Comportamiento Atómico y Microestructura en Materiales Metálicos

Curvas de Fuerza Interatómica y Rigidez de Materiales

Se solicita dibujar esquemáticamente y explicar las curvas de Fuerza (F) frente a espaciamiento interatómico (r) para dos materiales, A y B, donde el material A es más rígido que el material B. Además, se debe indicar en la gráfica y explicar qué ocurre al aplicar una fuerza de tracción.

Fundamentos de la Energía Potencial Interatómica

La representación de las energías potenciales repulsiva, atractiva y resultante en función de la separación interatómica para dos átomos es fundamental para comprender el comportamiento de los materiales. [Insertar dibujo aquí]

La suma de las energías potenciales repulsiva y atractiva presenta un mínimo de energía potencial. En este punto, la distancia de equilibrio corresponde a la separación entre átomos donde la energía potencial es mínima.

La energía de enlace de estos dos átomos corresponde a la energía en este punto mínimo y representa la energía necesaria para poder separarlos a una distancia infinita.

Esto ocurriría si la situación fuese ideal, pero en la realidad, los materiales presentan condiciones similares, aunque mucho más complejas, ya que deben considerarse no solo estos dos átomos, sino también sus interacciones con otros átomos que originan fuerzas y energías. Aun así, una energía de enlace análoga a la descrita puede asociarse a cada átomo.

Tanto la magnitud de la energía de enlace como la forma en que se representa la gráfica de la energía frente a la separación interatómica varían dependiendo del material, y ambas variables también dependen del tipo de enlace atómico.

Estructura del Grano en Fundición Industrial

Los metales fundidos son vaciados en moldes, permitiendo que se solidifiquen. En ocasiones, el molde produce un producto terminado o una fundición. En otros casos, el molde produce una forma simple denominada lingote, el cual requiere una deformación plástica o maquinado antes de crear un producto terminado.

En el lingote se produce una macroestructura formada por hasta tres partes:

Zona Templada

• Localizada sobre la superficie de la pieza.
• Es una estrecha banda de granos con orientación al azar.
• El metal que está sobre la pared del molde es el primero en enfriarse a una temperatura igual a la temperatura de solidificación.

Zona Columnar

• Contiene granos alargados, orientados en una dirección cristalográfica particular.
• Los granos de esta zona crecen en dirección opuesta al flujo de calor, es decir, desde las áreas más frías de la pieza hacia las más calientes.
• Debido a esta tendencia, los granos crecen perpendicularmente a la pared del molde.
• Los granos pueden estar compuestos de muchas dendritas si, en un principio, el líquido está subenfriado.
• Si no hay subenfriamiento, los granos columnares pueden crecer de forma planar al avanzar la solidificación.

Zona de Granos Equiaxiales

• Se forma en el centro del lingote en algunas ocasiones.
• Contiene granos nuevos con orientación al azar.
• Estos granos crecen de forma equiaxial, con orientación cristalográfica aleatoria.
• Su crecimiento detiene el avance de los granos columnares.