Fundamentos de Ciencia de Materiales: Estructuras, Aleaciones y Procesos

PRIMER PARCIAL

Sistemas Cristalinos y Celdas Unidad

• Sistemas cristalinos: Existen 7 (Cúbico, Tetragonal, Ortorrómbico, Monoclínico, Triclínico, Hexagonal, Romboédrico).
• Tipos de celda unidad:
  • BCC: n=2, FE=0,68, Coordinación=8 (Ej: Fe-α, Cr, W).
  • FCC: n=4, FE=0,74, Coordinación=12 (Ej: Cu, Al, Ni).
  • HCP: FE=0,74, Coordinación=12 (Ej: Mg, Ti, Zn).

Propiedades y Estructuras

• Cristalino vs. Amorfo: El cristalino presenta orden a largo alcance, punto de fusión definido y es anisotrópico; el amorfo carece de orden, tiene reblandecimiento gradual y es isotrópico.
• Definiciones clave:
  • Isomorfismo: Distintos materiales, misma estructura (NaCl-KCl).
  • Polimorfismo: Mismo material, distintas estructuras (SiO₂).
  • Alotropía: Elementos con distintas estructuras (Fe, C).

Diagrama de Fases del Hierro

El hierro presenta fases alotrópicas según la temperatura:

• Fe-α (BCC): Hasta 912 ºC (ferromagnético hasta 768 ºC).
• Fe-γ (FCC): 912–1394 ºC.
• Fe-δ (BCC): 1394–1538 ºC.

Nota: No se habla de Fe-β como fase distinta, ya que solo cambia el magnetismo (punto de Curie a 768 ºC).

Defectos en la Red Cristalina

• Defectos puntuales:
  • Schottky: Par de vacantes (catión + anión) que mantiene la electroneutralidad.
  • Frenkel: Catión en intersticio, manteniendo la estequiometría.
• Impurezas:
  • Sustitucional: Átomo extraño sustituye a uno de la red; aumenta la resistencia.
  • Intersticial: Átomo pequeño en huecos; genera gran distorsión.
• Dislocaciones: Defectos lineales (borde, tornillo o mixta) que permiten la deformación plástica.

Difusión y Solidificación

La difusión es el movimiento atómico desde zonas de mayor a menor concentración. La nucleación heterogénea requiere menor energía que la homogénea al ocurrir sobre superficies o impurezas.

SEGUNDO PARCIAL

Tratamientos Térmicos y Aceros

• Recocido: Ablanda el material y reduce tensiones.
• Temple: Enfriamiento rápido para obtener martensita (máxima dureza).
• Revenido: Reduce la fragilidad de la martensita.
• Cementación y Nitruración: Tratamientos termoquímicos para endurecer la superficie.

Clasificación de Aceros y Fundiciones

• Aceros: < 2,11% C.
• Fundiciones: > 2,11% C (Gris, Dúctil, Blanca, Maleable).
• Inoxidables: ≥ 10,5% Cr para formar capa pasiva.

Polímeros y Materiales Compuestos

• Polímeros: Macromoléculas clasificadas en termoplásticos, termoestables y elastómeros.
• Materiales Compuestos: Combinación de matriz y refuerzo (fibras o partículas) para obtener propiedades superiores.