1.¿Indique en qué consiste el estudio de los cristalino de los materiales, especificando: * Concepto de orden de corto alcance * Concepto de orden de largo alcance * Describiendo las redes de bravais * Diferencia estructural entre los materiales cerámicos, polímeros y metales. R: La cristalografía es la ciencia que se ocupa del estudio de la materia cristalina, y de las leyes que gobiernan su formación y sus características, físicas químicas y geométricas. Esta ciencia se clasifica en tres que son: Cristalografía geométrica: esta parte se encarga de estudiar la estructura externa de los materiales, y su simetría. Cristaloquímica: estudia la disposición de los átomos en la materia cristalinas es decir su estructura, imperfecciones, defectos etc. Cristalofísica: estudia las propiedades físicas de los cristales y busca de relacionarlos con las características químicas y geométricas. Orden de corto alcance: Un material muestra orden de corto alcance si el arreglo espacial de los átomos se extiende sólo a los vecinos más cercanos de dicho átomo. Cada molécula de agua en fase vapor tiene un orden de corto alcance debido a los enlaces covalentes entre los átomos de hidrógeno y oxígeno. Sin embargo, las moléculas de agua no tienen una organización especial entre sí. Los polímeros también despliegan arreglos atómicos de corto alcance que se parecen mucho a la estructura del vidrio de sílice. El polietileno está compuesto por cadenas de átomos de carbono, con 2 átomos de hidrógeno unidos a cada carbono. Dado que éste tiene una valencia de 4 y que los átomos de carbono e hidrógeno tienen enlaces covalentes, se produce una estructura tetraédrica. Las unidades tetraédricas pueden unirse de manera aleatoria para producir cadenas poliméricas. Los cerámicos y los polímeros que sólo tienen este orden de corto alcance son materiales amorfos. Orden de largo alcance: Los metales, muchos materiales cerámicos e incluso algunos polímeros, tienen una estructura cristalina en la cual los átomos muestran tanto un orden de corto alcance como un orden de largo alcance; ese arreglo atómico especial se extiende por todo el material. Uno o más átomos quedan asociados a cada punto de red. Cerámicos: poseen las estructuras cristalinas más complejas. de modo que por simple traslación de la misma. teniendo la capacidad de moverse por todo el material y es por eso que se les conoce como electrones libres. son paralelogramos (2D) o paralelepípedos (3D) que constituyen la menor subdivisión de una red cristalina que conserva las características generales de toda la retícula. puede reconstruirse la red al completo en cualquier punto. En este enlace los electrones de valencia de los átomos se separan del núcleo.La red difiere de un material a otro tanto que en tamaño como en forma. Es decir que estos electrones libres se encargan de que los iones no se separen del átomo manteniendo así la cohesión del material. Los enlaces de las estructuras metálicas son no direccionales lo que hacen que las dislocaciones puedan aparecer en la red cristalina con facilidad. poseen un enlace iónico. La red unidimensional es elemental siendo ésta una simple secuencia de nodos equidistantes entre sí. La celda unitaria es la subdivisión de la red cristalina que sigue conservando las características generales de toda la red. En dos o tres dimensiones las cosas se complican más y la variabilidad de formas obliga a definir ciertas estructuras patrón para trabajar cómodamente con las redes. Diferencia estructural entre los metales. Se dice entonces que los puntos de una red de Bravais son equivalentes. dependiendo del tamaño de los átomos y del tipo de enlace entre ellos. se puede construir toda la red. lo que quiere decir que uno de los átomos pierde uno o más electrones cediéndoselos a otro átomo diferente. La estructura cristalina de un material se refiere al tamaño. Para generar éstas normalmente se usa el concepto de celda primitiva. Mediante teoría de grupos se ha demostrado que sólo existe una única red de Bravais unidimensional. lo que le da la ductilidad a los materiales y hace que se le puedan cambiar las propiedades con facilidad. Asimismo este . Estos electrones libres funcionan como una especia de nubes que mantiene unidos a los iones positivos que quedan cuando los átomos pierden electrones de valencia. la forma y la organización atómica dentro de la red. Al apilar celdas unitarias idénticas. cerámico y polímeros: Metales: en los materiales metálicos sus átomos están ordenados siguiendo un patrón. El átomo que pierde el electrón queda cargado positivamente y el que gana el electrón queda con carga negativa. Estos materiales son eléctricamente neutros por la forma como se encuentran ordenados los electrones en la red cristalina. En la mayoría de casos también se da una invariancia bajo rotaciones o simetría rotacional. 5 redes bidimensionales y 14 modelos distintos de redes tridimensionales. Estas propiedades hacen que desde todos los nodos de una red de Bravais se tenga la misma perspectiva de la red. Redes de bravais: En cristalografía las redes de Bravais son una disposición infinita de puntos discretos cuya estructura es invariante bajo cierto grupo de traslaciones. Poseen un enlace metálico. Las celdas unitarias. Extrínsecos: Estos ocurren debido a impurezas que afectan la estructura molecular de la red y producen alteraciones en la misma que afectan las propiedades mecánicas. Estos materiales no forma estructuras cristalinas. físicas y químicas del material. Estas moléculas están enredadas entre sí. ¿Defina. empezando por el hecho de que no hay cristales infinitos. * Según su dimensión: Se pueden distinguir 4 tipos de defectos: * Puntuales: estos son de 0 dimensiones. afectan a un solo punto de red. Son estos defectos cristalinos los que dan las propiedades más interesantes de la materia. el color. Polímeros: estos son materiales formados por moléculas muy largas. El cristal perfecto es un modelo ideal. que a veces es ocupado por un electrón (centro F) Átomo intersticial: El defecto intersticial es cuando un átomo extra se introduce en un lugar de la estructura cristalina donde no se encuentra normalmente . 2. describa y clasifique los defectos cristalinos? R: Un defecto cristalino es cualquier perturbación en la periodicidad de la red de un sólido cristalino.orden que mantienen los electrones hace que se muy difícil que se produzcan defectos en la red lo que hace que sean materiales poco dúctiles. la difusión. dejando así un espacio vacío. Estos defectos se clasifican en: * En primer lugar se clasifican en intrínsecos y extrínsecos: Intrínsecos: Son naturales es decir propios del material y ocurren po salto de los propios átomos de la red cristalina. iones u átomos neutros) están colocados de forma periódica y regular. perturbando únicamente a los vecinos más próximos a dicha red. como la deformación plástica. Estas impurezas pueden ser precipitadas en la red por conveniencia. estás moléculas están unidas por un enlace covalente y son enlaces direccionales lo que hace que la moléculas tiendan a ser rizadas. En la realidad. la resistencia a la rotura. extendiéndose hasta el infinito. si no amorfas o semicristalinas debido al mismo enredo de sus moléculas. cualquier cristal presenta defectos en este modelo ideal. la conductividad eléctrica. Entre ellos están: Vacante o Vacancia: El defecto vacante es cuando un átomo que se encuentra normalmente en la red cristalina deja de estarlo. en el que las diferentes especies (ya sean moléculas. lo que le da al material la resistencia. Las dislocaciones suceden con mayor probabilidad en las direcciones compactas de un cristal y son sumamente importantes para explicar el comportamiento elástico de los metales. y afectan a una fila de puntos de red. donde un átomo que se encuentra en un lugar normal de la estructura cristalina salta hacia un lugar intersticial dejando así una vacancia. Se debe tomar en cuenta que el radio del átomo no debe ser diferente de un 15% ya sea en mayor o menor proporción ya que podrían ocurrir perturbaciones en el material. * Defectos lineales: se extienden en una dirección. y un átomo sustituido de menor radio hará que los átomos vecinos sufran una tensión. * Defecto Schottky o de par iónico: Es un par de vacancias que se presentan en los cristales iónicos.Átomo sustitucional: En este defecto se sustituye un átomo de la estructura cristalina por otro. es decir que afectan a una fila de puntos de la red de Bravais. puesto que la deformación plástica puede ocurrir por desplazamiento de dislocaciones. su vector de Burgers es perpendicular al plano que contiene la dislocación y paralelo al plano de deslizamiento. así como su maleabilidad. En este caso. * Defecto Frenkel: Este defecto es una combinación entre el defecto de vacancia e intersticial. La parte superior de la región frontal del cristal desliza una unidad atómica a la derecha respecto a la parte inferior. 3. Existe una interacción fuerte entre dislocaciones de arista de tal manera que se pueden llegar a aniquilar. donde se debe mantener un equilibrio en la estructura cristalina. una de cuña y una helicoidal. en cuanto a las propiedades? R: . cuña o arista: Formada por un plano extra de átomos en el cristal. Cuando se deja una vacancia de un anión. el vector de Burgers es paralelo al plano que contiene la dislocación y perpendicular al plano de deslizamiento. Debe encontrarse la misma cantidad de aniones que de cationes. ¿identifique cual es la importancia de los defectos cristalinos en los materiales. Las dislocaciones están definidas por el vector de Burgers. Dislocaciones mixtas: Dislocación formada por las dos anteriores. Son de tres tipos: Dislocación de borde. también debe dejarlo un catión para mantener un equilibrio en la red. el cual permite pasar de un punto de la red al obtenido tras aplicar la dislocación al mismo. estos defectos también son conocido como: Dislocaciones: son defectos de la red cristalina de dimensión uno. Dislocación helicoidales o de tornillo: Se llama así debido a la superficie espiral formada por los planos atómicos alrededor de la línea de dislocación y se forman al aplicar un esfuerzo cizallante. Un átomo de mayor radio hará que los átomos vecinos sufran una compresión. Si ocurre el deslizamiento. Segundo. explicando cuales micro-estructuras se pueden formar en un diagrama hierro-carbono (indique cuales son las variables de la difusión. el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecánico de los metales. Si no hay dislocaciones presentes. el deslizamiento explica por qué la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metálico.Importancia de los defectos puntuales: Los defectos puntuales alteran el arreglo perfecto de los átomos circundantes. Los átomos de gases. generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes. ¿Qué papel juegan los defectos cristalinos en el fenómeno de la difusión. Importancia de las dislocaciones: Aunque en algunos materiales cerámicos y polímeros puede ocurrir deslizamiento. los metales no podrían ser conformados utilizando los diversos procesos. que son las aleaciones. distorsionando la red a lo largo de quizás cientos de espaciamientos atómicos. Esta alteración requiere que se aplique un esfuerzo más alto para obligar a que la dislocación venza al defecto. incrementándose así la resistencia del material. En primer término. a menos que apliquemos mayor fuerza. o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen. En tercer lugar. controlamos las propiedades mecánicas de un metal o aleación al interferir el movimiento de las dislocaciones. En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones. por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequeña. que involucran la deformación para obtener formas útiles. 4. el deslizamiento le da ductilidad a los metales. Un obstáculo introducido en el cristal impedirá que en una dislocación se deslice. diga como es el mecanismo) (de acuerdo al diagrama hierro-carbono indique cuales son las distintas micro-estructuras que se forman gracias a los proceso disfuncionales)? R: La difusión puede ser definida como el mecanismo por el cual la materia es transportada por la materia. líquidos y sólidos están en constante movimiento y se desplazan en el espacio tras un período de tiempo. La densidad de dislocaciones. entonces el metal resulta ser más resistente. una barra de hierro sería frágil. a partir del defecto. sólo es necesario que se rompa en algún momento una pequeña fracción de todas las uniones metálicas a través de la interfase. En cuarto lugar. Una dislocación que se mueva a través de las cercanías generales de un defecto puntual encuentra una red en la cual los átomos no están en sus posiciones de equilibrio. el movimiento de los . En los gases. se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamaño de grano o introduciendo átomos de diferente tamaño. Estos obstáculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano. como la forja. Si es necesario aplicar una fuerza superior. Para que el mecanismo intersticial sea efectivo. La energía de activación también aumenta. La difusión de éstos en metales y aleaciones es particularmente importante si consideramos el hecho de que la mayor parte de las reacciones en estado sólido llevan consigo movimientos atómicos. como ejemplo se pueden citar la formación de núcleos y crecimiento de nuevos granos en la recristalización de un metal trabajado en frío y la precipitación de una segunda fase a partir de una solución sólida. Los átomos pueden moverse en las redes cristalinas desde una posición a otra si hay presente suficiente energía de activación. El transporte de masa en líquidos y sólidos se origina generalmente debido a una combinación de convección (movilización de fluido) y difusión. el tamaño de los átomos que se difunde debe ser relativamente pequeño comparado con el de los átomos de la matriz.átomos es relativamente veloz. debido a los enlaces que mantienen los átomos en las posiciones de equilibrio. esto se pone en evidencia en el movimiento de las tintas que se disuelven en agua líquida. por tanto. estos movimientos atómicos quedan restringidos (no existe convección). y si hay vacantes u otros defectos cristalinos en la estructura para que ellos los ocupen. Según va aumentando la temperatura del metal se producirán más vacantes y habrá más energía térmica disponible. La diferencia entre los tamaños de los átomos y las energías de enlace entre ellos son factores que afectan la velocidad de difusión. Las vacantes en los metales son defectos en equilibrio. los átomos poseen un movimiento más lento. La difusión también puede darse por el mecanismo de vacantes en soluciones sólidas. tal efecto se puede apreciar por el rápido avance de los olores desprendidos al cocinar o el de las partículas de humo. Se pude observar que a medida que incrementa el punto de fusión del material. La energía de activación para la difusión propia es igual a la suma de la energía de activación necesaria para formar la vacante y la energía de activación necesaria para moverla. . La siguiente tabla presenta la relación de algunas energías de activación para la autodifusión en metales puros. La difusión intersticial de los átomos en redes cristalinas tiene lugar cuando los átomos se trasladan de un intersticio a otro contiguo al primero sin desplazar permanentemente a ninguno de los átomos de la matriz de la red cristalina. En los líquidos. Los átomos pequeños como los de hidrógeno. proporcionada ésta por la vibración térmica de los átomos. * Mecanismo de difusión intersticial. por lo cual el único mecanismo de transporte de masa es la difusión. Esto se da porque los metales con temperatura de fusión más alta tienden a mayores energías de enlace entre sus átomos. Sin embargo las vibraciones térmicas que tienen lugar en sólidos permiten que algunos átomos se muevan. En los sólidos. el grado de difusión es mayor a temperaturas más altas. y por ello algunos están siempre presentes para facilitar que tenga lugar la difusión sustitucional de los átomos. Existen dos de mecanismo de difusiones estos son: * Mecanismo de difusión por vacantes o sustitucional. Clasifique los materiales según su aplicación industria y de un ejemplo de cada uno. tienen buena ductibilidad y conformabilidad. Son particularmente útiles en aplicaciones estructurales o de carga.carbono. R: Metales Tienen como característica una buena conductividad eléctrica y térmica. reducida resistencia y debe evitarse su uso a temperaturas elevadas. ductilidad. aunque frágiles y quebradizos. 5. Las aleaciones (combinaciones de metales) conceden alguna propiedad particularmente deseable en mayor proporción o permiten una mejor combinación de propiedades. Tienen baja conductividad eléctrica y térmica. oxígeno y nitrógeno. . en cambio. En la imagen se ven el micro-estructura que se forman en el diagrama hierro-carbono gracias a los procesos disfuncionales. Los polímeros termoplásticos. a pesar de que sus cadenas moleculares fuertemente enlazadas los hacen más frágiles. en los que las cadenas moleculares no están conectadas de manera rígida. en hornos y contenedores de fundiciones. los átomos de carbono deben pasar entre los átomos de la matriz de hierro. En la difusión intersticial de carbono en hierro. Ejemplo: El polietileno empleado para la construcción. Polímeros Son grandes estructuras moleculares creadas a partir de moléculas orgánicas. rigidez. Son fuertes y duros. alta resistencia. Nuevas técnicas de procesos consiguen que los cerámicos sean lo suficientemente resistentes a la fractura para que puedan ser utilizados en aplicaciones de carga. D es el coeficiente de difusión. aislantes eléctricos y hasta material de empaque. el carbono puede difundirse intersticialmente en hierro alfa BCC y hierro gamma FCC. Por ejemplo. Ejemplo: El acero utilizado para la construcción de tuberías. Cerámicos Tienen baja conductividad eléctrica y térmica y son usados a menudo como aislantes. pueden difundirse intersticialmente en algunas redes cristalinas metálicas. Ejemplo: Usados como ladrillos refractarios. los polímeros termoestables son más resistentes. Las variables que se estudian en la difusión son J es la densidad de corriente de partículas. debemos tomar en cuenta la compleja relación entre la estructura interna del material. Al templarlo se .Materiales compuestos Como su nombre lo indica. su procesamiento y sus propiedades finales. Que propiedades físicas y mecánicas son especialmente importantes cuando seleccionamos materiales para las siguientes aplicaciones: * Cigüeñal de motor para automóvil * Tubería para conducir gases y líquidos calientes en una refinería * Latas desechables para bebidas * Revestimientos para contener acero líquido durante el refinado * Eje de transmisión de un automóvil * Tijeras de uso en el hogar R: Cigüeñal de motor para automóvil: Acero 4140 Es uno de los aceros de baja aleación más populares por el espectro amplio de propiedades útiles en piezas que se someten a esfuerzo. produciendo propiedades que no se encuentran en ninguno de los materiales de forma individual. Para poder hacer la mejor selección y diseño. Ejemplo: El hormigón. Por lo que resulta ventajoso poder determinar la relación que existe entre estos tres aspectos a fin de obtener el producto requerido. Describa la relación entre ESTRUCTURA ± PROPIEDADES . es el material resultante de la mezcla de cemento con arena y agua. Cuando alguno de los tres aspectos de esta relación cambia los otros dos se ven afectados. 6. es el desempeño que éste tendría durante su vida útil. también denominado concreto.PROCESAMIENTO R: El aspecto fundamental que debe tomarse cuando se requiere producir un componente con una geometría y propiedades adecuadas. están formados a partir de dos o más materiales de distinto grupos. con relación a su bajo costo. 7. Densidad: 7. Tiene también una buena resistencia al desgaste. R = 65 Kg/mm2 Templado: 975-1000 ºC al aceite Dureza: HRc 58 Rockwell Forjado caliente: 1250 ± 2282 ºC Tratamiento térmico: 1050 ± 1922 ºC Eje de transmisión de un automóvil: Acero 1060 .320 HB (29 ± 34 HRc) Esfuerzo a la fluencia: 690 MPa (100 KSI) Esfuerzo máximo: 900 . el molibdeno y otros.logra muy buena dureza con una gran penetración de la misma.152 KSI) Elongación mínima: 12% Reducción de área mínima 50% Tijeras de uso en el hogar: Acero Inoxidable Es un acero aleado que debe contener al menos un 12% de Cromo y dependiendo de los agentes exteriores corrosivos a los que va ha estar expuesto debe contener otros elementos como el níquel. teniendo además un comportamiento muy homogéneo.85 g/cm3 Forjado: 1050-1200 ºC Normalizado: 870-900 ºC Templado: 830-850 ºC .1050 MPa (130 . enfriamiento en aceite Propiedades mecánicas Dureza: 275 . Forjado: 1100-850 ºC Recocido: 850 ºC. serán de acero en tramos de la mayor longitud posible. Tiene soldabilidad pobre por lo que no se recomienda. Forjado: 1000-1150 º C Normalizado: 840-900 º C Templado: 800-830 º C. enfriamiento en agua. laminadas o forjadas en caliente. o 810-840 º C. Templado: 925 ºC Revenido: 580 ºC Resistencia a la tracción: 80 Ksi Límite de Fluencia: 58 Ksi . para reducir las posibilidades de fugas. Como acero de alto carbono. en tanto no existan normas nacionales. las cuales se limitarán a lo estrictamente necesario. Su soldabilidad es aceptable y se realiza por procedimientos comunes. alcanza al templarse durezas elevadas.Acero de alto contenido de carbón. unidos por soldadura o mediante bridas. hexagonal y solera. Se admitirán otros materiales adecuados al producto a transportar. enfriamiento en aceite Revenido: 450-600 º C Resistencia a la tracción: 98 Ksi Limite de fluencia: 54 Ksi Reducción del área 30 % Dureza Brinell: 201 Tuberías para conducir gases y líquidos calientes en una refinería: Acero 147M Acero de bajo carbón. Barra redonda laminada caliente y estirada en frío. aceptadas por el Ministerio de Industria y Energía. barra cuadrada. Las tuberías para la conducción de hidrocarburos. alto manganeso y vanadio con grano fino para mejorar sus características mecánicas y con tratamiento de calcio además de un estricto control del contenido de azufre para mejorar su maquinabilidad. siempre que se ajusten a las especificaciones de las normas de reconocido prestigio internacional. Resistencia mecánica y capacidad de deformación .Buena adherencia a barnices y litografías .Estanqueidad y hermeticidad .Ligereza .Reciclabilidad . Algunas cualidades son: .Opacidad a la luz y radiaciones .Estética / posibilidad de impresión .Inercia química relativa .Dureza Brinell: 180 Latas desechables para bebidas: Hojalata (acero recubierto con estaño) La composición de la hojalata es la siguiente (del exterior al interior): * Película de aceite * Película de pasivación * Estaño libre * Aleación Fe Sn2 * Acero libre Se trata de un material ideal para la fabricación de envases metálicos debido a que combina la resistencia mecánica y la capacidad de conformación del acero con la resistencia a la corrosión del estaño.Versatilidad .Conductividad térmica .Adecuación para la distribución comercial . Se trata de un arreglo espacial de átomos que se repite en el espacio tridimensional definiendo la estructura del cristal. Esto se traduce en seis parámetros de red. pueden ser amarronados ó pardo blancuzcos. Las excepciones a este proceso son aquellos ladrillos que son químicamente ligados.Revestimiento para contener acero líquido durante el refinado Ladrillos refractarios Son productos refractarios preformados. Esta presenta puntos de red en los vértices de la celda y en el centro de la celda. actualmente son empleados para revestir calderas. La simetría traslacional de una estructura cristalina se caracteriza mediante la red de Bravais. que brindan alta performance de refractariedad y expansión térmica. tienen baja conductividad térmica y un alto punto de fusión. de los tres vectores. a base de óxidos naturales no metálicos de alto punto de fusión. resina para permanecer aglutinados. b y c. que representan. y los ángulos . ollas de aceración. Estos tres vectores forman una base del espacio tridimensional. 8. Enuncie los parámetros de red en una celda unitaria. cuantos tipos de celda unitaria hay y cuales son R: Se define como Celda Unitaria la porción más simple de la estructura cristalina que al repetirse mediante traslación reproduce todo el cristal. Todos los materiales cristalinos adoptan una distribución regular de átomos o iones en el espacio. y que forman entre sí. existen 14 redes de Bravais diferentes y todas las estructuras cristalinas minerales conocidas encajan en una de esas 14 disposiciones. o los que utilizan el alquitrán. son piezas de alta densidad. que son los módulos. parrillas. a. poseen textura lisa y homogénea. Para poder crear estos ladrillos es necesario que sus componentes estén expuestos a bajas presiones y que sean a su vez. Estas redes pueden ser: Tipo P: Se denomina primitiva y tiene puntos de red en los vértices de la celda. . de tal manera que las coordenadas de cada uno de los puntos de la red se pueden obtener a partir de ellos por combinación lineal con los coeficientes enteros. Tipo I: Red centrada en el interior. Se caracteriza por tres vectores que definen las tres direcciones independientes del sistema de coordenadas de la celda. quemados a temperaturas muy altas. hornos rotatorios de cementeras. El color que adoptan estos ladrillos se debe al proceso de fabricación. que los hacen compatibles para soportar acciones mecánicas presentes en la operación a altas temperaturas. Determine los índices de Miller para los planos A. Determinar analíticamente si el cromo es CS. indicados en a figura siguiente: para el plano A señale la familia de planos que . D. CC o CCC. Una red tipo C se refiere al caso en el que la simetría traslacional coloca puntos de red en los centros de las caras delimitados por las direcciones a y b así como en el origen.19 g/cm3. para la dirección A señale la familia de direcciones que pueden existir. C. B. así como en los vértices. El cromo tiene un parámetro de red de 2. 10. Tipo C: Red centrada en la base. B. indicadas en la figura siguiente. 11. Presenta puntos de red en los centros de todas las caras. 9.Tipo F: Red centrada en todas las caras.8844 A y densidad de 7. Determine los índices de Miller para las direcciones A.