CRISTAL METALICO

Segunda clase;

El cristal metálico; Aleaciones, distintos tipos; la solución sólida; el compuesto íntermetálico, Sistemas Bi y Polifásicos.

Estructuras Metalográficas, su mecanismo de formación y propiedades.

Estructuras de Nucleación y crecimiento,estructuras eutécticas o de coprecipitación. Estructuras martensíticas.Estructuras de compuestos íntermetálicos.

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CRISTAL METALICO

CRISTAL METALICO

En una red cristalográfica es siempre posible elegir 8 puntos próximos que unidos forman un cuerpo geométrico que se repite a lo largo de la red.

Un sistema queda definido por los tres vectores de malla o constantes de malla y los tres ángulos interaxiales.

Existen siete sistemas cristalográficos fundamentales

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CRISTAL METALICO

Sistemas de cristalizacion

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CRISTAL METALICO

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• El ordenamiento interno de los atomos es la caracteristica esencial del estado cristalino.

• El tipo de reticulo cristalografico determina muchas de las caracteristicas fisicas y quimicas de los metales, como la conductividad termica, la solubilidad, la resistencia mecanica, el coeficiente de dilatacion.

• A raiz de la estructura cristalografica, los metales presentan distintas propiedades en las diferentes direcciones dentro del cristal. Los metales son anisotropicos por sus propiedades vectoriales.

• La conductividad electrica es debida a la nube electronica que rodea a los reticulos formado por iones positivos

ESTRUCTURA CRISTALOGRAFICA Y PROPIEDADES

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ESTRUCTURA CRISTALOGRAFICA Y PROPIEDADES

• La plasticidad varia con la estructura cristalográfica , los metales que cristalizan en el sistema cúbico a cara centrada presentan los mayores valores de plasticidad.

Si la estructura es mas compleja la plasticidad disminuye, aumenta la dureza y la resistencia a los esfuerzos mecánicos

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El Grano metalico

• Los materiales metálicos se presentan muchas veces con estructuras policristalinas.

• La solidificación de un material comienza en distintos puntos del baño simultáneamente.

• Crece y se desarrolla hasta que choca con otra porción de material que solidifica.

• La porción que solidifica se llama “grano”.• El grano esta rodeado por el “borde de grano”.

• El material que forma el grano es homogéneo y tiene una única composición química

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El Grano metálico

• El borde de grano• Es el lugar donde solidifican finalmente todas las impurezas

y permanece en equilibrio inestable.• Es el lugar donde cambian de dirección los planos

cristalográficos.• Constituyen sitios que tienden a trabar los deslizamientos

atómicos.• Los materiales con mucho borde de grano o grano fino son

menos deformables plásticamente.• Presentan mayor resistencia mecánica.• Se obtiene mayor tenacidad ( resistencia al choque)

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El Grano metálico

Temperatura de equicohesion

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El Grano metálico

• Temperatura de equicohesion• El aumento de la resistencia debido al achicamiento del grano

se cumple hasta determinadas temperaturas.• A altas temperaturas esta resistencia disminuye, y es cero a la

temperatura de fusion.• En el cristal que forma el grano hay una cierta cohesion que

posibilita el ordenamiento.• Al bajar la temperatura el grano y el borde de grano aumentan

su resistencia.• A la temperatura de equicohesión ambas resistencias son

iguales.• Por encima, la resistencia del grano es mayor que la del borde • Por debajo, La resistencia del grano es menor que la del borde

de grano.

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El Grano metálico

• Arriba de la temperatura de equicohesión la fractura se produce por los bordes de grano y se llama intercristalina

• Por debajo de la temperatura de equicohesión la fractura se produce a través del grano y se llama transcristalina

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Aleaciones

• Definición: Se denomina aleación a la reunión de dos o mas metales o de uno o mas metales con un no metal.

En todos los casos el producto final posee una estructura cristalográfica en estado sólido.

Cuando un metal “b” es soluble en el metal puro “a”, significa que la estructura cristalográfica de la aleación corresponde a la del metal puro “a” . Los átomos del componente b se encuentran dispersos dentro de la red cristalográfica del metal puro “a” y la aleación se llama SOLUCION SÓLIDA

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Aleaciones

• EXISTEN DOS FORMAS DE SOLUCION SOLIDA:• Cuando el soluto tiene sus átomos alojados en los espacios

interatómicos del solvente, tenemos una • SOLUCION SOLIDA INTERSTICIAL.

• Cuando los átomos del soluto sustituyen átomos del solvente, tenemos una SOLUCION SOLIDA SUSTITUCIONAL.

• Soluciones intersticiales se producen cuando los átomos del soluto son pequeños con respecto a los del solvente.

• En las aleaciones sustitucionales los átomos del soluto pueden ser ligeramente mayor o menor a los del solvente.

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Aleaciones

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Aleaciones

• Los metales puros teóricamente tienen una estructura cristalográfica simétrica perfecta, a raíz de esto son los mas plásticos y mejores conductores del calor y la electricidad.

• Las aleaciones introducen distorsiones en la red cristalina, sean estas pequeñas o importantes provocan una alteración en las propiedades de los metales puros: Aumento de la resistencia mecánica, disminución de la conductividad.

• Por ejemplo: El latón (Cu – Zn), con poco porcentaje de Zn (30 %) es fácilmente deformable en frío, con porcentajes mayores no se puede deformar en frío, se vuelve quebradizo

• Latón 70/30 : latón de cartucheria.• Cu electrolitico,

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Aleaciones

• Hay elementos que no son solubles en algunos metales y forman una fase separada.

• No hay insolubilidad total, sino solubilidad reducida. Esa cantidad ínfima del segundo constituyente disuelto distorsiona muy poco la red del cristal, pero para propiedades tan sensibles como la conductividad eléctrica, ese pequeño porcentaje hace notar sus efectos.

• Si tenemos una mezcla de dos tipos de solución sólida α y

β, generalmente corresponde una estructura cristalografica a α y otra a β. Los trozos de cristal (granos) α constituyen una fase y los β otra fase.

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Aleaciones

• Si tenemos una mezcla de ambos cristales, existirán interfases entre ambos que interrumpen la continuidad del material trabando los posibles deslizamientos de los planos atómicos.

• Disminuye la deformacion plastica.• Disminuye la conductividad eléctrica.

• Como ejemplo: El Bronce, aleación de Cobre y Estaño.• Con 10% de estaño se puede deformar fácilmente por

estampado, (Aleacion α).• Con porcentajes del 30% de Sn o mas, es frágil se debe

usar en estado de colada no se puede deformar. • (aleacion α + γ)

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Aleaciones

• Se definen los sitios de interfases como zonas limites entre dos estructuras cristalograficas diferentes, su influencia se manifiesta en:

• a) El aumento de la resistencia estatica ( al travar el deslizamiento de los planos atomicos)

• b) Hay una disminucion eventual de la resistencia dinamica

(al choque), por sus valores de cohesion, pueden resultar zonas de fragilidad.

Estructura eutectica y compuesto intermetalico

Fundicion blanca hipoeutectica

Sitios de interfase

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Aleaciones

• Si los componentes tienen distintas temperaturas de solidificación. Las distintas fases del material se forman en momentos diferentes.

• Si el proceso de solidificación es lento obtenemos granos bien conformados en su estado de equilibrio estable. Pueden

obtenerse altos valores de plasticidad.

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Aleaciones

• Si el enfriamiento es rápido impedimos ese ordenamiento regular, y disminuye mucho la plasticidad.

Estructura de un acero de medio carbono enfriado rápidamente

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Aleaciones

Cuando las distintas fases de una aleación aparecen simultáneamente o sea coprecipitan, se forman estructuras de poca plasticidad, denominadas eutecticas.

Estructura Eutéctica o de

Coprecipitacion

Fundicion blanca eutectica

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Aleaciones

Los metales puros y las soluciones solidas pueden ser deformadas plasticamente, estampado, trafilado, repujado, laminado en frio, etc. estas operaciones se pueden realizar en frio, en este caso los granos cristalograficos se alargan en el sentido de la deformacion, esta distorsion impide una deformacion posterior, se dice que se produce una consolidacion mecanica.

Estructura de un acero de bajo Carbono

SAE 1010 laminado en frio ( granos alargados)

Estructura de laminado en frio

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Aleaciones

Existen aleaciones que contienen un material que es un compuesto químico definido, llamado compuesto intermetálico.

Estos compuestos generalmente poseen uniones atómicas covalentes.

Constituyen compuestos rígidos y duros que se oponen a la deformación plástica. Son además dificiles de mecanizar y forman interfases frágiles con el resto del material.

En general las aleaciones que las contienen son frágiles.

Material Babit (antifriccion)

Compuesto Intermetalico

Acero p/ herramientas K 100

Compuesto Intermetalico

Carburos de Cr.Antimonio ( Sb)

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Aleaciones

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Aleaciones