Fundamentos de Ciencia de Materiales

Estructura Atómica y Cristalina

Número atómico: Número de protones en el núcleo de un átomo, que define las propiedades del elemento.

Espacio interatómico: En los sólidos, es aproximadamente igual al diámetro aparente del átomo.

Energía de unión: Energía requerida para separar dos átomos. Representa la fuerza del enlace entre ellos.

Principio de exclusión de Pauli: No más de dos electrones en un material pueden tener la misma energía.

Valencia: Número de electrones ganados o perdidos en una reacción química.

Celda unitaria: Subdivisión de la red cristalina que conserva las características generales de toda la red.

Defectos Cristalinos

Borde de ángulo pequeño: Arreglo de dislocaciones que causa una desorientación reducida de la red cristalina.

Borde de macla: Plano que separa dos partes de un grano con desorientación angular en la red, creando una imagen especular.

Borde torcido: Límite de grano de ángulo compuesto por un arreglo de dislocaciones de tornillo.

Materiales y sus Propiedades

Aleación: Combinación de materiales que mejoran las características de los componentes individuales.

Polímeros: Materiales obtenidos al combinar moléculas orgánicas.

Número de Avogadro: Número de moléculas en un mol (6.023 x 10²³).

Propiedades Mecánicas

Deformación ingenieril: Cantidad que se deforma un material por unidad de longitud en un ensayo de tensión.

Esfuerzo ingenieril: Carga o fuerza aplicada dividida entre el área de sección transversal original del material.

Esfuerzo real: Carga dividida entre el área real de la sección transversal de la probeta.

Deformación real: Alteración del material dada por E = ln(l/l₀) producida en un material.

Endurecimiento: Reduce la ductilidad del material.

Recocido: Tratamiento térmico utilizado para eliminar una parte o la totalidad de los efectos del trabajo en frío.

Propiedades mecánicas: Tensión, flexión, dureza, impacto, tenacidad, fatiga, termofluencia.

Ensayo de dureza de Brinell: Mide la resistencia de un material a la penetración.

Deformación plástica: Alteración permanente de un material al aplicársele una carga y después quitársela.

Temperatura de recristalización: Temperatura a la que se eliminan los efectos del trabajo en frío mediante recocido.

Trabajo en frío: Deformación de un material por debajo de su temperatura de recristalización. Aumenta el número de dislocaciones, endureciendo el material.

Deformación elástica: Alteración del material que se recupera al eliminar la fuerza aplicada.

Manufactura de Materiales Metálicos

Métodos de manufactura: Forjado, trefilado, extrusión, estampado profundo, estirado y doblado.

Respuesta al trabajo en frío: Se determina mediante el coeficiente de deformación.

Solubilidad ilimitada: Condición en la que la cantidad de un material que se disolverá en otro es ilimitada, sin crear una segunda fase.

Solubilidad limitada: Condición en la que solo se puede disolver una cantidad máxima de un material soluto en un solvente.

Estampado profundo (embutido): Técnica utilizada para dar forma a las latas de aluminio.

Extrusión: Técnica en la que se empuja un material a través de un molde para obtener productos de sección transversal constante, como varillas y tubos.

Trefilado: Se jala un metal a través de un molde para producir un alambre.

Etapas del recocido: 1. Recuperación (bajas temperaturas), 2. Recristalización (temperaturas más altas), 3. Crecimiento de granos (temperaturas aún más elevadas).

Solidificación

Nucleación: Formación de núcleos sólidos a partir del líquido subenfriado.

Nucleación homogénea: Se produce en líquidos con grandes subenfriamientos.

Nucleación heterogénea: Se induce mediante la inoculación para incrementar la nucleación.

Crecimiento: Desarrollo de los núcleos sólidos formados durante la nucleación.

Crecimiento planar: Interfaz sólido-líquido con poco subenfriamiento.

Crecimiento dendrítico: Se produce con un líquido subenfriado, resultando en una estructura dendrítica.

Tiempo de solidificación: Depende de la velocidad de enfriamiento.

Curvas de solidificación: Representación gráfica del enfriamiento de materiales puros.

Desventajas de la solidificación: Reducción de volumen (rechupes), deformación de la pieza.

Corrosión

Corrosión química: Disolución del sólido en un líquido corrosivo.

Deterioro por metal líquido: El metal líquido ataca los bordes de grano.

Disolución selectiva: Se ataca solo un componente de la aleación.

Corrosión Electroquímica

Celda electroquímica: Sistema con un ánodo, un cátodo y un electrolito que permite el flujo de electrones.

Componentes de la celda electroquímica: Ánodo (cede electrones), cátodo (acepta electrones), contacto físico, electrolito.

Tipos de corrosión electroquímica: Deterioro uniforme, deterioro galvánico, celdas de composición, celdas por esfuerzo, celdas por concentración.

Reacción anódica (oxidación): Se produce en el ánodo.

Polarización: Cambio de potencial en el ánodo o cátodo.

Tipos de polarización: Por activación, por concentración, por resistencia.

Métodos de protección contra la corrosión: Recubrimientos, inhibidores, protección catódica, pasivación anódica.

Oxidación

Oxidación: Corrosión que se produce por el contacto con el oxígeno.

Rapidez de oxidación: Lineal, parabólica, logarítmica.

Oxidación de cerámicos: Generalmente no se oxidan, excepto a altas temperaturas.

Corrosión microbiana: Microorganismos que producen ácidos que corroen los materiales.

Oxidación selectiva: Se oxida el material con mayor energía de activación.

Desgaste

Desgaste abrasivo: Contacto de dos superficies sin que se produzcan soldaduras.

Erosión líquida: Desgaste por contacto con líquido a alta presión.

Cavitación: Desgaste por contacto con líquido que contiene gas disuelto.