UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL PERU

1

indice

• Introducción• Objetivos• Defectos e imperfecciones cristalinas• Defectos puntuales• Defectos intersticiales• Solución sólida• Impurezas en sólidos• Defecto Frenkel• Defecto Schottki• Dislocaciones• Ley de Smith• Dislocación de Cuña• Dislocación Helicoidal

Introducción

Todas las estructuras de los materiales ordenados siempre tienen algunas imperfecciones, estas se hacen patentes cuando una estructura se compara con una referencia ideal, ya que estas imperfecciones tienen como resultado el rompimiento de la simetría en una escala local.

objetivos

• Presentar los defectos cristalinos de los materiales de ingeniería.

• Contribuir al desarrollo y aplicación de estrategias para que los alumnos adquieran habilidades de identificar y determinar los diferentes defectos cristalinos en un material determinado.

DEFECTOS E IMPERFECCIONES CRISTALINAS

Cristales perfectos → no existen, sino que

contienen varios tipos de imperfecciones y

defectos

Los defectos afectan a muchas de sus

propiedades físicas y mecánicas y también influyen →capacidad de formar aleaciones

en frío, la conductividad eléctrica y la

corrosión.

.Defectos puntuales (dimensión cero)

· Defectos lineales (dislocaciones).

· Defectos de dos dimensiones

. Defectos macroscópicos

DEFECTOS PUNTUALES

VACANTE →defecto puntual más simple → hueco creado por la perdida de un átomo que se

encontraba en esa posición.

Puede producirse durante la solidificación → perturbaciones locales durante el crecimiento de los cristales por reordenamientos atómicos en el cristal.

Número de vacantes en el equilibro:

DEFECTOS INTERSTICIALES

Es un átomo extra → se inserta dentro de la estructura de la red en una posiciónque normalmente no está ocupada.

Este defecto introduce relativamente grandes distorsiones en los alrededores →el átomo es

sustancialmente más grande que la

posición intersticial en la que se sitúa.

Se pueden introducir en una estructura por radiación.

IMPUREZAS EN SÓLIDOS

Este defecto se introduce cuando un átomo es reemplazado por un átomo diferente.

El átomo sustituyente →más grande que el átomo original →los átomos alrededor están a compresiónEl átomo sustituyente → más pequeño que el átomo original → los átomos circundantes estarán a tensión.

Se puede presentar como una impureza o como una adición deliberada en una aleación.

SOLUCIÓN SÓLIDA

Se formará dependiendo de la clase de impureza que se halle en el cristal, de su concentración y

de la temperatura.

Los átomos que constituyen las impurezas (soluto) están distribuidos al azar y

uniformemente dispersos dentro del sólido.

Se generan por dos mecanismos: Sustitución e intersticial.

IMPUREZAS EN SÓLIDOS

SUSTITUCIÓN

El soluto reemplaza al átomo original.

o Los radios atómicos no difieran más del 15%o Las estructuras cristalinas deben ser las mismas

o Las electronegatividades deben ser similares o Deben tener la misma valencia

INTERSTICIAL

las impurezas llenan los vacíos dentro del material original

Materiales metálicos → elempaquetamiento atómico es alto y

los intersticios son pequeños.

Los diámetros de los átomos que constituyen las impurezas deben ser sustancialmente más pequeñas que los del material original.

IMPUREZA INTERSTICIAL

Acero carbón y hierro. ⇒En una solución sólida de estos dos elementos, el carbón puede sustituir al hierro en no mas del 2%.

DEFECTO FRENKELEs una imperfección combinada Vacancia – Defecto intersticial. ⇒Ocurre cuando un ion salta de un punto normal dentro de la red a un sitio intersticial dejando entonces una vacancia.

DEFECTO schottki

Es un par de vacancias en un material con enlaces iónicos. Para mantener la neutralidad, deben perderse de la red tanto un catión como un anión.

OTRO DEFECTO PUNTUAL

Ocurre cuando un ion de una carga reemplaza otro ion de diferente carga. Por ejemplo un ion de valencia +2 reemplaza a un ion de valencia +1. Para mantener un balance de carga, se debe crear una vacante de una carga positiva.

DEFECTOS DE LINEA (DISLOCACIONES)

Son defectos que dan lugar a una distorsión de la red centrada en torno a una línea.

Se forman → solidificación de los sólidos cristalinos o por deformación plástica, por

condensación de vacantes.

Hay dos tipos de dislocaciones ⇒ las de cuña y las helicoidales. También puede darse una

combinación de ambas (dislocación mezcla).

DISLOCACIONES

El deslizamiento atómico explica por que la

resistencia de los metales es mucho mas bajo que el valor teórico predicho de los enlaces

metálicos.

Los deslizamientos proveen ductilidad en losmetales.

El movimiento de las dislocaciones ayudan a controlar → propiedades mecánicas.

DISLOCACION O DEFECTO DE LINEA

• La dislocación→ no puede terminar en el interior de un cristal.• Delimita las regiones cizalladas y no cizalladas.

DENSIDAD DE LAS DISLOCACIONES

• La densidad de las dislocaciones → cantidad de dislocaciones presentes.

• Una densidad de 10 n/mm →metales + suaves• Densidad > 1000 km/mm → deformando el

material.

LEY DE SCHMID• Los comportamientos de metales →fuerzas requeridas para

realizar el deslizamiento.• Se aplica una fuerza unidireccional F a un cilindro de metal

que es un cristal simple o monocristal

Continuación

• Es posible ubicar el plano de deslizamiento y la dirección del desplazamiento al aplicar la fuerza, definiendo los ángulos λ y θ. λ es el ángulo entre la dirección del desplazamiento y la fuerza aplicada, y θ es el ángulo entre la normal al plano de desplazamiento y la fuerza aplicada.

• La fuerza cizalladura (Fr)

• Si se divide por el área del plano de deslizamiento

• Se obtiene la ley de Schmid:

DISLOCACIÓN DE CUÑASe crea por inserción de un semiplano adicional de átomos dentro de la red. Los átomos a lado y lado del semiplano insertado se encuentran distorsionados.La distancia de desplazamiento de los átomos en torno a una dislocación se llama deslizamiento o vector de Burgers y es perpendicular a la línea de dislocación de cuña.

DISLOCACIÓN HELICOIDAL

Se forma cuando se aplica un esfuerzo de cizalladura en un cristal perfecto que ha sido separado por un plano cortante.El vector de Burgers o de desplazamiento es paralelo a la línea de dislocación.

DISLOCACIONES MIXTAS

Con frecuencia los cristales exhiben mezcla de las dislocaciones anteriores. Su vector de Burgers no es ni perpendicular ni paralelo a la línea de dislocación, pero mantiene una orientación fija en el espacio.

SISTEMA DE DESLIZAMIENTO

• Las dislocaciones no se mueven con el mismo grado de facilidad en todos los planos y direcciones cristalográficas, sino que existen planos y direcciones preferenciales (planos y direcciones de deslizamientos).

• Los planos de deslizamiento →elevada densidad planar• Las direcciones de deslizamiento →elevada densidad lineal• Sistema de deslizamiento → conjunto de planos y direcciones donde las dislocaciones

podrán moverse.

DISLOCACIÓN DE BORDE

• Resultan cuando dos nuevas superficies son desplazadas transnacionalmente en dirección normal a la línea de dislocación.

• Corte parcial en un cristal perfecto, abriendo el cristal y llenando en parte el corte con un plano adicional de átomos.

• La orilla inferior de este plano insertado representa la dislocación de borde.

DEFECTOS SUPERFICIALES• Son los límites o planos que dividen un material en

regiones, cada una de las cuales tiene la misma estructura cristalina pero diferente orientación.

• Superficie externa:Los átomos de la superficie no están enlazados al número máximo de vecinos que deberían tener y por lo tanto, esos átomos tienen mayor estado energético que los átomos de las posiciones internas.

• Además la superficie del material puede ser rugosa, puede contener pequeñas muescas y puede ser mucho mas reactiva que el resto del material.

DEFORMACIÓN PLÁSTICA

MATERIALES CRISTALINOS MATERIALES AMORFOS

Principal mecanismo deslizamiento de planos atómicos através de movimiento de dislocaciones.

Principal mecanismo es de flujo viscoso.

Deformación plástica producida por una deformación de cuña.

DEFORMACIÓN PLÁSTICA DE MONOCRISTALES Y POLICRISTALES

Deslizamiento macroscópico de un monocristal.

Deslizamiento macroscópico de un monocristal de Zn.

Alteración de microestructura de policristales debido a la deformación plástica.

BORDES DE LOS GRANOS

• Se puede definir como la superficie que separa los granos individuales de diferentes orientaciones cristalográficas en materiales policristalinos.

• Los limites de grano son áreas de alta energía y hace de esta región una mas favorable para la nucleación y el crecimiento de precipitados.