GRUPO 3:LEIDY BETANCOURTCARMEN BELTRANWILLIAM DONADO

LINA SASTOQUE

IE-8

INSPECCION Y ENSAYOS CON PROCESOS NO DESTRUCTIVOS

PROGRAMA DE MATERIALES Y CONTROL DE CALIDAD

GRUPO 3:LEIDY BETANCOURTCARMEN BELTRANWILLIAM DONADO

LINA SASTOQUE

INSTRUCTOR:EDGAR HERNANDEZ MARTINEZ

IE-8

I. LOS MATERIALES EN INGENIERIA

Introducción. Ciencia e ingeniería de los materiales. Diagramas de equilibrio Estructura de los átomos Tipos de enlaces atómicos y moléculas Sistemas Cristalinos Principales estructuras cristalinas metálicas Comparación entre las estructuras cristalinas FCC, HCP y BCC. Efectos de la estructura cristalina en las propiedades de los

materiales. Polimorfismo o alotropía

IntroducciónLos materiales son sustancias que componen cualquier cosa o

producto. Estos pueden ser clasificados según su composición, según su origen, de acuerdo a sus propiedades físico-químicas, etc.

según su origen, los materiales se pueden clasificar en materiales naturales y materiales artificiales.

según su composición, los materiales se pueden clasificar en elementos y compuestos, homogéneos y heterogéneos, metálicos y no metálicos, inorgánicos y orgánicos, etc.

según sus propiedades, los materiales se pueden clasificar en rígidos y flexibles, tenaces y frágiles, conductores y aislantes, reciclables y no reciclables, etc.

Metales, cerámicos, polímeros y compuestos.(semiconductores)

Ciencia e ingeniería de los materiales

Ciencia de los

materiales

• Ciencia que estudia los materiales, su estructura y propiedades. Además

de su funcionamiento, procesamientos y usos.

Ingeniería de los

materiales

• Rama de la ingeniería que se fundamenta en las relaciones

propiedades-estructura y diseña o proyecta la estructura de un material

para conseguir un conjunto predeterminado de propiedades.

Diagramas de equilibrioSon graficas que representan las fases y estado en que pueden estar diferentes

concentraciones de materiales que forma una aleación a distintas temperaturas, presiones y composiciones.

Cu-NiEl Cobre puro se funde a 1083°C

(1981F°) y el Níquel puro a 1455°C (2651F°)

Agua (H2O)

Cuproníquel (no ferroso) Con +50% Ni

se caracterizan por tener elevada

resistencia mecánica, soldabilidad,

excelente resistencia a la corrosión, y tenacidad en un

amplio intervalo de temperatura. No se corroe en agua de

mar

Diagramas de equilibrio

En el diagrama de equilibrio Fe-C, se representan las transformaciones que sufren los aceros al carbono con la temperatura, admitiendo que el calentamiento (o enfriamiento) de la mezcla se realiza muy lentamente de modo que los procesos de difusión (homogeneización) tienen tiempo para completarse. Las aleaciones Fe-C tienen varios constituyentes:Ferrita (se considera como Fe alfa puro)PerlitaCementitaAustenitaLedeburita

Estructura de los átomos Átomo: partícula mas

pequeña en que puede dividirse un elemento química y continuar

manteniendo las propiedades.

El átomo está formado por un núcleo, que contiene neutrones y protones, el

que a su vez esta rodeado por electrones.

Tipos de enlaces atómicos y moléculas

Cuando hay afinidad química, existe una fuerza de atracción electroestática (coulómbica) positiva de largo alcance, que acerca mucho los átomo unos a otros, formando enlaces.Tipos de enlaces

primarios

Iónico Covalente Metálico

Tipos de enlaces secundarios y moleculares

Dipolo permanente

Dipolo oscilante

se produce cuando átomos de elementos

metálicos se encuentran con

átomos no metálicos. No direccional.

Fuerzas intermoleculares

grandes.

se produce cuando átomos no metálicos

comparten electrones.direccional.

Fuerzas intermoleculares

grandes.

se produce cuando los metales están

unidos atómicamente,

formando una nube de electrones.No direccional.

Fuerzas intermoleculares

Enlaces intermoleculares

relativamente débiles,

se presenta debido a una asimetría en la

distribución de densidad electrónica

producido por la distribución asimétrica

dedensidades electrónicas en un átomo en torno a

su propio núcleo.Es oscilante porque la densidad electrónica

cambia constantemente en el tiempo

Tipos de enlaces atómicos y moléculas

Enlace iónico Enlace covalentesencillo | doble

Enlace metálico

Sistemas cristalinos Arreglo atómico: es un patrón que se repite de manera sucesiva en el espacio. Un material es cristalino cuando posee un arreglo atómico en 3 dimensiones de largo alcance.Materiales cristalinos: aquellos que tienen arreglos geométricos periódicos de átomos o iones de corto y largo alcance que se repite como patrón.

Redes de Bravais: modo como están distribuido infinitos átomos en las celdas unitarias (estructura mas pequeña del material), cuya estructura es invariante bajo cierto grupo de traslaciones. 1 (1D), 5 (2D), 14 (3D).

Sistemas cristalinos: conjunto de grupos puntuales compatibles con una determinada red de Bravais, es decir, un sistema cristalino se va a caracterizar por un sistema de ejes de referencia que corresponde a una red de Bravais.

Principales estructuras cristalinas metálicas

Cubica centrada en el cuerpo (BCC)

Cubica centrada en las caras (FCC)

Hexagonal compacta (HCP)

La mayor parte de los metales puros en estado sólido forman una de las siguientes redes cristalinas simétricas: cúbica centrado en el cuerpo, cúbica centrada en las caras y hexagonal compacta. Estas son muy compactas por lo que permiten aprovechar eficientemente el espacio dejando pocos huecos.

El hierro puro puede adoptar dos estructuras diferentes, dependiendo de la temperatura a que este sometido.Temperatura ambiente hasta 910°(BCC) - +910° hasta 1394°(FCC) – 1394° hasta 1538 ° (BCC)1538 ° el hierro se funde, volviéndose polimórfico o alotrópico.

Comparación entre las estructuras cristalinas FCC, HCP y BCC FC

C

• Constituida por átomos en cada vértice y un átomo en cada cara del cubo.

• Los átomos de las caras están en contacto.

• Estructura de empaquetamiento compacto (74%).

• Planos de empaquetamiento (1 1 1)

HCP

• Esta estructura está determinada por un átomo en cada uno de los vértices de un prisma hexagonal, un átomo en las bases del prisma y tres átomos dentro de la celda unitaria

• Cada átomo está rodeado por doce átomos y estos están en contacto según los lados de los hexágonos bases del prisma hexagonal

• Estructura de empaquetamiento compacto (74%).

• Planos de empaquetamiento (0001)

BCC

• Formada por un átomo del metal en cada uno de los vértices de un cubo y un átomo en el centro.

• Cada átomo de la estructura, está rodeado por ocho átomos adyacentes y los átomos de los vértices están en contacto según las diagonales del cubo

• Su estructura no es de empaquetamiento compacto

• No tiene planos de empaquetamiento

Hierro, titanio, tungsteno, vanadio, cromo, circonio, talio, sodio y potasio.

hierro, cobre, plata, platino, oro, plomo y níquel Titanio, magnesio, cinc, berilio, cobalto,

circonio y cadmio

Efectos de la estructura cristalina en las propiedades de los materiales

• Algunas propiedades de los metales y cerámicas pueden predecirse o justificarse mediante la estructura cristalina perfecta, tal como se ha descrito. Es el caso de las que se especifican a continuación: a) densidad, b) módulo de elasticidad, c) punto de fusión.

• 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 éstas se encuentran: plasticidad y su entorno, límite elástico, carga de rotura, resistencia a la fluencia, resistencia a la fatiga, etc.

Efectos de la estructura cristalina en las propiedades de los materiales

DENSIDAD

La densidad de un metal puede deducirse a través del modelo de esferas duras, por medio del conocimiento del volumen de la celdilla, v, de la masa de cada átomo, m, y del número de átomos, n, existentes en cada celdilla. Así pues la densidad, r viene definida por:r = m . n / vdonde m se puede estimar a partir del número de Avogadro, N, y el peso molecular del metal, Pm, en la forma:m = Pm / N

MODULO DE ELASTICIDAD

Las propiedades elásticas se determinan por la fuerza necesaria para deformar un elemento, y la deformación que sufre una vez se retira la fuerza aplicada.

PUNTO DE FUSION

Por causa del movimiento caótico de los átomos que no fijan su posición con la ordenación característica del cristal, la energía cinética aumenta produciendo calor.

El calor latente de fusión es representación de la diferencia entre estas energías cinéticas entre la fase líquida y sólida.; es decir, representa el punto en que la energía producida por el movimiento produce suficiente “calor” para fundir “derretir” el solido, llevándolo a su estado liquido.

Polimorfismo o alotropía

Polimorfismo: Capacidad de un material solido de existir en mas

de una estructura cristalina sin variar su

naturaleza (aleaciones).

Alotropía:Hace referencia a la

capacidad de algunos compuestos formados por

un único elemento (sustancias polimorfas

puras) de presentarse bajo estructuras moleculares

diferentes, es decir, existe en mas de una forma o

estructura cristalina (Oxigeno, carbono Nitrógeno, Fosforo)

Oxigeno:-Atmosférico (O2)-Ozono (O3)

Carbono:-grafito-diamante

Zirconita o dióxido de

zirconio (ZrO2):-temperatura

ambiente estructura

monociclica-altas

temperaturas estructura tetragonal- +2370°

estructura cubica

II. Clasificación de las propiedades de los materiales

Químicas.Físicas.Mecánicas.Tecnológicas.Ecológicas.Sensoriales

MateriaTodo lo que existe en el

universo

GeneralesExtrínsecas (dependen de

la masa)

EspecificasIntrínsecas (no dependen

de la masa)

Físicascomo

Químicascomo

Posee propiedades

-Masa-Volumen-Forma-Impenetrabilidad

-Peso-Inercia-Tamaño

-Densidad-Maleabilidad-Ductilidad-Punto de fusión

-Dureza -Oxidación-Corrosión-Combustión-Reactividad

Químicas

Propiedades químicas

Oxidación

CorrosiónReactividad

Combustión

Son aquellas propiedades que se manifiestan al alterar la estructura interna o molecular de la materia al interactuar con otras sustancias o bajo ciertas condiciones (reactivos), convirtiéndolos en otra sustancia. Estos cambios pueden ser reversibles o irreversibles.

Capacidad para reaccionar con el oxigeno, se produce energía

en forma de luz y calor

Capacidad de los materiales para reaccionar ante reactivos

o sustancias químicas.Acido-base

Redox

Combinación de un material con el oxigeno

deterioro de un material a consecuencia

de un ataque electroquímico por su entorno, en el cual un metal reacciona con su medio ambiente para formar óxido o algún

otro compuesto

FísicasDensidad

Es la razón entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa: D= m/v

Organolépticas

Son aquellas que se perciben a través de los órganos de los sentidos (color, sabor, olor, textura)

Punto de fusión

Temperatura en la que un sólido pase a estado liquido.

Físicas

Punto de ebullición

Temperatura en la cual una sustancia pasa a estado gaseoso (la presión de la sustancia es igual a la atmosférica)

Solubilidad

Capacidad que tiene un material para disolverse en otro y formar una solución (mezcla liquida)

Dureza

Resistencia de un material a ser rayado

FísicasViscosidad

Resistencia de los líquidos y los gases de fluir (desplazarse), a mayor viscosidad fluye mas lentamente.

Ductilidad

Capacidad de los materiales de convertirse en hilos o alambres.

Maleabilidad

Capacidad de los materiales de convertirse en laminas. (propiedad característica de los metales)

Tenacidad

Resistencia que opone un solido a ser roto, molido, doblado, etc. Algunas clases de tenacidad son la fragilidad, la maleabilidad y la ductilidad.

Físicas

Peso especifico

Es el vínculo existente entre el peso de una cierta sustancia y el volumen correspondiente.

Conductividad

Capacidad de un material para transferir ya sea calor (conductividad térmica) o electricidad (conductividad eléctrica)

Índice de refracción

Es el grado de densidad óptica que posee un cuerpo traslucido, para dejar pasar un haz de luz a través del mismo.

Mecánicas

Propiedades mecánicas: indican el

comportamiento de un material

ante fuerzas exteriores.

plasticidad

rigidez

elasticidad

Resistencia

Dureza y tenacidadpropiedad mecánica que tiene un

material para deformarse permanentemente e

irreversiblemente cuando se encuentra sometido a tensiones por

encima de su limite elástico.

tiene que ver con la magnitud de la deformación que ocurre al aplicar la fuerza dentro del rango del comportamiento elástico (vuelve a su estado inicial)

propiedad mecánica de ciertos materiales de recuperar la forma original si las fuerzas exteriores se eliminan. Fuerza máxima que se le puede

aplicar a un material antes de fallar ( romperse).Resistencia a la torsión, choque, resistencia a la fatiga, etc.

La tenacidad es una medida de la cantidad de energía que un material puede absorber antes de fracturarse. La dureza es la resistencia a ser rayado.

Tecnológicas

Ductilidad Fusibilidad Colabilidad Soldabilidad

Son aquellas que definen el comportamiento de un material frente a diversos métodos de trabajo y a determinadas aplicaciones, conformando piezas o partes útiles o aprovechables

Dureza Templabilidad-Endurecimiento

por temple

Facilidad de mecanizado

Recocido

capacidad del metal para dejarse

deformar o trabajar en frío

Ejm: Oro, plata, cobre, hierro,

plomo.

propiedad que permite pasar los

materiales de estado solido al

liquido, obteniendo piezas fundidas o

coladas.

capacidad de un metal fundido para

producir piezas fundidas completas

y sin defectosEjm: Hierro, bronce,

latón

aptitud de un metal para soldarse con otro bajo presión ejercida

sobre ambos en caliente.

Ejm: los aceros de bajo contenido de carbono

Propiedad de un material sólido

relacionada con la resistencia a la deformación,

penetración o abrasión de su superficie

Las piezas (mayormente acero) se calientan a una temperatura elevada, y

luego se enfrían rápidamente, obteniendo

el equilibrio entre tenacidad y dureza.

Es la propiedad de un metal de dejarse

mecanizar con arranque de viruta, mediante una herramienta cortante

apropiada

Proceso de tratamiento térmico por el que el vidrio

y ciertos metales y aleaciones se hacen menos

quebradizos y más resistentes a la fractura.

EcológicasSon aquellas propiedades que representan el impacto que tienen los materiales en el medio ambiente (nocividad)

Reciclables: son los materiales que se pueden reciclar, es decir, que pueden ser utilizados para fabricar otro material diferente.

Biodegradables: son los materiales que la naturaleza tarda poco tiempo en descomponer de forma natural. son aquellos para los cuales existe algún organismo vivo que “se los come”

Tóxicos: estos materiales producen un gran impacto en el ambiente (nocivos), ya que pueden ser venenosos para los seres vivos y contaminan el agua, el suelo o la atmosfera.

Reutilizable: son los materiales que se pueden volver a utilizar, pero para el mismo uso.

Sensoriales

• Cada material tiene un color y un brillo característicos, por ejemplo los metales se distinguen a simple vista de otros materiales por su color y su brillo.

Color y brillo

• Todos los materiales tienen textura. Si tocamos una piedra, un cristal o una esponja, experimentamos sensaciones diferentes al tacto, por ello hablamos de texturas suaves, rasposas, lisa etc..

Textura

• Algunos materiales presentan un olor particular o especifico mediante el cual se les puede reconocer. Ejemplo: El tiner, el alcohol, el amoniaco, etc. Aroma

Son las propiedades relacionadas con la impresión que produce el material en nuestros sentidos

Esperamos haber explicado lo mejor posible