ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES 2

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FACTOR DE EMPAQUETAMIENTO FEA = (No de átomos por celda . Vol de un átomo) / V (celda)

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2

FORMA O ESTRUCTURA CÚBICA SIMPLE – CS –

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3

RELACIÓN RADIO Y ARISTA. CS. a = 2r. FEA= 0 .52. No Coord. = 6 1/8 de esfera

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 FEA

= (# átomo por celda)(volumen de 1átomo) ÷ volumen celda = (Vát por celda) . Vol.1átomo/a3 = 1. 4/3 . π.r3 ÷ a3 pero a = 2r

 FEA

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= 4/3 . π.r3 / (2 r)3

=π/6

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= 0.5 2

5

FORMA CÚBICA DE CUERPO CENTRADO-BCC-

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a√3 = 4 r ……. a = 4 r / √3

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a√3 = 4 r

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……. a = 4 r / √3

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8

BCC: a = 4r/√3 , FEA = 68% , No de Coord. = 8

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Forma Cúbica Centrada en las Caras ó FCC

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CÚBICO DE CARAS CENTRADAS. -FCC-

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FCC: a = 4r/√2. FEA = 0.74 .

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No Coord.= 12

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12

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a√2 = 4 r ……… a = 4 r / √2

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Hexagonal Compacta: a = 2r c/a = 1.63, FEA = 0.74, No Coord. = 12

Capa a

Capa b

Capa a

Vista de arriba

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Cúbico simple

Cúbico centrado en el cuerpo

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Empaquetamiento cúbico compacto (Cúbico centrado en las caras) Empaquetamiento hexagonal compacto

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Celda unidad

Cúbico Simple

Red

Ejemplo

Polonio metálico Cúbico simple

Cúbico Centrado en el cuerpo

Uranio metálico Cúbico centrado en el cuerpo

Cúbico centrado en las caras

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Oro metálico Cúbico centrado en las caras Elaboró Ing. Efrén Giraldo T.

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Algunos parámetros de celdas.

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POLIMORFISMO Y ALOTROPÍA  POLIMORFISMO:

CUANDO EL MISMO MATERIAL EXISTE EN MÀS DE UNA FORMA CRISTALINA.  ALOTROPÍA: POLIMORFISMO EN ELENTOS QUÍMICOS PUROS.

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ALOTROPÍA DEL HIERRO

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Carbón-Grafito-Diamante-Futboleno.

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El carbono elemental existe:  1-Carbón

común: Amorfo  2-Grafito: Cristalino  3-Diamante: Cristalino  4.Fullereno o futboleno: Cristalino

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Grafito

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Diamante

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Futboleno

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Estructura del Diamante

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Estructura cristalina del Cuarzo alfa

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Estructura cristalina de un material orgánico: cinnamida

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Estructura cristalina de una proteína: AtHal3

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DEFECTOS RETICULARES

Influyen en las propiedades mecánicas, físicas, eléctricas, ópticas y magnéticas. 25/02/2012

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VACANCIAS: sitios vacíos.

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IMPUREZAS SUSTITUCIONALES

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IMPUREZAS SUSTITUCIONALES

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IMPUREZAS INTERSTICIALES

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(a) Esquema que muestra el ordenamiento de los átomos en la formación del borde de grano. (b) Granos y límites de grano en una muestra de acero inoxidable.

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Dislocaciones:  Región

perturbada entre dos áreas básicamente del cristal  Desarreglo de planos en la red reticular

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DISLOCACIONES DE ARISTA O BORDE: Falta parte de un plano de átomos o una parte de un plano se presenta en forma extra en la organización reticular.

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DISLOCACIONES DE ESPIRAL O TORNILLO:

Una parte del cristal se desplaza en cierta dirección con respecto a otra.

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DESLIZAMIENTO O MOVIMIENTO DE DISLOCACIONES

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Unidades y factores de conversión    

  

 

1 libra : 4.448 Newtons (N). 1 psi : libras por pulgada cuadrada. 1 Mpa : Megapascal = meganewtons / m2 = Newtons por mm2 = 100.000 Pa 1GPa = 1 Gigapascal = 1000 MP kpsi = 1000 psi = 6.895 Mp 1psi = 0.006895 Mpa 1MPa =0.145 kpsi = 145 psi. 1Ao = 1 Angtron = 10 -10 m = 10 -8 cm 1nm = 1 nanómetro = 10 -9 m = 10 -7cm =10Ao

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ISOTROPÍA Y ANISOTROPÍA

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Relación entre: Estructura-PropiedadesSíntesis y ProcesamientoComposición / Desempeño

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COSTO / DESEMPEÑO

SÍNTESIS PROCESO

MATERIAL

MICROESTRUCTURA

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COMPOSICIÓN

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ESTRUCTURA

PROPIEDADES

Cuál es la estructura que dará el mejor desempeño?

Diferentes materiales implica diferentes estructuras y diferentes propiedades 

Ferrita : blanda Perlita y ferrita: mayor dureza



Sólo perlita : más dura



HIERRO

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ACERO BAJO C

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ACERO ALTO C

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MARTENSITA : MUY DURA Elaboró Ing. Efrén Giraldo T.

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UN MISMO ACERO PUEDE TENER DIFERENTES ESTRUCTURAS EJEMPLO: ACERO DE 0.35% C 

PERLITA Y FERRITA

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FERRITA COMO FONDO Y CEMENTITA

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Mismo acero 1035  Cementita

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esferoidal

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COMPOSICIÓN

OTRAS

 Cuál

es la composición más adecuada para obtener ciertas propiedades específicas?  Cómo afecta cierta composición el costo?  De qué manera se afecta la estructura si varío la composición?  Qué cantidad de un material determinado y cuál de otro diferente y cómo se afecta el costo? 25/02/2012

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PROCESO VS. OTRAS  Como

afecta el tipo de proceso a las propiedades, a la estructura, al costo?  Cuál es el mejor proceso con respecto a las demás?

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ACERO 0.35 %C 

MARTENSITA

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Ejercicio: Un metal cristaliza en la red cúbica centrada en las caras. Si su radio atómico es 1.38 Å. ¿Cuántos átomos existirán en 1 cm3?

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Densidad La densidad teórica de un material se puede calcular con las propiedades de su estructura cristalina

Densidad 

cantidad de átomos por celda  masa atómica volumen de la celda unitaria N º Avogadro

Ejercicio: Determinar la densidad del aluminio, si este metal cristaliza en FCC, tiene un radio atómico de 0,143 nm y un peso atómico de 26,98 g/mol 25/02/2012

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Ejercicio Una aleación cristaliza en cúbica centrada en las caras, como se muestra en figura, Calcule la densidad teórica A

rA = 4,83 Å rB = 5,21 Å masa molecular átomo A: 56,78 g/mol

B

masa molecular átomo B: 65,98 g/mol

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Ejercicio Se tiene una aleación formada por átomos A y átomos B, que cristaliza FCC, los átomos A se ubican en los vértices de la celda y los átomos B en el centro de las caras. a) Calcule el radio de los átomos que pueden ingresar al centro de la celda, sin causar deformación b) Calcule la densidad de la aleación

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Átomo

Radio (Å)

 (kg/m3)

masa atómica (g/mol)

A B X

1,5 1,46

7.698 7.956 7.547

58,34 55,23 45,89

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Ejercicio Un clip pesa 0,59 g y es de hierro BCC. Calcule: a) La cantidad de celdas unitarias en el clip b) La cantidad de átomos de hierro en el clip a0 = 2,866 Å masa atómica = 55,847 g/mol densidad = 7,87 g/cm3

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Ejercicio: La estructura del cloruro de sodio es una estructura cúbica, compuesta por 4 átomos de cloro y 4 átomos de sodio, tal como se muestra en figura. Determine a) Densidad del cloruro de sodio b) Factor de empaquetamiento de la celda

rsodio = 0,098 nm rcloro = 0,181 nm Nº avogadro = 6,02 x 1023

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Ejercicio Se tiene un metal A que cristaliza cúbico de cara centrada, cuyo radio atómico es de 1,24 ºA.

a) Calcule el radio de un átomo que podría ubicarse en el centro de la celda sin producir deformación. b) Cuál el la variación porcentual del factor de empaquetamiento de la celda al ingresar el nuevo átomo

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Ejercicio Calcular el cambio de volumen teórico que acompaña a la transformación alotrópica en un metal puro desde la estructura FCC a BCC. Considere que no existe cambio de volumen atómico antes y después de la transformación.

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