Materiales: Propiedades, Defectos y Procesos Clave

Tipos de Materiales y Fases

Soluciones Sólidas

• Sustitucionales: Átomos de soluto ocupan posiciones del disolvente.
• Intersticiales: Átomos de soluto ocupan posiciones intersticiales.

Compuestos con Carácter Metálico

• Compuestos intermetálicos: Enlace con carácter iónico-metálico (redes ordenadas).
• Compuestos intersticiales: Similar a SSI pero cambia la estructura cristalina.
• Compuestos electrónicos: Átomos de igual tamaño y electronegatividad.
• Fases de Laves: Número de coordinación > 12, relación radios atómicos = constante.

Mezcla de Fases

• Fase extrema: Situada en los extremos del diagrama
  • Elementos puros
  • Compuestos
  • SS primarios o terminales
• Fase intermedia: Situada en el interior del diagrama
  • Compuestos
  • SS intermedios

Reacciones Invariantes en Diagramas de Equilibrio

Definición: Son las que tienen lugar en un punto exacto del diagrama de equilibrio, a una temperatura y composición determinada.

Propiedades Mecánicas de los Materiales

Ductilidad

Definición: Medida del grado de la deformación plástica que puede ser soportada por un material antes de la rotura:

• Deformación porcentual total:
• Estricción:
• Los materiales frágiles tienen poca deformación plástica.

Resiliencia

Definición: Capacidad de un material de absorber energía elástica cuando es deformado hasta alcanzar el límite elástico (es el área bajo la curva).

• Módulo de resiliencia (Ur): Energía de deformación por unidad de volumen necesaria para deformar un material hasta su límite elástico.

Tenacidad

Definición: Propiedad que expresa la tendencia a absorber energía antes de fracturarse.

• Energía de rotura (Wα): Indicador directo de la tenacidad en condiciones cuasi-estáticas.
• Favorecida por alta plasticidad.
• Más tenaz, mayores valores de estricción.

Termofluencia

A altas temperaturas (T > 0.5 Tf), el material puede sufrir deformación plástica cuando está sometido a una tensión constante (σ), incluso si σ es menor que el límite elástico.

Ensayo de Termofluencia

• A la temperatura de ensayo, se eleva la carga hasta el nivel requerido para la respuesta de fluencia en el material.
• Se mantiene la carga hasta la fractura.
• Se registra el valor de la deformación en función del tiempo (ensayo lento) para esa temperatura y carga (obtenemos curvas deformación-tiempo).
• La pendiente de la gráfica es la velocidad de la termofluencia.

Etapas de la Termofluencia

• Fluencia primaria: Velocidad de deformación disminuye ya que el material endurece por deformación (movimiento de escalada en las dislocaciones).
• Fluencia secundaria: Velocidad de la deformación constante, recuperación dinámica por efecto de la temperatura. Velocidad mínima de fluencia ΔE/Δt en este tramo.
• Fluencia terciaria: Aumenta la velocidad hasta que el material se rompe a causa de estricción y huecos grandes.

Recristalización

Es un tratamiento térmico cuyo objeto es destruir, mediante el calentamiento, la estructura interna distorsionada por el trabajo en frío.

Al elevar la temperatura, el material vuelve al estado más estable.

Se realiza en el estado sólido y tiene 3 fases:

• Restauración
• Recristalización
• Crecimiento de grano

Defectos Lineales (Dislocaciones)

Defectos alrededor de una línea imaginaria en una red.

• Facilitan la deformación de los materiales.
• Endurecen el material.

Tipos de Dislocaciones

• Cuña: Introducción o eliminación de un semiplano extra (arriba compresión y abajo tracción).
• Tornillo: El ordenamiento alrededor de la línea de dislocación da lugar a una forma de tornillo.
• Mixta: Mezcla de las anteriores.

Difusión

Transporte de materia a través de la materia.

• Relacionado con vacantes.
• Más fácil en gases y líquidos que en sólidos.
• Gradiente de concentración: Fuerza promotora de la difusión.

Tipos de Difusión

• Autodifusión: (metales puros)
• Interdifusión: (sistemas binarios)

1ª Ley de Fick:

Deformación

Variación de las dimensiones de un material (causa: térmica o mecánica).

Ensayo de Tracción

La deformación puede ser:

• Elástica (al retirar la carga, recupera instantáneamente sus dimensiones iniciales).
• Plástica (cuando permanece tras retirar la carga).

Zona Elástica

• El comienzo de la deformación es elástica, lo que ocurre es una variación de la longitud de los enlaces.
• Se cumple la Ley de Hooke: σ = Eε
• Acaba en σ = σ(L.E.)

Zona Plástica

• Si σ > σ(L.E.), los enlaces se rompen.
• Aparece una tensión de cortadura para el movimiento de dislocaciones.
• Es una curva ingenieril.
• La forma de la curva varía en función del material.