Transcript
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 1/44
INGENIERINGENIERÍÍA DE SOLDADURAA DE SOLDADURA
Julio A. Acosta Sullcahuamán
SALIRSALIR >>
21/06/2007 jaasullcahuamán 2
ESTRUCTURAESTRUCTURA Y PROPIEDADESY PROPIEDADES
DE LOS METALESDE LOS METALES
1. INTRODUCCIÓN
2. ESTRUCTURA CRISTALINA
3. DEFORMACIÓN PLÁSTICA
4. RESISTENCIA DE LOS METALES
5. DEFECTOS CRISTALINOS
6. RESISTENCIA REAL DE LOS METALES
7. MECANISMOS DE ENDURECIMIENTO8. DIFUSIÓN EN ESTADO SÓLIDO
>><<
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 2/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 3
1.1. Introducci Introducci ó ó n n
Ciencia de los materiales Disciplina científica investigación Conocimiento básico de la estructura, propiedades y
procesamiento de los materiales
Ingeniería de materiales Disciplina de la ingeniería aplicación
Conocimiento de los materiales Convertir los
materiales en productos necesarios para el bienestar dela sociedad.
LaCiencia e ingeniería de los materiales combina laciencia de los materiales y la ingeniería de materiales
ÍNDICEÍNDICE >><<
21/06/2007 jaasullcahuamán 4ÍNDICEÍNDICE >><<
11.. IntroducciIntroduccióónn
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 3/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 5ÍNDICEÍNDICE >><<
11.. IntroducciIntroduccióónn
21/06/2007 jaasullcahuamán 6ÍNDICEÍNDICE >><<
11.. IntroducciIntroduccióónn
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 4/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 7ÍNDICEÍNDICE >><<
11.. IntroducciIntroduccióónn
21/06/2007 jaasullcahuamán 8
CMC Exhaust Mixer Nozzle Ceramic Composite Brake Rotors
Immersion Tubes for Molten AluminumHolding Furnaces.
Turbine Engine Afterburner
High temprerature (to 3200°)
High specific strength
Excellent environmental durability
Low weight
Low porosity
Exellent toughness
Tailorable thermal-mechanical
properties
ÍNDICEÍNDICE >><<
11.. IntroducciIntroduccióónn
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 5/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 9ÍNDICEÍNDICE >><<
todo puede convertirse en: …más ligero,
…más resistente … …para mucho más tiempo
11.. IntroducciIntroduccióónn
21/06/2007 jaasullcahuamán 10
CMP y CMM han sido desarrolladospara aplicaciones aeroespaciales. Estosmateriales compuestos poseen unaelevada resistencia mecánica y rigidezasí como un coeficiente de expansióntérmica casi nulo.
CMP (grafito/epoxy) ha sido empleadoen la fabricación de elementos deapoyo, paneles, antenas, antenasparabólicas, reflectores.
CMM poseen una elevadaresistencia y conductividadtérmica, alta rigidez y
resistencia específica.The P100/6061 Al usado en el
telescopio espacial Hubble
ÍNDICEÍNDICE >><<
11.. IntroducciIntroduccióónn
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 6/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 11ÍNDICEÍNDICE >><<
“Una civilización es a la vezdesarrollada y limitada por losmateriales que dispone”
George Paget Thomson
11.. IntroducciIntroduccióónn
21/06/2007 jaasullcahuamán 12
Los metales han sido siempre elementos fundamentales en eldesarrollo de la humanidad...
¿Cómo se fabricarían: automóviles, trenes, aviones, barcos,tractores, bicicletas, ..., etc. sin el uso de los metales?
Es obvia esta dependencia en las plantas industriales, seamecánica, química, eléctrica, nuclear o de cualquier otro tipo.
También , es evidente la función clave que desempeñan en loselementos de nuestros propios hogares.
ÍNDICEÍNDICE >><<
Instalaciones sanitarias Luz eléctrica y alumbrado Estufas eléctricas Refrigeradores Lavadoras y secadoras
Hornos Radio y televisión Marcos de aluminio para ventanas Sistemas de aire acondicionado. etc.
11.. IntroducciIntroduccióónn
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 7/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 13
En alguna etapa de la fabricación de estos artículos, losmetales cumplen un papel importante de modo que sería muy
difícil y, frecuentemente imposible, producirlos sin el uso demetales.
Desde luego, además de los metales, otros materiales tienenfunciones claves en la manufactura de muchos artículos ennuestra moderna tecnología.
El ingeniero selecciona los materiales que tienen las
propiedades físicas deseadas y que son las más económicas.
ÍNDICEÍNDICE >><<
11.. IntroducciIntroduccióónn
21/06/2007 jaasullcahuamán 14
Existen esencialmente 3 propiedades físicas principales de losmetalesque explican su papel clave en el desarrollo humano:
1. Formabilidad. Sólo aproximadamente el 20% de losmetales se usa directamente en su forma de colada, casi
todos son mecánicamente formados.
2. Resistencia sin fragilidad (tenacidad). Por ejemplo, elvidrio es muy resistente (σ F del vidrio es aprox. 7σ F delas mejores aleaciones de Al ) y a la vez extremadamentefrágil, por lo que uno nunca soñaría en diseñar un ala deavión hecha de vidrio.
3. Propiedades eléctricas y magnéticas. Baja resistividadeléctrica y magnetización de los metales ferrosos.
ÍNDICEÍNDICE >><<
11.. IntroducciIntroduccióónn
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 8/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 15
Relación estructura - propiedades –procesamiento - aplicación
ÍNDICEÍNDICE >><<
11.. IntroducciIntroduccióónn
21/06/2007 jaasullcahuamán 16
La metalurgia física se relaciona más con el efecto del arregloatómico y la micro estructura del metal que con suspropiedades físicas.
Se pueden resumir estas relaciones en la siguiente tabla:
ÍNDICEÍNDICE >><<
PROPIEDAD FÍSICAINFLUENCIA DEL
ARREGLO ATÓMICO
INFLUENCIA DE LAMICROESTRUCTURA
Mecánica (resistencia,ductilidad, fragilidad, etc.)
muy fuerte muy fuerte
Eléctrica y térmica (resistividad, magnetización,conductividad, etc.)
poca ligera a fuerte
Química (resistencia a lacorrosión, potencialcatalítico, etc.)
poca
ligera a moderada
11.. IntroducciIntroduccióónn
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 9/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 17ÍNDICEÍNDICE >><<
11.. IntroducciIntroduccióónn
21/06/2007 jaasullcahuamán 18ÍNDICEÍNDICE >><<
Microestructura de aceros: blando (izq.) y muy duro (der.)
11.. IntroducciIntroduccióónn
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 10/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 19
Como se puede observar en la tabla: si se controla el arreglo atómico y la micro estructura se
pueden controlar todas las propiedades físicas del metal, peroparticularmente las propiedades mecánicas.
Por tanto, intentaremosconstantemente orientar nuestroestudio hacia el control de las propiedades mecánicas de losmetales y sus aplicaciones.
El control del arreglo atómico y la microestructura se realiza pormedio de procesos tales como el colado, conformado ytratamiento térmico.
Una de las metas de este tópico es ofrecer las bases teóricas
que permitan comprender cómo y por quédichos procesoscontrolan el arreglo atómico y la micro estructura en la formaque lo hacen.
ÍNDICEÍNDICE >><<
11.. IntroducciIntroduccióónn
21/06/2007 jaasullcahuamán 20
Materiales cerámicos Materiales que exhiben enlaces iónicos o covalentes o ambos Compuestos de elementos metálicos y no metálicos de altas
temperaturas de fusión Duros y quebradizos Bajas conductividades eléctricas y térmicas Ej.: productos de arcilla, porcelana, vidrio y óxidos de aluminio
Materiales poliméricos Materiales que presentan primordialmente enlaces covalentes. También son importantes las fuerzas de enlace secundarias
(enlaces de Van derWaals). Constan de cadenas largas formadas por elementos de bajo
peso atómico (C, H, O y N)
Bajo punto de fusión Baja resistencia mecánica y bajas conductividades eléctricas Ej.: madera, plásticos, polietileno, policlorurode vinilo
ÍNDICEÍNDICE >><<
11.. IntroducciIntroduccióónn
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 11/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 21
Materiales metálicos Materiales que se caracterizan por tener enlaces metálicos. Enlace metálico altas conductividades térmicas y eléctricas Buena ductilidad, resistencia mecánica, tenacidad Ejemplo: magnesio, hierro, oro, plata, aluminio, acero, etc. Una característica común a los elementos metálicos es que
tienen solamente uno, dos o tres electrones en la capa externa,estos se enlazan en forma relativamente libre al núcleo.
Así por ejemplo, cuando colocamos juntos un número deátomos de aluminio (número atómico = 13), en un bloque dealuminio, los electrones exteriores abandonan los átomos
individuales y pasan a formar un "gas de electrones" común. Estos electrones se desplazan continuamente dentro del metal
y no pertenecen a un átomo determinado, sino al conjunto deátomos.
ÍNDICEÍNDICE >><<
11.. IntroducciIntroduccióónn
21/06/2007 jaasullcahuamán 22
Enlace metálico
Enlace en el cual los átomos del metal ceden sus electrones aun gas de electrones y asumen un ordenamiento regular.
ÍNDICEÍNDICE >><<
gas de
electrones
átomo de
aluminio
átomo de
aluminio
Ejemplo:
Al (z=13)
11.. IntroducciIntroduccióónn
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 12/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 23
Por lo tanto, los átomos se conviertes en iones de Al +3 .
Estos se repelen entre sí, pero permanecen en el bloquegracias a la atracción entre los electrones negativos y los ionespositivos.
Este modelo nos ayuda a entender las propiedades de losmetales.
Por ejemplo, el modelo explica la alta conductividad eléctricade los metales. Si aplicamos un voltaje a través del cristal, loselectrones en el gas de electrones (que están enlazadosdébilmente) se moverán con facilidad, produciendo unacorriente.
También se puede entender; la ductilidad de los metales ocapacidad para deformarse sin fractura; la conductividadtérmica; la reflectividada la luz (lustre metálico); su formacristalográfica en estado sólido, etc.
ÍNDICEÍNDICE >><<
11.. IntroducciIntroduccióónn
21/06/2007 jaasullcahuamán 24ÍNDICEÍNDICE >><<
Contribución relativa de los diferentes tipos de enlace a cada uno de losmateriales para ingeniería (tres tipos estructurales y los semiconductores)
Resumen
11.. IntroducciIntroduccióónn
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 13/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 25
Materiales cristalinos y amorfos
a) sílice cristalina y b) vidrio de sílice
ÍNDICEÍNDICE >><<
11.. IntroducciIntroduccióónn
21/06/2007 jaasullcahuamán 26ÍNDICEÍNDICE >><<
Metales
Cu, Al, Au, Ag
etc.
11.. IntroducciIntroduccióónn
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 14/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 27ÍNDICEÍNDICE >><<
2. Estructura cristalina2. Estructura cristalina
Estructura cristalina material cristalino Los átomos se sitúan en una disposición repetitiva o
periódica a lo largo de muchas distancias atómicas Existe un orden de largo alcance los átomos se sitúan
según un patrón tridimensional repetitivo Los átomosnopermanecen fijos en sus posiciones sino
queoscilan alrededor de puntos fijos equilibrio dinámico La red tridimensional de líneas imaginarias que conecta los
centros de los átomos se llama red espacial La unidad más pequeña que tiene la simetría de todo el
cristal se llama celda unitaria
21/06/2007 jaasullcahuamán 28ÍNDICEÍNDICE >><<
2. Estructura cristalina2. Estructura cristalina
celda unitaria
puntos reticularesred espacial
celda unitaria
patrón más pequeño de átomos que se repite en todasdirecciones del espacio es submicroscópica
las celdas unitarias están dispuestas en forma ordenada en
los sólidos cristalinos
estructuración regular de átomosque se mantiene a gran escala
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 15/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 29ÍNDICEÍNDICE >><<
posiciones relativas de los átomos modelo de esfera dura
2. Estructura cristalina2. Estructura cristalina
•Todos los metales, muchos materiales cerámicos y ciertospolímeros, poseen estructura cristalina.
•La estructura cristalina de un material se define según el tamaño,la forma y el ordenamiento atómico dentro de la red espacial.•El análisis de una red espacial se realiza estudiando su celda
unitaria, y no toda la red.
21/06/2007 jaasullcahuamán 30
Sistemas cristalinos Existen 14 tipos de redes cristalinas clasificados en 7
sistemas cristalinos Los metales tienen estructuras particularmente sencillas De las 14 retículas de Bravais, la mayoría de los metales se
forman en una de las muy sencillas estructuras siguientes: cúbica centrada en el cuerpo ( cccu ) cúbica centrada en las caras ( ccca ) hexagonal compacta ( hc ) tetragonal
Muchos metales existen en más de una estructura cristalina,dependiendo de la temperatura, pero en la mayoría de los casos, las
transiciones se dan entre estas 4 estructuras cristalinas. A estapropiedad, en tanto que sea reversible, se denomina ALOTROPÍA
ÍNDICEÍNDICE >><<
2. Estructura cristalina2. Estructura cristalina
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 16/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 31
Transformación alotrópica del Fe
ÍNDICEÍNDICE >><<
2. Estructura cristalina2. Estructura cristalina
910°C
21/06/2007 jaasullcahuamán 32
Existen 14 tipos deredes cristalinas,clasificados en 7
sistemas cristalinos
ÍNDICEÍNDICE >><<
2. Estructura cristalina2. Estructura cristalina
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 17/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 33ÍNDICEÍNDICE >><<
2. Estructura cristalina2. Estructura cristalina
21/06/2007 jaasullcahuamán 34
Los tres tiposprincipales deestructuras en quepueden cristalizarlos elementosmetálicos
ÍNDICEÍNDICE >><<
2. Estructura cristalina2. Estructura cristalina
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 18/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 35
Estudio de las principales redes cúbica centrada en el cuerpo ( cccu ) cúbica centrada en las caras ( ccca )
hexagonal compacta ( hc )Para cada caso determinar: parámetros de red radio atómico ( r a ) = f [ parámetros de red ] número de átomos por celda (n) número de coordinación (nc): número de átomos vecinos más
próximos y que equidistan de un átomo
factor de empaquetamiento atómico (fea):
ÍNDICEÍNDICE >><<
2. Estructura cristalina2. Estructura cristalina
celdaladevolumen
átomosdevolumenfea =
21/06/2007 jaasullcahuamán 36
Red cúbica centrada en el cuerpo ( ccc u )
ÍNDICEÍNDICE >><<
2. Estructura cristalina2. Estructura cristalina
parámetro de red = a
r a =
n =
nc = fea =
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 19/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 37ÍNDICEÍNDICE >><<
2. Estructura cristalina2. Estructura cristalina
parámetro de red = a
r a =
n =
nc =
fea =
Red cúbica centrada en las caras ( ccc a )
21/06/2007 jaasullcahuamán 38
Red hexagonal compacta ( hc )
ÍNDICEÍNDICE >><<
2. Estructura cristalina2. Estructura cristalina
parámetros de red = a y c
r a =
n =
nc =
fea =
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 20/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 39ÍNDICEÍNDICE >><<
2. Estructura cristalina2. Estructura cristalina
Estructura n r a = f (a) nc fea Metales típicos
cs 1 r = a / 2 6 0,52 Ninguno
cccu 2 r = a√3 / 4 8 0,68 Fe-α, Fe-δ, Ti, W, Mo.
ccca 4 r = a√2 / 4 12 0,74 Fe-γ, Cu, Al, Au, Ag, Pb.
hc 6* r = a / 2 12 0,74 Ti, Mg, Zn, Be, Co, Zr.
21/06/2007 jaasullcahuamán 40
Densidad lineal Número de átomos que tienen sus centros localizados en
una línea de dirección dada por unidad de longitud
ÍNDICEÍNDICE >><<
2. Estructura cristalina2. Estructura cristalina
]hkl[
]hkl[]hkl[
longitud
átomosnd =
)hkl(
)hkl()hkl( área
átomosnd =
Densidad planar Número de átomos que tienen sus centros localizados en un
área dada sobre un plano por unidad de área
En estos cálculos de la densidad, una de las reglas básicas es que un plano ouna línea debe pasar a través del centro de un átomo o no se cuenta el átomoen los cálculos
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 21/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 41
Densidad teórica
Masa de una celda unitaria entre el volumen de dicha celda
ÍNDICEÍNDICE >><<
2. Estructura cristalina2. Estructura cristalina
unitariacelda
unitariaceldat volumen
masa=δ
Ejemplo: Calcular para el Cu densidad lineal [110]
densidad planar (111)
densidad teórica
21/06/2007 jaasullcahuamán 42ÍNDICEÍNDICE >><<
3. Deformaci 3. Deformaci ó ó n pl n pl á á sticastica
Metales Resistencia y ductilidad son fuertementecontroladas por la estructura atómica y microestructura
Por ello es importante estudiar y entender con claridad elmecanismo de control de estas propiedades Inicialmente deformación demonocristales Luego deformación depolicristales
Deformación Deformación elástica completamente recuperable al
eliminarse el esfuerzo
Deformación plástica no recuperable al eliminarse elesfuerzo
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 22/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 43ÍNDICEÍNDICE >><<
3. Deformaci3. Deformacióón pln pláásticastica
Desplazamiento atómico producido por un esfuerzocortante :
ε σ E= γ τ G=
21/06/2007 jaasullcahuamán 44
Mecanismos de deformación plástica: deslizamiento maclado deslizamiento en los límites de grano termofluencia difusional
DeslizamientoMovimiento paralelo de dos regiones cristalinas
adyacentes, una respecto a la otra, a través de algún plano (o
planos)
Sistema de deslizamiento Es la combinación de un plano y una
dirección que se halla sobre el plano, a lo largo del cual se produce
el deslizamiento
ÍNDICEÍNDICE >><<
3. Deformaci3. Deformacióón pln pláásticastica
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 23/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 45
Los planos compactos hacen másfácil el deslizamiento que losplanos alineados en otra dirección
respecto al esfuerzo cortante
ÍNDICEÍNDICE >><<
3. Deformaci3. Deformacióón pln pláásticastica
21/06/2007 jaasullcahuamán 46ÍNDICEÍNDICE >><<
3. Deformaci3. Deformacióón pln pláásticastica
Sistemas de deslizamiento ccc a
Planos {111}Direcciones <110>
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 24/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 47ÍNDICEÍNDICE >><<
3. Deformaci3. Deformacióón pln pláásticastica
Sistemas de deslizamiento ccc u
21/06/2007 jaasullcahuamán 48ÍNDICEÍNDICE >><<
3. Deformaci3. Deformacióón pln pláásticastica
Sistemas de deslizamiento hc
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 25/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 49
Deslizamiento ccc a
ÍNDICEÍNDICE >><<
3. Deformaci3. Deformacióón pln pláásticastica
21/06/2007 jaasullcahuamán 50ÍNDICEÍNDICE >><<
4. Resistencia de los metales4. Resistencia de los metales
Esfuerzo cortante resuelto (factor de Schmid)
Supóngase un monocristal
cilíndrico de un metal ccca
Tensión bajo una fuerza F
Deslizamiento planos (111) 3 direcciones <110>
Resolver el esfuerzo cortantesobre el plano (111) y a lo largode las direcciones <110>
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 26/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 51ÍNDICEÍNDICE >><<
¿Cuál es el esfuerzo cortante resuelto a lo largo de una direcciónque hace un ángulo λ con el eje detensión en el plano cuya normal formaun ángulo φ con dicho eje?
AcosAe =φ
2a4
A π =
ba4
Ae
π =
acosb =φ
λ cosF
4. Resistencia de los metales4. Resistencia de los metales
21/06/2007 jaasullcahuamán 52ÍNDICEÍNDICE >><<
Esfuerzo cortante resuelto (τ r )
)cos(cosA
Fr φ λ τ =
er A
cosF λ τ = )FS(r σ τ =
σ : esfuerzo de tensión y FS: factor de Schmid
4. Resistencia de los metales4. Resistencia de los metales
Se ha encontrado que en un sistema de deslizamiento seproducirá el deslizamiento cuando el esfuerzo cortante resuelto enese sistema alcance cierto valor crítico
Al esfuerzo cortante resuelto requerido para iniciar eldeslizamiento sobre un sistema de deslizamiento dado se le llamaa menudoesfuerzo cortante crítico resuelto (ECCR ) y su valor
depende en gran medida de la pureza del metal (ver siguientetabla)
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 27/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 53ÍNDICEÍNDICE >><<
4. Resistencia de los metales4. Resistencia de los metales
21/06/2007 jaasullcahuamán 54ÍNDICEÍNDICE >><<
Resistencia teórica de los metales
4. Resistencia de los metales4. Resistencia de los metales
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 28/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 55ÍNDICEÍNDICE >><<
Esfuerzo cortante teórico
Es el esfuerzo cortante determinado teóricamente,capaz de producir el deslizamiento de todos los átomos
- de una sola vez - que se hallan encima (o debajo) delplano de deslizamiento, haciendo que se desplacenpermanentemente desde un conjunto de sitiosreticulares hasta otro nuevo conjunto de sitios en la red
¿Cuál es el esfuerzo cortante teórico necesario paraproducir un desplazamiento permanente de los
átomos?
4. Resistencia de los metales4. Resistencia de los metales
a2bG
mπ
τ =
21/06/2007 jaasullcahuamán 56ÍNDICEÍNDICE >><<
¿Cuál es la diferencia entre el esfuerzo cortante crítico resuelto(ECCR) y el esfuerzo cortante de teórico (límite elástico o límitede fluencia) de los metales? ¿Porqué?
4. Resistencia de los metales4. Resistencia de los metales
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 29/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 57ÍNDICEÍNDICE >><<
5. Defectos cristalinos5. Defectos cristalinos
Una red cristalina ideal supone una dispoción
tridimensional de repetición perfecta Los cristales de los metales reales tienen variosdefectos,
éstos se enlistan sistemáticamente como sigue:1. Vacancias2. Átomos del metal (base) colocados en forma intersticial3. Un átomo extraño colocado en forma substitucional4. Un átomo extraño colocado en forma intersticial5. Dislocaciones
6. Maclas o fallas de apilamiento7. Límites de grano8. Huecos o cavidades9. Inclusiones
puntuales
planares
de volumen
lineales
21/06/2007 jaasullcahuamán 58ÍNDICEÍNDICE >><<
Defectos puntuales
5. Defectos cristalinos5. Defectos cristalinos
1. vacancia 4. átomo extraño intersticial
3. átomo extraño
pequeño sustitucional
3. átomo extraño
grande sustitucional
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 30/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 59ÍNDICEÍNDICE >><<
Dislocaciones de borde
5. Defectos cristalinos5. Defectos cristalinos
21/06/2007 jaasullcahuamán 60ÍNDICEÍNDICE >><<
5. Defectos cristalinos5. Defectos cristalinos
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 31/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 61ÍNDICEÍNDICE >><<
5. Defectos cristalinos5. Defectos cristalinos
21/06/2007 jaasullcahuamán 62ÍNDICEÍNDICE >><<
55. Defectos. Defectos
Dislocación detornillo o helicoidal
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 32/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 63ÍNDICEÍNDICE >><<
5. Defectos cristalinos5. Defectos cristalinos
Dislocaciones mixtas
21/06/2007 jaasullcahuamán 64ÍNDICEÍNDICE >><<
Bandas y escalones de deslizamiento causadas por elmovimiento de dislocaciones (acero AISI 1010 - SEM)
5. Defectos cristalinos5. Defectos cristalinos
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 33/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 65ÍNDICEÍNDICE >><<
6 6 . Resistencia real de metales. Resistencia real de metales
Metales reales policristalinos
21/06/2007 jaasullcahuamán 66ÍNDICEÍNDICE >><<
F´E
B
RP
F
O
66. Resistencia real de los metales. Resistencia real de los metales
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 34/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 67ÍNDICEÍNDICE >><<
Resistencia real f(densidad de dislocaciones)
66. Resistencia real de los metales. Resistencia real de los metales
21/06/2007 jaasullcahuamán 68ÍNDICEÍNDICE >><<
Enmarañamiento de dislocaciones en límites de grano (TEM)
66. Resistencia real de los metales. Resistencia real de los metales
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 35/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 69ÍNDICEÍNDICE >><<
7 7 . Mecanismos de endurecimiento. Mecanismos de endurecimiento
Recuerdese que: La deformación plástica se debe al movimiento de lasdislocaciones La resistencia a la fluencia de un metal (o aleación)
usualmente se puede incrementar mediante la introducciónde obstáculos al movimiento de dislocaciones
Tales obstáculos pueden ser: Enmarañamiento de dislocaciones Límites de grano Estructuras cristalinas distorsionadas debido a átomos de
impureza Pequeñas partículas dispersas en la estructura cristalina
21/06/2007 jaasullcahuamán 70ÍNDICEÍNDICE >><<
Métodos de endurecimiento de los metales
7. Mecanismos de endurecimiento7. Mecanismos de endurecimiento
MÉTODOCARACTERÍSTICA QUE IMPIDE ELMOVIMIENTO DE DISLOCACIONES
Trabajo en fríoElevadas densidades de dislocaciones producen
enmarañamientosAfinamiento de grano
Cambios en la orientación del cristal y otrasirregularidades en los límites de grano
Fortalecimiento por solución sólida
Impurezas intersticiales o substitucionalesdistorsionan la estructura cristalina
Endurecimiento por precipitación
Partículas finas de un material duro precipitan fuerade la solución en el enfriamiento
Fases múltiplesDiscontinuidades en los límites de fase de una
estructura cristalinaTemplado y revenido
Estructuras multifásicas de martensita y carburosprecipitados (Fe3C)
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 36/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 71ÍNDICEÍNDICE >><<
Trabajo en frío Produce cambios en la microestructura y por tanto en
las propiedades:
cambio en la forma de grano endurecimiento por deformación y un aumento en la densidad de dislocaciones
Una fracción de la energía consumida en ladeformación es almacenada en el metal como energíade deformación la energía almacenada está asociada con las
concentraciones de tensiones (tracción, compresión ycizalladura) alrededor de las dislocaciones creadas
Además, otras propiedades son modificadas conductividad eléctrica, resistencia a la corrosión, etc.
7. Mecanismos de endurecimiento7. Mecanismos de endurecimiento
21/06/2007 jaasullcahuamán 72ÍNDICEÍNDICE >><<
Propiedades comportamiento a tracción
7. Mecanismos de endurecimiento7. Mecanismos de endurecimiento
Resistencia a la tracción Curvas de tracción
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 37/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 73ÍNDICEÍNDICE >><<
7. Mecanismos de endurecimiento7. Mecanismos de endurecimiento
Ductilidad Resistencia a la fluencia
Propiedades comportamiento a tracción
21/06/2007 jaasullcahuamán 74ÍNDICEÍNDICE >><<
Recuperación
recristalización
crecimiento
7. Mecanismos de endurecimiento7. Mecanismos de endurecimiento
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 38/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 75ÍNDICEÍNDICE >><<
T°recristalización
Trabajo en caliente
Trabajo en frío
+ recrista -
lización
7. Mecanismos de endurecimiento7. Mecanismos de endurecimiento
21/06/2007 jaasullcahuamán 76ÍNDICEÍNDICE >><<
Afinamiento de grano El tamaño, o el diámetro medio, de los granos de un metal
policristalino afecta a las propiedades mecánicas El límite de grano actúa como barrera al movimiento de
dislocaciones por dos razones:
la posibilidad de que una dislocación pase de un grano a otrovecino se hace más difícil a medida que aumenta ladiferencia en la orientación (mayor ángulo)
el desorden atómico en el límite de grano producirá unadiscontinuidad de los planos de deslizamiento de un grano aotro
Un material con grano fino es más duro y resistente que otroque tiene granos gruesos
material de grano fino tiene un área total de límite de granomayor para impedir el movimiento de las dislocaciones
Control solidificación, deformación y recristalización
7. Mecanismos de endurecimiento7. Mecanismos de endurecimiento
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 39/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 77
8. Difusi 8. Difusi ó ó n en estado s n en estado s ó ó lido lido
La difusión es una forma de transporte de masa
La difusiónes la migración de átomos a través de lared cristalina no incluye los movimientos atómicos que se producen en la
deformación plástica
>><<ÍNDICEÍNDICE
21/06/2007 jaasullcahuamán 78ÍNDICEÍNDICE >><<
Energía de activación ( Q ). Generalmente un átomosustitucional requiere mayor energía que otro intersticial
8. Difusi8. Difusióón en estado sn en estado sóólidolido
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 40/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 79ÍNDICEÍNDICE >><<
Mecanismos de difusión
8. Difusi8. Difusióón en estado sn en estado sóólidolido
21/06/2007 jaasullcahuamán 80ÍNDICEÍNDICE >><<
DIFUSIÓN SUBSTITUCIONAL
En el caso anterior no se mencionóel movimiento dedifusión de los átomos de Fe , ya que tal movimientoes insignificante comparado con el de los átomos más
pequeños y más móviles del C . Supóngase, ahora, que el par de difusión está formado
por Cu y Ni (ver figura siguiente) Átomos casi del mismo tamaño se disuelven uno
en otro como solutos substitucionales Se espera que la movilidad de estos átomos sea de
casi el mismo orden de magnitud Se debe considerar tanto la difusión del Cu hacia la
derecha como la del Ni hacia la izquierda
8. Difusi8. Difusióón en estado sn en estado sóólidolido
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 41/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 81ÍNDICEÍNDICE >><<
Difusión substitucional delpar cobre-níquel. Al final,los átomos de cobreestán uniformementedistribuidos en todo elníquel
8. Difusi8. Difusióón en estado sn en estado sóólidolido
21/06/2007 jaasullcahuamán 82ÍNDICEÍNDICE >><<
CARBURIZACIÓN O CEMENTACIÓN Supóngase que unabarra de Fe puro tiene un
extremo relleno con grafito y se calienta a 700°Ccomo se ilustra en la figura siguiente:
8. Difusi8. Difusióón en estado sn en estado sóólidolido
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 42/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 83ÍNDICEÍNDICE >><<
Considerando el elemento diferencial de volumen parala difusión unidireccional del experimento anterior:
Se puede demostrar la 2° ley de Fick :
t
C
]Z
C
D[Z11
1 ∂
∂
=∂
∂
∂
∂
Es una ecuación diferencial parcial de C1 como variable dependiente yZ y t como las dos variables independientes C1 = f(Z,t,D)
8. Difusi8. Difusióón en estado sn en estado sóólidolido
21/06/2007 jaasullcahuamán 84ÍNDICEÍNDICE >><<
8. Difusi8. Difusióón en estado sn en estado sóólidolido
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 43/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 85ÍNDICEÍNDICE >><<
8. Difusi8. Difusióón en estado sn en estado sóólidolido
21/06/2007 jaasullcahuamán 86ÍNDICEÍNDICE >><<
8. Difusi8. Difusióón en estado sn en estado sóólidolido
7/23/2019 Tema 2-03.0 Ingenieria de Soldadura
http://slidepdf.com/reader/full/tema-2-030-ingenieria-de-soldadura 44/44
21/06/2007 jaasullcahuamán 87ÍNDICEÍNDICE >><<
VARIABLES QUE INFLUYEN EN LA DIFUSIÓN
Las variables que influyen en la difusión se reflejandirectamente en el coeficiente de difusión D El coeficiente de difusión D no es constante
D es una función de muchas variables, tales como: la temperatura la concentración la estructura cristalina las impurezas
el tamaño de grano Para un caso determinado se supone que estas
variables tienen valores específicos D es un número
8. Difusi8. Difusióón en estado sn en estado sóólidolido
Temperatura D es una función notable de la T°
Donde Do , Q y R son constantes independientes de la
temperatura Do : factor de frecuencia frecuencia de vibración de los
átomos que se difunden Q : energía de activación representa la medida de la
barrera de energía que tiende a impedir la difusión R : constante de los gases T : temperatura absoluta (K)
RTQ
eDD o−=
8. Difusi8. Difusióón en estado sn en estado sóólidolido
top related