Tema 6. Materiales Metálicos


Estructura Cristalina y Amorfa.
Defectos en la Red Cristalina de
los Metales.
Disposición
Microestructura Propiedades
atómica
Sin orden Orden de corto alcance Orden de largo alcance
Amorfos Cristalinos


Celda unidad

Parámetros de red

Número de coordinación

Factor empaquetamiento
Cuerpo Caras




Cuerpo




Cuerpo Caras Base

Base
Transformaciones alotrópicas o polimórficas
Materiales con mas de una estructura cristalina posible
Importante para el PROCESADO (tratamientos térmicos)
Hierro: BCC y FCC




1538-1394ºC 1394-912ºC
912-(-273)ºC
Planos cristalinos
0,1,1
Posiciones y direcciones

Dirección: ½,0, ½
Coordenadas punto final menos
punto inicial
0-½,1-0,1- ½=-½,1, ½
Reducir fracciones
-1,2,1
Resultado entre <>, o corchetes
<1 2 1>
Metales: planos compactos= planos deslizamiento

Identificar puntos de intersección con ejes
Origen excluido
x=∞; y=-1; z=½
Calcular inversos de intersecciones
0; -1; 2
Eliminar fracciones (no cambiar enteros)
Resultado entre paréntesis sin comas
(0 1 2)
Índices de Miller a0
Distancia interplanar: d 
h, k, l, índices de Miller h 2
 k 2  l2 
 Posiciones intersticiales
Huecos donde alojar elementos de otro átomo menor
Soluto en la disolución sólida
Octaedricos: índice de coordinación 6



No
Tetraédricos: índice de coordinación 4 excluyentes




2n huecos tetraédricos
En estructuras compactas
n huecos octaédricos
 Defectos en la red cristalina
Puntuales

Schottky




Frenkel
Origen
Solidificación
Bombardeo con partículas de alta energía
Deformación plástica
Aumentan con la temperatura
 Defectos en la red cristalina
Lineales: dislocaciones




Arista Cuña Borde
Taylor Mixta Hélice Burgers

Vector de Burgers: magnitud y dirección de la dislocación
Pérdida de propiedades mecánicas de los materiales
Origen en solidificación y enfriamiento Condensación vacantes
Def. plástica (rotura enlaces) Desajustes atómicos aleaciones
 Arista Plano cristalino adicional

Vector de Burgers
Perpendicular al plano de dislocación
Paralelo a la dirección de deslizamiento



Plano
deslizamiento


Esfuerzo Peilers-Nabarro   c·exp   b 
k·d

Deslizamiento a lo largo de direcciones compactas
Deslizamiento de planos compactos
Sólidos covalentes: comportamiento frágil por rotura de enlaces
Sólidos iónicos: comportamiento frágil alteración equilibrio eléctrico
Vacantes no influyen (dirección de deslizamiento anómala)
Impurezas en la red dificultan deslizamiento
Presencia de otras dislocaciones dificultan deslizamiento
Aumento de resistencia: formación de
dislocaciones, o introducción de impurezas
Acritud Endurecimiento por solución sólida
Disminución de resistencia: eliminación defectos
(relajación de tensiones o salida de impurezas)
Recocido
Defectos en la red cristalina
Superficiales: bordes de grano
Interfase entre dos granos con
diferentes orientaciones cristalinas
Origen en solidificación
Menor empaquetamiento de átomos
Mayor energía y reactividad
Limitan deslizamiento dislocaciones
Alineamiento de dislocaciones
En metales propiedades función del tamaño de grano
Maclas
Defecto en un grano con una pequeña diferencia de orientación




Imagen especular de dos redes respecto plano de macla
Origen en deformaciones o tratamientos térmicos
Dificultan deslizamiento de dislocaciones: aumentan resistencia

Falta de apilamiento
Propiedades Mecánicas de los
Materiales Metálicos
Propiedades mecánicas: respuesta a esfuerzos mecánicos externos
Ensayos normativizados (normalizados) y controlados
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ENSAYOS

ESTÁTICOS DINÁMICOS
Carga no varía o lo Carga varía
hace lentamente continuamente
Resistencia a tracción, Resistencia al impacto
compresión y flexión Impacto con dardo
Dureza Fatiga
Termofluencia
 Resistencia a tracción, compresión y flexión




UNE-EN 10319-1:2004: Materiales metálicos. Ensayos de relajación
del esfuerzo en tracción. Parte 1: Procedimiento operatorio para las
máquinas de ensayo.

UNE-EN 196-1:2005: Métodos de ensayo de cementos. Parte 1:
Determinación de resistencias mecánicas.
Resistencia mecánica Rigidez Posibilidad de conformar
Se recogen datos fuerza-longitud
Propiedad del material (indep. de dimensiones) tensión-deformación

500

 F
S0 400
font:symbol(s), MPa




300



200



L  L0

100

L0
0
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20

font:symbol(e), mm/mm



Ensayo de resistencia a tracción. Resto similares
PARÁMETROS DE INTERÉS
E: módulo de elasticidad Rigidez
Rm: máximo valor de tensión que soporta el material Resist.
Re: ausencia de deformación permanente mecánica
%A: alargamiento porcentual
Tenacidad Posibilidad
Módulo de resiliencia de conformar
Curva de tracción


Plástica

Elástica
Re: Límite elástico Fin de la zona lineal
E: módulo de elasticidad, o módulo de Young
Coeficiente de proporcionalidad tensión-deformación
  E·
E: dependiente de la estructura del material y tipo de enlace
Metales 40-400 GPa Polímeros 0,2-5 GPa
Cerámicos 70-500 GPa




Elástica
Re en caso de fluencia (o cedencia)




Re
 Limite elástico no definido: limite elástico convencional al n% def.


2.0




1.5




Deformación
, MPa




remanente
1.0




0.5




0,001
0,002
0.0




Rp0,2~ 42 psi ~ 310 MPa
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0




, mm/mm
Rp0,1 ~ 39 psi ~ 285 MPa
Rm: Resistencia a tracción
Inicio de la estricción en materiales dúctiles (metales y polímeros)




Rm

Plástica
Ductilidad: capacidad de deformación mediante trabajo en frio
Alargamiento porcentual tras rotura
Lf  L0
%A  100
L0
Estricción porcentual tras rotura
S0  Sf
%Z   100
S0




Material frágil %A<5%

Lf
Capacidad para absorber energía el material.
Elástica: módulo de resiliencia

1 1 Re2
UR  ·e ·Re  ·
2 2 E



Plástica: tenacidad
Cantidad de trabajo por
unidad de volumen sin
romper el material
 Baja tenacidad (cerámicos)
Mayor tenacidad
(metales)

Baja tenacidad
(Polímeros)

Deformación

Coeficiente de Poisson F
ΔL/2
d
d0
 L0
L d0
L0
...