidad Átomos por unidad de celda Estructura Cristalina Densidad atómica superficial Densidad atómica lineal Nº de coordinación Factor de empaquetamiento Densidad teórica

7 Celda unidad (celdilla) Patrón (mínima repetición) Paralelepípedo o prisma de caras paralelas Define los ángulos y las dimensiones En metales son más importantes: Cúbica (BCC y FCC)--> 70% Hexagonal compacta (HC) Define las prop. Mecánicas, deformación plástica y la facilidad para formar aleaciones

8 Celdas unidad (III)

9 Átomos por ud. de celda Átomos contenidos Nº de coordinación Átomos vecinos más cercanos Ej: cúbico-simple=6 en la celda Ej: cúbico simple: 1/8*8=1 átomo

10 Densidad atómi- Densidad atómica ca lineal superficial Átomos existentes Átomos existentes en una dirección en un plano Ej: at/cm. Ej: at/cm2

11 Factor de empaquetamiento Relación entre el volumen de los átomos y el de la celda Da una idea de lo compacta que es 3 nº at. celda 4/ 3 R FEA= a3 Densidad teórica = at. por celda peso atómico vol.celda Nºavogadro = n A V c N A

12 Red cúbica centrada (BCC) Nº de átomos: 2 Propiedades: materiales resistentes a la deformación Feα, Ti, W, Mo, Nb, Ta, K, Na, V, Cr, Zr F. empaq: 0,68

13 Red cúbica centrada en caras (FCC) Nº de átomos: 4 Propiedades: se deforman mejor que BCC Feγ, Cu, Al, Au, Ag, Pb, Ni, Pt F. empaq: 0,74

14 Red hexagonal compacta (HC) Nº de átomos: 6 Propiedades: poco deformables Ti, Mg, Zn, Be, Co, Zr, Cd F. empaq: 0,74

15 Principales estructuras cristalinas

16 Redes de elementos compuestos

17 Estados alotrópicos

18 Estados alotrópicos del Hierro Fase líquida (>1539ºC) Feδ --> (BCC) Feγ --> (FCC) Feβ --> (BCC) Feα --> (BCC)

19 2. Propiedades de los metales Propiedades Físicas Propiedades Químicas Propiedades Mecánicas Propiedades Tecnológicas

20 Propiedades Físicas Densidad: masa contenida por unidad de volumen de un cuerpo. ρ=m/v ; (kg/m3) Punto de fusión: Tª a la que se produce el cambio de estado líquido-sólido. También se conoce el tipo de enlace. (ej: C(diam.)=3550ºC) Calor específico (c): calor necesario para elevar 1gr. Una ud. de masa. (cal/gr.; J/kg)

21 Propiedades Físicas Dilatación (ΔL): variación geométrica con la Tª. K es coef. de dilatación de cada material. Puede ser lineal, superficial o cúbica. ΔL=L0 K ΔT Conductividad: facilidad para transmitir la electricidad y el calor. σ=1/ρ; (Ω m)-1 Resistividad: inversa de la conductividad ρ=r A/L ; (Ω m)

22 Propiedades Químicas Oxidación: combinación del Oxígeno con el metal formando una fina capa. Protege: Actúa como barrera (ej: Al) No protege: se desprende (ej: Fe) Corrosión: Cuando además del oxígeno hay agua de lluvia o atmosferas contaminantes. Soluciones a la oxidación-corrosión: recubrimientos, aleaciones, pinturas...

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25 Propiedades Mecánicas Resistencia: capacidad para soportar la deformación por una carga externa: Tracción Compresión Torsión Flexión Corte Fatiga

26 Propiedades Mecánicas Dureza: resistencia a ser penetrado Elasticidad: capacidad para recuperar su forma original al cesar la carga. Tenacidad: capacidad para absorber golpes sin romperse (deformandose) Fragilidad: capacidad para romperse sin deformación

27 Propiedades Tecnológicas Ductilidad: capacidad para deformarse en frio sin romperse. (Fe, Cu, Ni y Al). Colabiliddad: capacidad para llenar el mode completamente. (Fundición, Bronce, latón y aleaciones ligeras). Soldabilidad: aptitud de un material para soldarse con otro bajo presión y temperatura. Maquinabilidad: facilidad para ser mecanizado. (Fundición gris, bronce, acero dulce y aleaciones ligeras).

28 3. Empleo de los materiales Fiabiliad: Si sabemos cuales son las solicitaciones podemos elegir el material idóneo sabiendo sus propiedades. Coeficiente de seguridad: nº que aumenta la fiabilidad (también el coste). Ej: Ascensor=1,5; cimentaciones=3 Coste: siempre el menor posible

29 4. Modificación de las propiedades Por qué?: mejorar las propiedades que los materiales puros no tienen y disminuir el coste. Soluciónes: Aleaciones, tratamientos (térmicos, termoquímicos y superficiales)

30 4.1 Aleaciones Definición: unión de un metal con otro/s elementos (metálicos o no). Disolvente: está en mayor proporción. Soluto: está en menor proporción. Procedimiento: se funden en hornos los materiales a alear en sus % adecuados y se les deja solidificar

31 4.2 Diagramas de solidificación

32 4.3 Diagrama Fe-C

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