Movimientos de Átomos y Porpiedades Mecanicas- German Flores Ramiez
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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PUEBLA
SISTEMAS AUTOMOTRICESESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS
MATERIALES MOVIMIENTOS DE ÁTOMOS E IONES EN LOS MATERIALES Y SUS
PROPIEDADES MECÁNICAS.ING. MARTHA PATRICIA DÍAZ BARREDA
GERMÁN FLORES RAMÍREZ 3°”B”
15/06/2015
La difusión es el movimiento de los átomos en un material
Los átomos se mueven de una manera predecible, tratando de eliminar diferencias de concentración y de producir una composición homogénea y uniforme.
Aplicaciones de la difusión de los materiales
La manufactura de los cerámicos.
Es necesaria la difusión para el tratamiento térmico de los
metales
La solidificación de los materiales.
La fabricación de transistores.
La fabricación de celdas solares.
Fabricación de conductividad eléctrica de muchos cerámicos.
La capacidad de los átomos y de las imperfecciones para difundirse aumenta conforme se aumenta la temperatura, o los átomos incrementan su energía termina.
La razón de movimiento esta relacionada con la temperatura o energía térmica, mediante la ecuación de Arrhenius
La difusión es el movimiento de los átomos en un material. Los átomos se mueven de manera ordenada, tendiendo a eliminar las diferencias de concentración y producir una composición homogénea en el material. Los átomos pueden también ponerse en movimiento aplicando voltajes o fuerzas externas al material.
Mecanismos de difusión
Difusión por vacancias Difusión intersticial
TIPOS DE DIFUSIÓN
Intercambio de un átomo de una posición reticular normal a una vacancia o lugar reticular vecino vacío.
La tasa depende de: Número de vacancias y la energía de activación para el intercambio.
Difusión por vacancias
La difusión intersticial de los átomos en las redes cristalinas tiene lugar cuando éstos se trasladan de un intersticio a otro contiguo sin desplazar permanentemente a ninguno de los átomos de la matriz de la red cristalina. Para que el mecanismo intersticial sea efectivo, el tamaño de los átomos que se difunden debe ser relativamente pequeño comparado con los de la red.
Mecanismos de difusión intersticial
PRIMERA LEY DE FICK (VELOCIDAD DE DIFUSION)
VELOCIDAD DE DIFUSION La velocidad a la cual se difunden lo átomos en un material
se puede medir mediante el flujo J, que se define como el numero de átomos que pasa a través de un plano de superficie unitaria por unidad de tiempo (figura 5-5).
La primera ley de Fick determina el flujo neto de átomos
Donde J es el flujo (átomos/cm^2), D es la difusividad o coeficiente de difusión (cm^2/s), y ∆ es el gradiente de concentración (átomos/cm^3.cm). durante la difusión varios factores afectan el flujo de los átomos
GRADIENTE DE CONCENTRACION
El gradiente de concentración muestra la forma en la que la composición del material varia con la distancia; es la diferencia en concentración a lo largo de una distancia
EL COEFICIENTE DE DIFUSION Y LA TEMPERATURA
El coeficiente de difusión esta relacionando con la temperatura a través de una ecuación de Arrhenius:
Donde es la energía activa de activación (cal/mol), R es la
constante de los gases y T es la temperatura absoluta (K). es una constante para un sistema de difusión dado.
FACTORES QUE AFECTAN LA DIFUSION Y LA ENERGIA DE ACTIVACION
Una pequeña cantidad de energía de activación incrementa el coeficiente de difusión y el flujo, porque se requiere menor energía térmica para vencer dicha barrera de energía de activación.
Varios factores influyen en la energía de activación, y por tanto, en la velocidad de difusión. La difusión intersticial, con una energía de activación baja por lo general ocurre mucho mas a prisa que la difusión por vacancias o sustitucional.
TIPOS DE DIFUSION DIFUSION VOLUMETRICA- Los átomos se mueven a través del cristal de un
sitio de red, o de un sitio intersticial a otro.
DIFUSION EN LOS BORDES DE GRANO- En esta los átomos se difunden mas fácilmente ya que en estos la compactación no es buena.
DIFUSION EN SUPERFICIES- Esta es aun mas fácil porque en las superficies existe aun menos restricciones para los átomos a difundir.
DIFUSIÓN Y EL PROCESAMIENTO DE
MATERIALES
FUSIÓN Y COLADO Utilizado para el procesamiento de metales, aleaciones, plásticos y vidrios.
Desempeña una función particularmente importante en la solidificación de metales y aleaciones.
SINTERIZADO Es el tratamiento a alta temperatura que ocasiona que las
partículas se unan reduciendo de manera gradual el volumen del espacio poroso en entre ellas.
CRECIMIENTO DE GRANOS Involucra el movimiento de los limites de
granos, lo que permite que los granos mayores crezcan a expensas de los granos pequeños.
La fuerza impulsora para el crecimiento de los granos es la reducción en el área de los limites de los granos
ENLAZAMIENTO POR DIFUSIÓN Método utilizado para unir materiales mediante tres
pasos.
PROPIEDADES MECANICAS
Maleabilidad: Consiste en la posibilidad de transformar algunos metales en láminas delgadas sin que se rompa. Ejm: el aluminio como conservante de alimentos.
Ductilidad: Propiedad que poseen ciertos metales para poder estirarse en hilos delgados o varillas.Ejm: oro, plomo.
Tenacidad: Propiedad que tienen algunos materiales de soportar sin deformarse, ni romperse los esfuerzos básicos que se les apliquen. Implica que el material tiene capacidad de absorber energía. Ejm: Azufre.
Dureza: Resistencia que un material opone a la penetración o a ser rayado por otro cuerpo. Ejemplo, el diamante.
Plasticidad: Aptitud de algunos materiales sólidos de adquirir deformaciones permanentes, bajo la acción de una presión o fuerza exterior sin que se produzca una rotura.
Elasticidad: capacidad de algunos materiales para recobrar su forma y dimensiones primitivas cuando cesa el esfuerzo que había determinado su deformación.
Fragilidad: Capacidad de un material de fracturarse con escasa deformación. La rotura frágil tiene la peculiaridad de absorber relativamente poca energía.
Rigidez: capacidad de un objeto sólido o elemento estructural para soportar esfuerzos sin adquirir grandes deformaciones o desplazamientos
RESISTENCIA
Capacidad para soportar esfuerzos aplicados sin romperse, adquirir deformaciones permanentes o deteriorarse de algún modo cierto material.
La resistencia tensil: es importante para un material que va a ser extendido o va a estar bajo tensión. Las fibras necesitan tener buena resistencia tensil.
Es el cambio en el tamaño o forma de un cuerpo debido a esfuerzos internos producidos por una o más fuerzas aplicadas sobre el mismo.
Elástica o reversible: Si la deformación se recupera al retirar la carga.
Plástica o irreversible: Si la deformacion persiste despues de retirar la carga.
DEFORMACIÓN
Describe la relación entre el esfuerzo y la deformación y que señala las regiones elásticas y plásticas de un material dado.
CURVA DE ESFUERZO-DEFORMACION
PRUEBA DE TENSIÓN
Mide la resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada de manera lenta .
MECÁNICA DE LA FRACTURA
Tenacidad: Capacidad de un material para absorber energía antes de la fractura.
Tenacidad de fractura: La resistencia a la fractura de un material cuando existe una grieta. Resistencia a ser roto cuando existe una fisura.
Los materiales muy frágiles tienen valores bajos de tenacidad de fractura (KIC ) al contrario que los más resistentes.
Y factor geométrico de orden la unidad
tensión total aplicada en el momento de la rotura
longitud de una grieta superficial
· ·IC fK Y a
f
a
[ ]MPa m
TENACIDAD DE FRACTURA: KIC
FATIGA
Definición de Fatiga y ejemplos
Fenómeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinámicas cíclicas se produce más fácilmente que con cargas estáticas.
Forma de rotura que aparece en estructuras que están sometidas a fuerzas cíclicas (puentes, aviones o componentes de máquinas)
Es de una gran importancia Implica una deformación elástica del material Su estudio data de mediados del s. XIX
Proceso de rotura Deformación plástica local en la superficie del metal Discontinuidades acusadas superficiales Formación de la grieta
PROPAGACIÓN:ETAPA I:Propagación de la grieta de forma lenta
ETAPA II:Aumento de la velocidad de propagaciónFormación de marcas de playa y estrías
ROTURA:Aumento de la grieta en anchuraRotura final
Factores que intervienen en la rotura por fatiga
Gran influencia Las Discontinuidad geométricas Concentradoras de
tensión ↑Discontinuidad, ↑concentración de tensiones Soluciones: Modificar el diseño
Influencia del medio
FATIGA TÉRMICA: A Temperaturas ↑ Sin aplicación de tensión mecánica Dilatación y contracción
FATIGA CON CORROSIÓN: Tensión y ataque químico Reducción del espesor Aparición de fisuras o picaduras Corrosión del interior Disminución de la vida a la fatiga
Modo de fallos
Metodología e identificación de los diferentes modos de fallos:
Rotura dúctil
Los materiales sobrepasan
el límite elástico y se
rompen
Rotura Frágil
Propagación rápida de una grieta sin deformación plástica.
Fallo por fatiga
Tras varios ciclos de aplicación de una tensión menor que la de rotura
Fallo por corrosión bajo tensión
Tensión no cíclica en un ambiente corrosivo
GRACIAS POR SU ATENCIÓN