Ciencia de Materiales e Ingeniería de Materiales: Propiedades, Estructuras y Enlaces

Ciencia de Materiales

Una disciplina científica íntimamente relacionada con la investigación, que tiene por objeto el conocimiento básico de la estructura interna, propiedades y procesamiento de los materiales.

Ingeniería de Materiales. Una disciplina de ingeniería que trata del conocimiento de los materiales a niveles fundamentales y aplicado, con objeto de que puedan ser convertidos en productos necesarios o deseados por una sociedad tecnológica.

Desarrollo de dipolos inducidos en átomos adyacentes de argón, lo que permite la formación de un enlace secundario, débil. El grado de distorsión producido en la distribución de carga se ha exagerado en la figura.

Enlace por puente de hidrógeno. Este enlace secundario se forma entre dos dipolos permanentes, correspondientes a dos moléculas de agua adyacentes.

Comparación entre las estructuras fcc y hcp. Ambas constituyen empaquetamientos eficientes de planos compactos. La diferencia entre las dos estructuras es la diferente secuencia de apilamiento.

Macla:

Defecto 2D, separa dos regiones cristalinas simétricas. Puede producirse por deformación (cc/hc) o recocido (ccc).

Borde grano (2D):

Metales amorfos (3D):

La migración atómica se produce por un mecanismo de migración de vacantes. Obsérvese que la dirección del flujo global del material (el átomo) es opuesta a la dirección del flujo de vacantes. Difusión por un mecanismo intersticial, donde se ve la naturaleza aleatoria del movimiento de migración atómico.

La Primera Ley de Fick nos dice que las moléculas tienden a moverse de regiones más pobladas a regiones menos pobladas. Relaciona al flujo difusivo con la concentración bajo la asunción de un estado estacionario.

La segunda ley de Fick: predice la forma en que la difusión causa que la concentración cambie con el tiempo. Se trata de una ecuación diferencial parcial que en una dimensión.

El coeficiente de Poisson (ϑ) caracteriza la contracción perpendicular a la dilatación por una tensión a tracción.

La velocidad de fluencia:

Variación temporal de la deformación de un material sometido a esfuerzo a temperatura constante.

La relajación de tensiones:

ENSAYOS

Los ensayos por ultrasonidos se basan en una parte del espectro acústico con frecuencias bastante por encima del rango audible (20 a 20 000 Hz). La inspección por ultrasonidos se basa en la reflexión de las ondas ultrasónicas en las interfases entre materiales diferentes.

En el ensayo de corrientes inducidas, la impedancia de una bobina se ve afectada por la presencia de la pieza a ensayar, adyacente y eléctricamente conductora, en la que la bobina ha inducido corrientes de Foucault. La impedancia neta es función de la composición y/o la geometría de la pieza de ensayo.

En el ensayo de partículas magnéticas, un polvo fino de partículas magnéticas (Fe o Fe3O4) es atraído por la dispersión del flujo magnético alrededor de una discontinuidad, como puede ser una grieta en la superficie o cerca de la superficie en una pieza de ensayo magnetizada. Es una técnica tradicional, sencilla, ampliamente usada por su comodidad y bajo coste.

En el ensayo de líquidos penetrantes la acción capilar de un polvo fino sobre la superficie de una muestra extrae un líquido de alta visibilidad que ha penetrado previamente en los defectos superficiales. Al igual que el ensayo de partículas magnéticas, es una técnica de bajo coste y cómoda para la inspección de defectos superficiales. Sin embargo, no puede captar grietas subsuperficiales y una pérdida de resolución en materiales porosos.

El ensayo de emisión acústica mide las ondas ultrasónicas producidas por defectos en la microestructura del material como respuesta a un esfuerzo aplicado. Además de permitir localizar defectos, puede proporcionar con antelación aviso de un fallo inminente debido a esos defectos.

ALGUNOS FALLOS

1. La rotura dúctil: llevar a un material más allá de su límite elástico y, posteriormente, a rotura.

2. La rotura frágil: propagación rápida de la grieta sin deformación plástica significativa a escala macroscópica.

3. El fallo por fatiga: crecimiento lento de grieta, por tensiones elásticas cíclicas.

4. El fallo por corrosión-fatiga: se debe a la acción combinada de cargas cíclicas y un ambiente corrosivo.

5. El fallo por corrosión bajo tensión (SCC, stress-corrosion cracking): fallo combinado, mecánico y químico, en el cual una tensión no cíclica (por debajo del límite elástico) conduce a la iniciación y propagación de una grieta en un ambiente químico relativamente suave.

6. El fallo por desgaste: es un daño superficial produciendo un fallo en aplicaciones con contacto deslizante.

7. El fallo por erosión líquida: es una forma especial de daño por desgaste en la eliminación de material es un líquido.

8. La fragilización por metal líquido: implica que el material pierda algo de ductilidad o que rompa por debajo de su límite elástico cuando su superficie se moje con un metal líquido de menor punto de fusión.

9. La fragilización por hidrógeno: unas partes por millón de hidrógeno disuelto en estos materiales pueden provocar la pérdida de ductilidad.

10. El fallo por fluencia y el fallo bajo carga estática: Los fallos de este tipo pueden producirse a temperaturas cercanas a la ambiente en muchos polímeros y en ciertos metales de bajo punto de fusión.

11. Los fallos complejos: son aquellos en los que el fallo tiene lugar por la intervención secuencial de dos mecanismos de fractura diferentes. Un ejemplo sería un agrietamiento inicial debido a corrosión bajo tensión y, a continuación, el fallo final por fatiga tras la introducción de una carga cíclica al tiempo que se elimina el ambiente corrosivo.

La ley de Bragg

permite estudiar las direcciones en las que la difracción de rayos X sobre la superficie de un cristal produce interferencias constructivas, dado que permite predecir los ángulos en los que los rayos X son difractados por un material con estructura atómica periódica. La difracción de los rayos X en un plano en base a los índices miler HKL HC (HKIL).

Solubilidad total: reglas de Hume-Rothery 1. La diferencia entre los radios atómicos debe ser inferior al 15 por ciento. 2. Los dos metales deben tener la misma estructura cristalina. 3. La electronegatividad (capacidad del átomo para atraer un electrón) debe ser similar. 4. La valencia debe ser la misma.

Dos defectos puntuales comunes en las estructuras de los metales o de los semiconductores elementales son la vacante y el átomo intersticial.

Defectos en cerámica: Dos defectos puntuales comunes en las estructuras de los compuestos cerámicos son el defecto de Schottky y el defecto de Frenkel.

Dislocaciones: existe helicoidal o mixta (unidimensional)

Vector de Burgers: Un circuito dislocado no cierra de esta manera se necesita este vector que es perpendicular a la línea de dislocación.