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arabera Ricardo Lira 3 years ago

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Introducción a la Ciencia e Ingeniería de Materiales

La ciencia e ingeniería de materiales se enfoca en la comprensión de las estructuras de los sólidos cristalinos. Los metales suelen tener un alto factor de empaquetamiento, alcanzando valores de hasta 0.

Introducción a la Ciencia e Ingeniería de Materiales

Introducción a la Ciencia e Ingeniería de Materiales

6.Propiedades Mécánicas de Metales

Factores de Diseño y Seguridad
Tensión de Seguridad

Tensión de Trabajo

Variabilidad de las Propiedades de los Materiales
Dureza
Correlación entre Dureza y Resistencia a la Tracción

La dureza y la tracción son proporcionales

Conversión de Dureza

Extrapolaciones entre métodos

Pruebas de Dureza por microindentación de Knoop y Vickers

Penetrador de diamante muy pequeño

Prueba de Dureza de Brinell

Penetrador duro esférico

Prueba de Dureza de Rockwell

Penetración de esferas de acero

Deformación por compresión, cortante y torsión
Recuperación Elástica durante la Deformación Plástica
Tensión y Deformación Real
Deformación Real
Tensión Real

Carga dividida por el área de la sección

Propiedades de Tracción
Tenacidad

Absorber energía antes de la fractura

Resilencia

Capacidad de un material de absorber energía elástica

Ductilidad

Alargamiento relativo porcentual

Resistencia a la tracción

Tensión en el máximo del diagrama tensión-deformación nominales

Fluencia y límite plástico

Límite elástico

Límite Proporcional

Fluencia

Propiedades Elásticas de los Materiales
Deformación Plástica

Es permanente

Coeficiente de Poisson

Deformaciones laterales y axiales

Anelasticidad
Dependencia del tiempo de los mecanismos microscópicos
Comportamiento Esfuerzo-Tensión
Deformación Elástica
Módulo de Elasticidad

E

Conceptos de Esfuerzo y Deformación
Consideraciones Geométricas del Estado de Esfuerzo
Pruebas de Cortante y Torsión
Pruebas de Compresión
Pruebas de Tensión

Deformación nominal

Tensión nominal

Propiedades mecánicas de los materiales se determinan realizando ensayos cuidadosos de laboratorio

4.Imperfecciones en Sólidos

Determinación del Tamaño de la Partícula
Cartas Normalizadas del ASTM
Técnicas Microscópicas
Microscopía Electrónica

Microscopio Electrónico de Barrido

Microscopía Electrónica de Transmisión

Microscopía Óptica
Conceptos Básicos de Microscopía
Microscopía

Fotomicrografía

Fotografía donde la imagen es guardada

Microestructura

Tamaño y forma de los granos

Vibraciones Atómicas
Cada átomo vibra muy rápidamente y se considera defecto
Defectos a Granel o Volumen
Poros, grietas, inclusiones extrañas y otras fases
Defectos Interfaciales
Defectos Interfaciales Varios

Paredes de dominios

Límites de fase

Fallos de apilamiento

Límites Gemelos

Simetría de red especular

Límites de Fase
Límites de Grano

Límite de dos pequeños granos

Superficies Externas

Límites más evidentes

Dislocaciones: Defectos Lineales
Vector de Burgers

Distorsión reticular

Dislocación Mixta

Ambos tipos

Dislocación helicoidal

Esfuerzo cizallante

Dislocación del Borde

Dislocación de Línea

Unidades de Concentración
Composición de Conversiones
Porcentaje Atómico

No. de moles en relación al número de total de moles

Porcentaje de Peso
Composición

Concentración

Impurezas en Sólidos
Solvente

Mayor cuantía

Soluto

Menor concentración

Solución Sólida

Solución de Sólido Intersticial

Solución de Sólido Sustitutivo

Aleación

Conseguir

Resistencia a la corrosión

Resistencia mecánica

Vacantes y Autointersticiales
Autointersticial

átomo ocupando un lugar que no debería ocuparse

Constante de Boltzmann

1.38x10^-23

Vacantes

Lugar ocupado por un átomo ausente

Defecto Puntual

Irregularidad de la red

Imperfección

Según la geometría o las dimensiones del defecto

3.La Estructura de Sólidos Cristalinos

Sólidos No Cristalinos
No Cristalino

También se les conoce como amorfos

Carecen de un ordenamiento atómico sistemático y regular

Difracción de Rayos X: Determinación de Estructuras Cristalinas
Técnicas de Difracción

Difractómetro

Determinación de estructuras cristalinas

Difracción de Rayos X y Ley de Bragg

Radiación electromagnética de elevada energía y corta longitud de onda

El Fenómeno de Difracción

Una onda encuentra una serie de obstáculos separados regularmente

Anisotropía
Isotropía

Independientes de la dirección de la medida

Direccionalidad de las propiedades

Materiales Policristalinos
Conjunto de muchos cristales pequeños o granos
Monocristales
Disposición atómica perfecta
Estructuras Cristalinas Compactas
Los metales tienen el factor de empaquetamiento más alto=0.74
Densidades Lineales y Planares
Longitud de Línea y Área del plano
Planos Cristalográficos
Arreglos Atómicos
Índices de Miller
Direcciones Cristalográficas
Cristales Hexagonales
Sistemas Cristalinos
Parámetros de red
Polimorfismo y Alotropía
Alotropía es cuando se encuentra en sólidos elementales
Polimorfismo es tener más de una estructura cristalina
Cálculos de Densidad
p=(n*A)/(Vc*NA)
Estructuras Metálicas Cristalinas
La estructura cristalina hexagonal compacta
La estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo

a=(4R)/(RAIZ(3))

La estructura de cristal cúbico centrada en las caras

a=2R*RAIZ(2)

Celdas Unitarias
Celda Unitaria

Pequeñas entidades que se repiten

Red

Centros de las esferas

Estructura Cristalina

Ordenación espacial de átomos, iones y moléculas

Cristalino

Átomos se sitúan en una disposición repetitiva o periódica

No cristalinidad
Cristalinidad

2.Estructura Atómica y Unión Interatómica

Moléculas
Grupo de átomos unidos entre sí por fuertes enlaces primarios
Fuerzas y Energías de Enlace
Enlace Secundario o enlace de Van Der Waals

Fuerzas de enlace surgen de los dipolos

Enlace con dipolos permanentes

Enlace por puente de hidrógeno

Enlace dipolo inducido-molécula polar

Moléculas Polares

Enlace dipolo inducido fluctuante

Los átomos vibran constantemente

Enlace Primario

Enlaces Primarios Interatómicos

Enlace Metálico

Electrones de Valencia no pertenecen a un elemento en particular

Enlace Covalente

Electrones compartidos se consideran de ambos átomos

Enlace Iónico

Siempre existe en compuestos formados por elementos metálicos y no metálicos

Fuerzas de Coulomb

Energía de Enlace
Tabla Periódica
Electronegativo

Derecha de la tabla

Electropositivo

Izquierda de la tabla

Electrones en los átomos
Configuraciones Electrónicas

Electrón de Valencia

Ocupan los niveles más externos

Configuración Electrónica

Modo como se van ocupando los estados fundamentales

Principio de Exclusión de Pauli

Cada estado electrónico sólo puede estar ocupado por dos electrones

Estado de Electrones

Valores de energía

Números Cuánticos

Orientación espacial

Forma

Tamaño

Modelos Atómicos

Modelo de Ondas Mecánicas

Electrón presenta la dualidad onda-corpúsculo

Modelo Atómico de Bohr

Electrones giran alrededor del núcleo atómico en orbitales discretos

Conceptos Fundamentales
Mol

6.023x10^23 átomos o moléculas

Unidad de Masa Atómica

Peso Atómico

Peso ponderado de las masas atómicas de los isótopos

Masa Atómica

Suma de masas de protones y neutrones del núcleo

dos o más masas

Isótopo

Número Atómico (Z)

Número de protones en el núcleo de cada elemento químico

Introducción
Propiedades de Materiales Sólidos

Interacciones entre átomos o moléculas constituyentes

Arreglos geométricos atómicos

1.Introducción

Procesamiento/Estructura/Propiedades/Correlaciones de Rendimiento
Necesidades de Materiales Modernos
Energía

Viabilidad

Materiales Avanzados
Nanomateriales
Materiales Inteligentes

Fluidos Electrorreológicos y Magnetorreológicos

Materiales Magnetoestrictivo

Cerámica Piezoeléctrica

Aleaciones con Memoria de Forma

Biomateriales

Implantes en el cuerpo humano

Semiconductores

Propiedades

Aislantes

Clasificación de Materiales
Compuestos

Formados por más de un tipo de material

Fibra de vidrio

Polímero

Vidrio

Polímeros

Compuestos orgánicos, basados en

Otros elementos no metálicos

Hidrógeno

Carbono

Cerámicos

Compuestos químicos constituidos por metales y no metales

Combinación de elementos metálicos

¿Por qué estudiar Ciencia e Ingeniería de Materiales?
Deterioro de las propiedades del material
Problema de Materiales
Ciencia e Ingeniería de los Materiales
Investigar la Relación entre

Propiedades de los Materiales

Químicas

Ópticas

Magnéticas

Térmicas

Eléctricas

Mecánicas

Estructura

Disposición de componentes internos

Perspectiva Histórica
Progreso de Tecnologías

Disponibilidad de Materiales Adecuados

Desarrollo de Técnicas

Metales

Cerámicas

Hombre Primitivo

Cuero

Arcilla

Madera

Piedra