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MATERIA Y ENERGIA La qumica estudia la naturaleza de la materia,
su composicin, propiedades, transformaciones que sufre y las leyes
que gobiernan estos cambios. Es ms sencillo describir la materia
por las propiedades comunes a todos los cuerpos materiales que
definirla tericamente. La materia es todo cuanto existe en el
universo, tiene masa y volumen. La masa es una mediad de la
cantidad de materia que tiene un cuerpo. Esta no vara con los
factores externos, es decir, es una propiedad intrnseca de los
cuerpos. El peso equivale a la fuerza que ejerce un cuerpo sobre un
punto de apoyo, originada por la accin del campo gravitatorio local
sobre la masa del cuerpo. Por ser una fuerza, el peso se representa
como un vector, definido por su mdulo, direccin y sentido, aplicado
en el centro de gravedad del cuerpo y dirigido aproximadamente
hacia el centro de la Tierra. EL ATOMO Las propiedades de un
material y el comportamiento que ste tendr al ser sometido a
diferentes tcnicas o procesos dependen bsicamente de su constitucin
o estructura interna. La composicin o constitucin de la materia
comprende las partculas elementales, tomos y molculas, as como la
manera en que stos se unen (enlaces). El tomo es la unidad
elemental bsica de la materia que puede experimentar un cambio
qumico, y est constituido por las partculas elementales. La molcula
es la mnima porcin que conserva todas las propiedades de un
material. (Formada por uno o varios tomos). La suma del nmero de
protones (nmero atmico Z) y el de neutrones que se encuentran en el
ncleo define el llamado nmero msico (A). La carga elctrica negativa
de la corteza neutraliza a aquella positiva del ncleo y se dice que
el tomo es elctricamente neutro (nmero protones (+) = nmero de
electrones (-)). La configuracin o distribucin de los electrones de
la ltima capa los determinan las propiedades qumicas de los tomos.
Los electrones de este nivel se llaman electrones de valencia y
forman parte del enlace qumico. De esta forma, aquellos tomos que
tienden a aceptar electrones en las reacciones qumicas se llaman
electronegativos y tienen carcter no metlico. En cambio aquellos
que tienden a ceder electrones en las reacciones qumicas se llaman
electropositivos y tienen carcter metlico. TIPOS DE ENLACES
ATOMICOS. Enlace inico: Las fuerzas de interaccin entre dos tomos
son altas debido a la transferencia de electrn
de un tomo a otro. Este hecho produce iones que se mantienen
unidos por fuerzas elctricas. Para que
exista tal enlace un tomo debe ser altamente electronegativo y
el otro altamente electropositivo.
Enlace covalente: Las fuerzas de interaccin son relativamente
altas. Este enlace se crea por la
comparticin de electrones. Las molculas orgnicas (a base de
carbono) emplean este enlace.
Enlace metlico: El enlace metlico es caracterstico de los
elementos metlicos. Es un enlace fuerte,
primario, que se forma entre elementos de la misma especie. Al
estar los tomos tan cercanos unos de
http://es.wikipedia.org/wiki/Fuerzahttp://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_del_campo_gravitatoriohttp://es.wikipedia.org/wiki/Masahttp://es.wikipedia.org/wiki/Vectorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Centro_de_gravedad
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otros, interaccionan sus ncleos junto con sus nubes electrnicas,
empaquetndose en las tres
dimensiones, por lo que quedan los ncleos rodeados de tales
nubes. Estos electrones libres son los
responsables de que los metales presenten una elevada
conductividad elctrica y trmica, ya que estos se
pueden mover con facilidad si se ponen en contacto con una
fuente elctrica.
ESTRUCTURA INTERNA DE LOS MATERIALES
Existen diferentes formas de clasificar a los materiales, muchas
de ellas en funcin de las respectivas
propiedades y caractersticas. Una de las ms aceptadas los
clasifica generalmente en cinco grupos. Los
materiales de cada uno de estos grupos poseen estructuras y
propiedades distintivas.
Metales.
Cermicos.
Polmeros.
Semiconductores.
Materiales compuestos
Materiales metlicos: Tienen como caracterstica una buena
conductividad elctrica y trmica, alta
resistencia mecnica, rigidez y ductilidad. Son particularmente
tiles en aplicaciones estructurales. Las
aleaciones (combinaciones de metales y no metales) conceden
alguna propiedad particularmente
deseable en mayor proporcin o permiten una mejor combinacin de
propiedades.
Materiales cermicos: Tienen baja conductividad elctrica y trmica
por lo cual son usados a menudo
como aislantes. Son resistentes y duros, aunque frgiles y
quebradizos. Nuevas tcnicas de procesos
consiguen que los cermicos sean lo suficientemente resistentes a
la fractura para que puedan ser
utilizados en aplicaciones de carga. Dentro de este grupo de
materiales se encuentran la cermica roja
(ladrillo, tejas, etc.), el vidrio, la porcelana y los
refractarios.
Materiales polimricos: Son grandes estructuras moleculares
creadas a partir de molculas orgnicas.
Tienen baja conductividad elctrica y trmica, reducida
resistencia. Los polmeros termoplsticos, en los
que las cadenas moleculares no estn conectadas de manera rgida,
tienen buena ductilidad y
confortabilidad; en cambio, los polmeros termoestables son ms
resistentes, a pesar de que sus cadenas
moleculares fuertemente enlazadas los hacen ms frgiles. Tienen
mltiples aplicaciones.
Materiales Semiconductores: Su conductividad elctrica puede
controlarse para su uso en dispositivos
electrnicos. Son muy frgiles
Materiales compuestos: Como su nombre lo indica, son aquellos
materiales que se forman por la unin
de dos materiales para conseguir la combinacin de propiedades
que no es posible obtener en los
materiales originales. Estos compuestos pueden seleccionarse
para lograr combinaciones poco usuales de
rigidez, resistencia, peso, rendimiento a alta temperatura,
resistencia a la corrosin, dureza o
conductividad. Los materiales son compuestos cuando cumplen las
siguientes caractersticas: Estn
formados de dos o ms componentes distinguibles fsicamente y
separables mecnicamente. Presentan
varias fases qumicamente distintas, completamente insolubles
entre s y separadas por una interfase. Sus
propiedades mecnicas son superiores a la simple suma de las
propiedades de sus componentes (sinergia).
No pertenecen a los materiales compuestos, aquellos materiales
polifsicos; como las aleaciones
metlicas, en las que mediante un tratamiento trmico se cambian
la composicin de las fases presentes.
http://es.wikipedia.org/wiki/Conductividad_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Conductividad_t%C3%A9rmica
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SLIDOS AMORFOS
Son todos aquellos slidos en los cuales sus partculas
constituyentes presentan atracciones lo
suficientemente eficaces como para impedir que la sustancia
fluya, resultando una estructura rgida y ms
o menos dura. No presentan una disposicin interna ordenada por
lo tanto no tienen ningn patrn
determinado. Tambin se les denomina vidrios o lquidos sobre
enfriados.
A temperaturas altas los amorfos se transforman en lquidos y sus
partculas constituyentes tienen libertad
de movimiento, al disminuir lentamente la temperatura, la energa
cintica de las partculas se va haciendo
tan baja que se puede producir un acomodamiento entre ellas;
pero si el enfriamiento se produce
rpidamente y por debajo del punto de fusin (sobre enfriamiento),
se origina, como resultado de las
menores vibraciones, una contraccin trmica que no permite el
ordenamiento de las partculas
aumentando la viscosidad que ya no es posible apreciar flujo y
la sustancia adquiere las caractersticas de
un slido: rigidez, dureza, forma y volumen definidos, etc. Como
ejemplos cabe resaltar: el asfalto, ceras,
la brea, vidrio y la mayora de los polmeros.
Cuando un slido amorfo se quiebra produce caras y bordes
irregulares y al fundirse lo hace en un rango
de temperaturas cambiando lentamente del estado slido al estado
lquido.
SLIDOS CRISTALINOS Y REDES DE BRAVAIS
Los tomos (molculas o iones) que componen el slido se disponen
segn un orden regular. Las partculas
se sitan ocupando los nudos o puntos singulares de una red
espacial geomtrica tridimensional. As el
cristal se define como todo slido compuesto por tomos, iones o
molculas ordenados de una
determinada manera que se repite tridimensionalmente y poseen la
caracterstica de que al romperse
producen caras y planos definidos, al igual presentan puntos de
fusin definidos. Como ejemplos podemos
destacar: el NaCl, la sacarosa, metales y aleaciones, y tambin
algunos cermicos.
La importancia en la ingeniera de la estructura fsica de los
materiales slidos depende primordialmente
de la disposicin de los tomos, iones o molculas que constituyen
el slido y de las fuerzas de enlace
entre ellos. La disposicin ordenada de los tomos dentro de una
red tridimensional es lo que se denomina
retculo espacial o estructura cristalina (abarca toda la red).
Este retculo espacial se puede definir como
una repeticin en el espacio de celdas unitarias.
a) retculo espacial b) celda unitaria
La celda unitaria es la unidad que representa la estructura
cristalina, la porcin ms simple de la estructura
cristalina que al repetirse mediante traslacin reproduce todo el
cristal. Son paraleleppedos o prismas
con tres conjuntos de caras paralelas y est caracterizada por
tres vectores (a, b, c) que representan las
dimensiones de las aristas de la celda unidad y los ngulos las
intersecciones entre planos.
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La mayora de las estructuras cristalinas Segn el tipo de enlace
atmico, los cristales pueden ser de tres
tipos:
Cristales inicos: punto de fusin elevado, duros y muy frgiles,
conductividad elctrica baja y presentan
cierta elasticidad. Ej: NaCl (sal comn).
Cristales covalentes: Gran dureza y elevada temperatura de
fusin. Suelen ser transparentes quebradizos
y malos conductores de la electricidad. No sufren deformacin
plstica (es decir, al intentar deformarlos
se fracturan). Ej: Diamante
Cristales metlicos: Opacos y buenos conductores trmicos y
elctricos. No son tan duros como los
anteriores, aunque si maleables y dctiles. Hierro, estao,
cobre.
ESTRUCTURAS CRISTALINAS DE LOS METALES El enlace atmico de este
grupo de materiales es metlico y de naturaleza no direccional. Por
consiguiente,
no hay restricciones en cuanto al nmero y posicin de tomos
vecinos ms prximos; lo cual conduce,
para la mayora de los metales, a estructuras cristalinas con
gran nmero de vecinos muy prximos y
densamente empaquetados.
Dependiendo del valor de las aristas independientes (a, b y c) y
los ngulos interaxiales , se obtienen
nicamente 7 sistemas cristalinos.
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Hay cuatro tipos bsicos de celdas unidad:
REDES DE BRAVAIS
En el siglo XIX, el fsico francs A. Bravais demostr que para
evidenciar con claridad todas las simetras posibles de las redes
tridimensionales, la posicin de los tomos en los vrtices de la
celda unitaria de la red existen siete sistemas cristalinos y
catorce retculos espaciales diferentes, denominados en su honor
redes de Bravais. Estas celdillas se construyen a partir de los 7
poliedros anteriores, pero asocindoles una serie de puntos (nudos)
que no slo estn situados en los vrtices, sino tambin en el centro
del mismo, o en el centro de sus caras.
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La siguiente tabla ilustra estas 14 celdillas y los sistemas a
los que pertenecen. La repeticin en las tres
direcciones del espacio de estas celdillas que contienen nudos
origina lo que se denomina red espacial o
de Bravais (lo que viene a ser algo as como el esqueleto
imaginario del cristal).
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El 90% de los metales cristalizan en los siguientes tipos de
estructuras fundamentales: Redes cbicas centradas en el cuerpo
(BCC): Los tomos, adems de ocupar los vrtices, ocupan el centro de
la celda. En este caso cristalizan el hierro y el cromo. Redes
cbicas centradas en las caras (FCC): Los tomos, adems de ocupar los
vrtices, ocupan el centro de cada cara de la celda. Cristalizan en
este tipo de redes el oro, cobre, aluminio, plata, etc Redes
hexagonales compactas (HCP): La celda unitaria es un prisma
hexagonal con tomos en los vrtices y cuyas bases tiene un tomo en
el centro. En el centro de la celda hay tres tomos ms. En este caso
cristalizan metales como cinc, titanio y magnesio.
BCC FCC HCP
ESTRUCTURAS COMPACTAS
Existen dos estructuras compactas, la cbica y la hexagonal
compacta. Si representamos las respectivas celdas unitarias no se
observa ninguna similitud entre estas dos estructuras.
La celda unidad de la estructura hexagonal solo tiene dos tomos.
Si ampliamos la representacin podemos ver capas de tomos apiladas.
En la estructura hexagonal el apilamiento de capas compactas es
fcil de observar. ESTRUCTURA CRISTALINA CUBICA CENTRADA EN LAS
CARAS
La estructura cristalina exige que muchos metales tengan una
celdilla unidad de geometra cubica, con los
tomos localizados en los vrtices del cubo y en los centros de
todas las caras del cubo. Esla denominada
estructura cristalina cbica centrada en las caras (FCC).
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ESTRUCTURA CRISTALINA CUBICA CENTRADA EN EL CUERPO
Otra estructura cristalina comn en los metales tambin es una
celdilla unidad cubica que tiene tomos
localizados en los ocho vrtices y un tomo en el centro. Esta
estructura cristalina se denomina cubica centrada
en el cuerpo (BCC).
ESTRUCTURA CRISTALINA HEXAGONAL COMPACTA (HC)
Celdilla hexagonal compacta es un conjunto de varias celdillas
unidad. Las bases superior e inferior consisten en hexgonos
regulares con sus tomos en los vrtices y una en el centro.
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CALCULO DE LA DENSIDAD EN UNA ESTRUCTURA CRISTALINA
El conocimiento de una estructura cristalina de un slido metlico
permite el clculo de su densidad mediante la siguiente relacin:
Donde:
FACTOR DE EMPAQUETAMIENTO
Es la fraccin de volumen en una celda unitaria que est ocupada
por tomos. Este factor es adimensional y
siempre menor que la unidad. Para propsitos prcticos, el FEA de
una celda unidad es determinado asumiendo
que los tomos son esferas rgidas.
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POLIMORFISMO Y ALOTROPA
Algunos metales y no metales pueden tener ms de una estructura
cristalina: un fenmeno conocido como
polimorfismo. Si este fenmeno ocurre en un slido elemental se
denomina alotropa. La existencia de una
estructura cristalina depende de la presin y la temperatura
exteriores. Un ejemplo familiar es el carbono: el
grafito es estable en condiciones ambientales, mientras que el
diamante se forma en presiones extremadamente
elevadas. El hierro puro tiene estructura cristalina BCC a
temperatura ambiental y cambia a FCC a 912C (1674C).
La transformacin polimrfica a menudo va acompaada de
modificaciones de la densidad y de otras
propiedades fsicas.
SISTEMAS CRISTALINOS
Existen muchas estructuras cristalinas diferentes y es
conveniente clasificarlas en grupos de acuerdo con las
configuraciones de la celdilla unidad y/o la disposicin atmica.
Uno de estos esquemas se basa en la geometra de la celdilla
unidad. Se establece un sistema x, y z de
coordenadas y cuyo origen coincide con un vrtice de la celdilla;
los ejes x, y z coinciden con las aristas del
paraleleppedo que salen de este vrtice. La geometra de la
celdilla unidad se define en funcin de seis
parmetros: la longitud de tres aristas a, b y c y los tres
ngulos interaxiales , y . Estos ngulos se denominan
parmetros de red de una estructura cristalina.
DIRECCIONES CRISTALOGRFICAS Una direccin cristalogrfica se
define por una lnea entre dos puntos o por un vector.
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PLANOS CRISTALOGRAFICOS
La orientacin de los planos cristalogrficos de la estructura
cristalina se representa de modo similar. Tambin
se utiliza un sistema de coordenadas de tres ejes y la celdilla
unidad es fundamental. Los planos cristalogrficos
del sistema hexagonal se especifican mediante tres ndices de
Miller (hkl). Dos planos paralelos son equivalentes
y tienen ndices idnticos. El procedimiento utilizado para la
determinacin de los valores de los ndices es el
siguiente:
1. Si el plano pasa por el origen, se traza otro plano paralelo
con una adelante traslacin dentro de la celdilla
unidad o se escoge un nuevo origen en el vrtice de otra celdilla
unidad.
2. El plano cristalogrfico o bien corta, o bien es paralelo a
cada uno de los tres ejes. La longitud de los
segmentos de los ejes se determina en funcin de los parmetros de
red h, k y l.
3. Se escriben los nmeros recprocos de estos valores. Un plano
paralelo a un eje se considera que lo corta
en el infinito y, por lo tanto, el ndice es cero.
4. Estos tres nmeros se multiplican o dividen por un factor
comn.
5. Finalmente, se escriben juntos los ndices enteros dentro de
un parntesis: (hkl). CRISTALES HEXAGONALES
Algunas direcciones cristalogrficas equivalentes de los
cristales de simetra hexagonal no tiene el mismo
conjunto de ndices. Este problema se resuelve de forma ms
complicada utilizando el sistema de coordenadas
de cuatro ejes, o de Miller-Bravais
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ENSIDADES ATOMICAS LINEAL Y PLANAR
La densidad lineal corresponde a la fraccin de longitud de lnea,
de una direccin cristalogrfica particular, que
pasa atravez de los centros de los tomos. Similarmente, la
densidad planar es simplemente la fraccin del rea
del plano cristalogrfico ocupada por tomos (representados como
crculos); el plano debe pasar a travs del
centro del tomo para que este se pueda incluir. TIPOS DE
HUECOS
OCTAEDRICOS: # coord. 6 hueco situado en el centro de un
octaedro regular. N = 2n.
TETRAEDRICOS: # coord. 4 hueco situado en el centro de un
tetraedro regular. N = n.
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PROPIEDADES JUSTIFICADAS POR LA ESTRUCTURA CRISTALINA Algunas
propiedades de los metales y cermicas pueden predecirse o
justificarse mediante la estructura cristalina perfecta, tal como
las que se especifican a continuacin: Densidad, mdulo de
elasticidad, punto de fusin, dilatacin y conductividad trmica,
calor especfico, conductividad elctrica, propiedades magnticas. Sin
embargo, otras propiedades no pueden ser justificadas por la
estructura cristalina, porque dependen de las desviaciones que los
cristales reales presentan con respecto al cristal ideal perfecto,
entre stas se encuentran: plasticidad, lmite elstico, carga de
rotura, resistencia a la fluencia, resistencia a la fatiga, etc.
DEFECTOS EN LAS ESTRUCTURAS CRISTALINAS La estructura cristalina es
un concepto terico que permite comprender cmo estn formados los
materiales. A partir del concepto de estructura cristalina es
posible explicar muchas de las propiedades que exhiben los
materiales, sean stos cristalinos o amorfos. El plantear que un
material clasificado como cristalino posee estructura cristalina es
una idealizacin que no siempre se cumple en los materiales reales.
La forma como estn colocados los tomos en un material real
normalmente difiere de la posicin ideal que se espera a partir de
la estructura cristalina. Esas diferencias pueden explicarse
planteando que el modelo de arreglo atmico puede poseer defectos.
Para propsitos de estudio, los defectos se clasifican de la
siguiente manera: DEFECTOS PUNTUALES. Se dan a nivel de las
posiciones de los tomos individuales. Los principales defectos
puntuales son los siguientes: Vacancias. Son puntos de red vacos en
la estructura del material. Estos lugares deberan idealmente estar
ocupados por tomos, sin embargo se encuentran vacos. tomos
sustitucionales. En teora un material puro est formado
exclusivamente por el mismo tipo de tomos. Los materiales reales no
son 100% puros sino que poseen impurezas, las cuales se definen
como tomos diferentes a los tomos del material original. Cuando uno
de esos tomos diferentes sustituye a un tomo original ocupando su
punto de red, recibe el nombre de tomo sustitucional. tomos
intersticiales. Son tomos que ocupan lugares que no estn definidos
en la estructura cristalina. En otras palabras, son tomos cuya
posicin no est definida por un punto de red. Normalmente estos
tomos se colocan en los intersticios que se forman entre los tomos
originales, por lo que se les llama tomos intersticiales.
tomo intersticial
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Estructura perfecta Vacancia
Atomo
sustitucional
DEFECTOS LINEALES.
Se dan a nivel de varios tomos confinados generalmente a un
plano. Los defectos lineales ms importantes en
los materiales son las dislocaciones. Las dislocaciones se
generan durante la solidificacin o la deformacin
plstica de los materiales cristalinos, y consisten en planos
extra de tomos insertados en la estructura
cristalina.
Estructura perfecta Estructura con dislocacin
Las dislocaciones estn formadas por los tomos originales del
material (no por impurezas). Debido a que el
plano de tomos est insertado en la estructura en lugares no
definidos por la misma, las dislocaciones causan
la deformacin del material cercano a ellas. Los tomos en la
estructura perfecta se encuentran a una distancia
fija de equilibrio entre s. La presencia de las dislocaciones (y
tambin de los defectos puntuales) altera esta
distancia de equilibrio tal como se ilustra a continuacin:
En esta zona los tomos adyacentes se
encuentran apretados entre s. Se dice que estn
en compresin
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En esta zona los tomos adyacentes estn ms
alejados de lo normal. Se dice que estn en
tensin Las dislocaciones tienen dos caractersticas importantes:
Tienen la capacidad de moverse o desplazarse en el interior del
material. Cuando una dislocacin se desplaza, se divide aumentando
el nmero de dislocaciones presentes en el
material. Cuando se aplica una fuerza sobre la dislocacin, sta
se desplaza sobre un plano especfico y en determinadas direcciones.
Al plano se le llama plano de deslizamiento y a la direccin se le
llama direccin de deslizamiento. A la combinacin de un plano de
deslizamiento con una direccin de deslizamiento se le llama sistema
de deslizamiento.La fuerza aplicada directamente sobre la
dislocacin es una componente de alguna fuerza externa aplicada
sobre el material.
Las dislocaciones se desplazan cuando se aplican fuerzas sobre
ellas. La fuerza aplicada y el desplazamiento
resultante de la dislocacin requieren de un trabajo. Para que la
dislocacin pueda realizar el trabajo para
desplazarse, se requiere de energa.
La Termodinmica establece que la dislocacin se mover en aquellos
sistemas de deslizamiento en donde se
requiera del menor consumo de energa para su desplazamiento, o
en otras palabras, en donde se realice el
menor trabajo. Si se profundizara ms en el estudio de la
estructura cristalina, sera posible calcular aquellos
planos y direcciones donde el trabajo de desplazamiento es
menor. Ese clculo est ms all de los objetivos del
presente curso, sin embargo al realizar los clculos adecuados,
se ha descubierto lo siguiente:
La estructura cristalina Cbica Centrada en la Cara (FCC) posee
12 sistemas geomtricos de deslizamiento.
La estructura cristalina Cbica Centrada en el Cuerpo (BCC)
tambin posee 12 sistemas geomtricos de
deslizamiento. Sin embargo experimentalmente se ha comprobado
que poseen otros sistemas de deslizamiento
que se activan dependiendo de la temperatura del material. En
total, esta estructura puede poseer alrededor de
48 sistemas de deslizamiento.
La estructura cristalina Hexagonal Compacta (HCP) posee 3
sistemas de deslizamiento. Tambin posee otros
sistemas que dependen de la temperatura del material.
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Los metales pueden sufrir deformacin elstica y deformacin
plstica. La deformacin elstica es aquella
deformacin que desaparece cuando se retira la fuerza que la
causa. Esta deformacin es similar a la de un
resorte, el cual se estira (o comprime) mientras se aplica la
fuerza, pero al retirarse sta, el resorte regresa a su
longitud original. La deformacin plstica es aquella que una vez
se hace en el material, no desaparece an
cuando se retire la fuerza que la caus. La deformacin plstica
permite cambiar la forma geomtrica de una
pieza de manera permanente.
Las dislocaciones juegan un papel muy importante en la
deformacin plstica de los metales. Precisamente la
deformacin plstica se da porque la dislocacin es capaz de
moverse en el interior del material, causando la
reubicacin de los tomos que forman la estructura cristalina. La
facilidad o dificultad para deformar
plsticamente a un material depende entonces de la facilidad o
dificultad de hacer que las dislocaciones
comiencen a moverse y se mantengan en movimiento. Entre ms
difcil sea mover a las dislocaciones del
material, ms difcil ser (porque se requiere de ms fuerza)
deformar plsticamente al material.
La facilidad para hacer que las dislocaciones se muevan depende
de muchos factores, uno de los cuales es el
nmero de sistemas de deslizamiento que posea la estructura
cristalina. A mayor nmero de sistemas de
deslizamiento, es ms fcil para las dislocaciones iniciar y
mantener su desplazamiento, y por tanto el material
es ms fcil de deformar (o si se quiere, el material ofrece menor
resistencia a ser deformado).
Si por alguna razn las dislocaciones no pueden moverse en la
estructura del material, entonces ste slo puede
deformarse plsticamente muy poco. La cantidad de deformacin
plstica que puede sufrir un material se mide
con la propiedad llamada ductilidad. Un material que slo puede
deformarse plsticamente pequeas cantidades
es poco dctil. Un material que puede tener grandes cantidades de
deformacin plstica es ms dctil.
Los materiales cermicos estn formados principalmente por tomos
con enlaces inicos. La neutralidad de
cargas elctricas que exige este tipo de enlace hace sumamente
difcil que en estos materiales pueda haber
desplazamiento de dislocaciones, ya que al moverse stas
alteraran la neutralidad elctrica que debe tener el
material. Por esa razn en las cermicas las dislocaciones no
pueden moverse, y por eso estos materiales no
poseen ductilidad, lo que significa que no pueden tener
deformaciones plsticas significativas cuando se les
aplica una fuerza.
En los metales, el enlace qumico es de tal forma que la
neutralidad elctrica en el material no es afectada por el
movimiento de los tomos en su interior. Las dislocaciones no
tienen impedimento para desplazarse y por esa
razn los metales son materiales dctiles. Si alterramos la
estructura del metal y hacemos que el
desplazamiento de las dislocaciones sea difcil, entonces el
metal se volvera tan frgil como una cermica (la
fragilidad es la propiedad opuesta a la ductilidad).
En los metales, a medida las dislocaciones se van desplazando
para generar la deformacin plstica, tambin se
van multiplicando, aumentando su nmero en la estructura del
material. Debido a que las dislocaciones causan
deformaciones locales en tensin y compresin en la zona que las
rodea, se comportan como si fueran cargas
elctricas del mismo signo: cuando se intenta acercar a dos
dislocaciones entre s, ests se resisten a acercarse.
En un metal con pocas dislocaciones, la resistencia al
movimiento de las dislocaciones a causa de su cercana no
afecta la facilidad con que stas se desplazan. Sin embargo, a
medida se van desplazando, se van generando ms
dislocaciones, hasta que llega un momento en donde son tantas
que se estorban unas con otras y la resistencia
adicional que se genera para hacerlas que se desplacen se vuelve
importante. Esto se traduce en que en un metal
deformado plsticamente, la resistencia que se debe vencer para
seguir deformndolo es mayor que la
resistencia que el metal ofreca cuando no tena deformacin
previa. A este fenmeno se le llama
endurecimiento por deformacin plstica, y es caracterstico de los
metales: cuando un metal se deforma
plsticamente, la resistencia que le metal ofrece a seguir siendo
deformado aumenta.
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VECTOR DE BURGERS
En fsica del estado slido el vector de Burgers se define como
aquel vector de la red necesario para cerrar un
circuito de Burgers que encierra una lnea de dislocacin.
Suponiendo que se traza un camino en una red atmica
cristalina que recorra el mismo nmero de tomos en una direccin.
En caso de que el cristal sea perfecto
entonces el camino se cerrara por si mismo. En cambio, si el
camino encierra en su interior una lnea de
dislocacin, ser necesario incluir un vector adicional para poder
cerrarlo. Este vector es el vector de Burgers. DISLOCACION DE
CUA
Formada por un plano extra de tomos en el cristal, su vector de
Burgers es perpendicular al plano que contiene
la dislocacin y paralelo al plano de deslizamiento. Existe una
interaccin fuerte entre dislocaciones de arista de
tal manera que se pueden llegar a aniquilar.
DISLOCACION HELICOIDAL
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Se llama as debido a la superficie espiral formada por los
planos atmicos alrededor de la lnea de dislocacin y
se forman al aplicar un esfuerzo cizallante. La parte superior
de la regin frontal del cristal desliza una unidad
atmica a la derecha respecto a la parte inferior. En este caso,
el vector de Burgers es paralelo al plano que
contiene la dislocacin y perpendicular al plano de
deslizamiento.
LA REGION QUE UNE ESTOS DOS PUNTOS MEDIANTE UNA CURVA, SE
DENOMINA DISLOCACION MIXTA.
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DEFECTOS INTERFACIALES O DE SUPERFICIE: normalmente se separan
regiones del material que
tienen diferentes estructuras cristalinas y orientacin
cristalogrfica. Incluyen superficies externas,
lmites de grano lmites de macla defectos e apilamiento y lmites
de fase.
DEFECTOS DE VOLUMEN Formacin de poros, grietas e
inclusiones.
En todos los materiales solidos existen otros defectos mayores
que los descritos son os poros, grietas, inclusiones extraas y
otras fases normalmente se introducen durante las etapas de
fabricacin.