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. UNIVERSIDAD CESAR VALLEJO FACULTAD DE INGENIERIA

EAP INGENIERIA INDUSTRIAL

Ing. Félix Enrique Carbajal Suarez

ESTRUCTURAS CRISTALINAS


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n

• b

PROPIEDADES Y COMPORTAMIENTO DE MANUFACTURA DELOS MATERIALES

ESTRUCTURA DELOS MATERIALES

PROPIEDADESMECANICAS

PROPIEDADESFISICAS Y

QUIMICAS

MODIFICACIONDE LAS

PROPIEDADES

Enlaces Atómicos:

ionicos,metalicos,

Covalentes

Cristalina

Amorfa

Cadena de

polímeros

Ductilidad

Maleabilidad

Tenacidad

Fatiga

ElasticidadDureza

Cedencia,

etc.

Densidad

Punto de fusión

Calor especifico

Conductividad

térmica

Conductividad

eléctrica

Propiedades

magnéticas

corrosión

Tratamiento

térmico

Completo

Tratamiento

térmico superficial

Aleaciones

Refuerzos

Compositos,etc


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V

• F

PORQUE ALGUNOS METALES SON BLANDOS

Y OTROS DUROS?

PORQUE ALGUNOS METALES SON FRAGILES

MIENTRAS OTROS SON DUCTILES Y SE PUEDENCONFORMAR FACILMENTE SIN FRACTURAR?

PORQUE ALGUNOS METALES O ALEACIONESPUEDEN RESISTIR ALTAS TEMPERATURAS Y

OTROS NO?


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ESTRUCTURA

CRISTALINA

Viaje al interior

de los metales


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c

• c

Cuando los metales solidifican a partir del estadoliquido, los átomos se reorganizan en varias

configuraciones ordenadas,llamados cristales

Este arreglo de los átomos en el cristal se conoce como estructuracristalina

Formados por el

crecimiento

tridimensional de

las celdas


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G

• V

METALLIQUIDO

CELDAUNITARIA

(0.1 nanómetros)

CRISTALES

MONOCRISTALES

POLICRISTALES

1.-Cubica centrada en lascaras(FCC)

2.-Cubica centrada en elcuerpo(BCC)3.-Hexagonal

compacta(HCP)

Red cristalinaImperfeccionesDislocaciones

Fronteras de granoDeformación plástica

Productos:Alabes de

turbina

Productos:Pernos

ResortesLigas,etc


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Metal


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v

g La estructura cristalina es la forma sólida de cómo seordenan y empaquetan los átomos, moléculas, o iones.Estos son empaquetados de manera ordenada y conpatrones de repetición que se extienden en las tres

dimensiones del espacio


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Redes de Bravías


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TIPOS DE CELDAS UNITARIAS

CUBICA CENTRADA EN EL CUERPO


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CUBICA CENTRADA EN LAS CARASC


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HEXAGONAL COMPACTA


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W

• SD


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Pero ¿Cómo puede influir el ordenamiento de los átomos en laspropiedades de los metales?

Cuanto mas compacto sea elordenamiento atomico,mayorserá la densidad atómica del

material

Teniendo en cuanto ello ¿Cuál delas dos estructuras cristalinas de la

siguiente figura es la mascompacta?


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INDICES DE MILLER

Para conocer a los planos cristalinos en

una red cristalina se utiliza el sistemaMiller, que se conoce como el recíprocode las fracciones de intersección (confracciones simplificadas) que el planopresenta en los átomos de las tres aristas

no paralelas a la celda unitaria.


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PROCEDIMIENTOS PARA DETERMINAR LOS ÍNDICES:1. Se elige un plano que no pase por el origen de las coordenadas (0,0,0).

2. Se determinan las intersecciones del plano de la función de los ejescristalográficos para un cubo unidad. Estas intersecciones pueden ser

fraccionarias.3. Se obtiene el recíproco de las intersecciones.4. Se simplifican las fracciones y se determina el conjunto más pequeño denúmeros enteros que existen en las mismas proporciones que las

intersecciones.

La notación (h,k,l) se utiliza para indicar los índices de Miller en un sentidogeneral.


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d

• d


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w

• w

Parámetros de Red


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s

• s


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Metales Mas dúctiles Estructura

Hierro

Cobalto

Cromo

Oro

Aluminio

Wolframio

Plomo

Titanio

Cobre

En la tabla se muestra un grupo de metales deuso mas común en la industria. Obsérvalos yselecciona 4 de estos aquellos que según tucriterio y experiencia son los mas dúctiles(mas

fácilmente deformables).Veamos ahora que relación podríaguardar tu elección con la estructuracristalina de estos metales.Para ello agregaremos en la tablaanterior una columna en la quecompararas tus resultados con lacorrespondiente estructura cristalina

Comparando tu experiencia con laestructura cristalina de cada metal,podrás comprobar que aquellosmetales que consideraste como masdúctiles son precisamente aquellosque tienen una estructura FCC y estono es pura coincidencia, sino unconsecuencia directa delordenamiento atómico en el interior

de los metales


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RESUMEN:

Metales con estructura cristalina FCC,como el

Au,Al,Cu,Pb,son metales mas dúctiles que losmetales con estructura cristalina HCP,como elZn,Be,Mg,Ti,Co y Zr, y que los metales conestructura cristalina BCC como el

Fe,Cr,Co,W,V,Mo,etc


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CALCULO DE LA DENSIDAD TEORICA

• AS1.-La densidad teórica de un material se puede calcular conlas propiedades de sus estructura cristalina

Masa de átomosDensidad :---------------------------

Volumen de celda

(# átomos/celda)(masa atómica)Densidad : -----------------------------------------------

(vol. Celda unitaria)(# Avogadro)


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f

-10

-A° : 10 m23

-# Avog : 6.023 x 10 at/mol

-9-nm : 10 m

EJEMPLOS

1.-El Cu posee una estructura FCC y un radio atómico( R) de 0.1278nm yconsiderando que los átomos son esferas solidas que contactan a lo largo delas diagonales de la celdilla unitaria.

Calcular la densidad teorica,sabiendo que tiene los siguientes datos:

Masa atómica: 63.59 gr/mol

Solución

a) N° átomos : 4 4R 4 x 0.1278

b) Parámetro de red(a) : a : ----------- = ---------------= 0.361 nm

√2 √2 10¯⁹ m

c) Volumen de la celda V = a³ = ( 0.361 nm)³ = 0.047nm³x --------- --- =4.7 x 10⁻²⁹ m³

nm³

4 átomos x 63.59 gr/ mol

d) Densidad = --------------------------------------------------- = 8.98 gr/ cc

4.7 x 10⁻²⁹ m³ x 6.023 x 10 ⁻²⁹atomos/mol

(# átomos/celda)(masa atómica)Densidad : -----------------------------------------------(vol. Celda unitaria)(# Avogadro)


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Actividad N° 01

EJERCICIOS PROPUESTOS


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S

•S

¿QUE TIPOS DE DEFECTOS SE PRESENTAN EN LOS

CRISTALES?¿ A QUE AFECTAN?


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F

TODOS LOS MATERIALES TIENENIRREGULARIDADES O DEFECTOS EN ELARREGLO DE LOS ÁTOMOS EN LOS

CRISTALES, LAS CUALES TIENENEFECTO EN EL COMPORTAMIENTODEL MATERIAL


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DEFINICION

•S Los defectos cristalinos son alteraciones de la

regularidad de la estructura cristalinaoriginadas por la presencia de impurezas en

la materia prima y condiciones de trabajo,afectando las propiedades mecánicas,químicas y físicas del material.


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ESTRUCTURA PERFECTA

• 6


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ESTRUCTURA ALTERADA

• B


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CLASIFICACIONEN FUNCION DE SUS DIMENSIONES

• Q


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S

• S


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B)VACANCIAS

VACANCIA

• D

Una vacancia se produce cuando falta un átomo o un ion

en su sitio normal de la estructura cristalina. Cuandoexiste una vacancia aumenta el desorden normal oentropía del material, lo cual aumenta la estabilidad

termodinámica de un material cristalino.Pueden ser formados durante la solidificación o como

resultado de vibraciones atómicas.


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C)ÁTOMO INTERSTICIAL

•

ESon átomos que ocupan lugares que no están definidos enla estructura cristalina


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DEFECTOS LINEALES

• JUSTIFICACIÓN:1. TENSIONES DE ORIGEN TÉRMICO(Tratamiento

térmico)2. DEFORMACIONES EN FRÍO( laminacion,forja,trefilado)

3. EXISTENCIA DE ÁTOMOS EXTRAÑOS EN LARED(defectos intercristalinos)

• CONSECUENCIAS:

1. FORMAN UNA ESTRUCTURA LINEAL2. DISMINUYE LA RESISTENCIA MECÁNICA.3. LOS MOVIMIENTOS DE LAS DISLOCACIONES CAUSAN

LA DEFORMACIÓN PLÁSTICA EN LAS ALEACIONESMETÁLICAS.


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• s

La principal imperfección son las dislocaciones que sonimperfecciones lineales en una red que de otra forma seria

perfecta


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q

• w


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e

• z

Los limites de grano juegan un

papel muy importante en laspropiedades mecánicas de losmateriales policristalinos.El tamaño de grano puedemedirse a través de un métodoestandarizado porASTM,denominado numero degrano.


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TAMAÑO DE GRANO ASTM


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G

• G

Si una pieza de metal

policristalino esdeformada atemperaturaambiente(trabajo enfrio),los granos se

deforman y alarganSi la deformación se realiza aT° baja se genera un incrementosignificativo en el N° dedislocaciones

Laminación


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• S

2.-RecristalizacionLa re cristalización se produce auna temperatura que serátanto menor cuanto mas altosea el grado de acritud quepresente el metal.Durante la recristianización sepuede producir el crecimiento

de los nuevos granos.


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INFLUENCIA DE LA ESTRUCTURA EN LAS PROPIEDADES

LAS PROPIEDADES MECÁNICAS Y FÍSICAS DE LOS MATERIALESDEPENDEN DEL TIPO DE ENLACE Y DE LA ESTRUCTURA QUE

LA FORMAN.

Dichas propiedades son:

• Densidad,

•

Conductividad térmica,• Conductividad eléctrica,

• Resistencia,

• Ductilidad , dureza, entre otras.


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Actividad N° 02

En los procesos de deformación plástica comotrefilación o laminación del acero ,mencionar que

tipos de defectos se presentan

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