Introducción a la metarlúrgica

PROTESIS FIJA.
TEMA 8
INTRODUCCION A LA METALURGICA.
1. INTRODUCCION.
2. CONCEPTOS BASICOS.
2.1. CAMBIO FISICO.
2.2. CAMBIO QUIMICO.
2.3. ESTRUCTURA CRISTALINA DE LOS METALES
"IMPORTANTE"
3. CALOR.
4. PROPAGACION DEL CALOR.
4.1. CONDUCCION.
4.2. CONVERSION.
4.3. RADIACION.
5. DILATACION TERMICA.
5.1. LINEAL.
5.2. SUPERFICIAL.
5.3. CUBITAL.
6. DIAGRAMA DE LA FUSION Y VAPORIZACION.
6.1. CONCEPTOS BASICOS.
6.2. DIAGRAMA DE LA FUSION.
6.3. DIAGRAMA DE LA VAPOLIZACION.
7. ENFRIAMIENTO DEL METAL "MUY IMPORTANTE".
7.1. CONCEPTOS BASICOS.
7.2. ENFRIAMIENTO NO DIRIGIDO.
7.3. ENFRIAMIENTO DEL LINGOTE.
7.3.1. ESTRUCTURA.
7.3.2. OTROS PROCESOS.
7.4. COLADO DE ESTRUCTURAS DISEÑADAS PARA TRABAJOS
ODONTOLOGICOS.
7.4.1. ENFRIAMIENTO DEL MOLDE.
7.4.2. TIEMPO DE SOLIDIFICACION.
7.4.3. PROCESO DE ENFRIAMIENTO.
7.4.4. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA ESTRUCTURA
CRISTALINA.
8. POLIMORFICOS Y ALOTROPIA.
9. PROPIEDADES MECANICAS.
9.1. HISTORIA.
9.2. FUERZAS EXTERNAS.
9.2.1. TENSION.
9.2.2. COMPRESION.
9.2.3. PLASTODEFORMACIÓN.
9.2.4. FATIGA.
9.3. DUREZA.
9.4. MODULO DE ELASTICIDAD.
9.5. LIMITE ELASTICO.
9.6. RESISTENCIA A LA TRACCION.
9.7. ALARGAMIENTO.
9.8. CAMBIOS DE LAS PROPIEDADES MECANICAS.
1. INTRODUCCION.
Metalurgia o metalografía es la ciencia que estudia la estructura y las
propiedades de los metales estableciendo la relación que existe entre su
composición química y su estructura cristalina con sus propiedades.
Las aleaciones metálicas dentales son la mezcla de varios metales pero que
funcionan como si fuera un solo metal.
La clasificación de los metales mundialmente aceptada es la tabla periódica.
En odontología los criterios que vamos a usar para clasificación de los metales
son:
A. Comportamiento frente al oxigeno nos dará metales nobles y no nobles.
B. Aspecto económico. Preciosos y no preciosos.
Los metales se le pueden conseguir la forma deseada mediante 3 técnicas:
1. El colado (pastillas metidas a presión en un molde).
2. Trabajo en frio como el trabajo con los alambres de ortodoncia.
3. Amalgamas dentales (clínica), mezcla metálica de mercurio.
2. CONCEPTOS BASICOS.
2.1. CAMBIO FISICO.
El cambio físico supone la alteración de las propiedades de una sustancia sin afectar a
su composición química ejemplo un alambre de ortodoncia con los alicates cambiamos
sus propiedades físicas.
2.2. CAMBIO QUIMICO.
Representa un cambio total en la sustancia formándose otra nueva y diferente que tiene
sus propiedades y características distintas a las sustancias originales, ejemplo el cloro y
el sodio son tóxicos pero si los juntamos nos da la sal.
En estos cambios químicos a veces son imprescindibles los catalizadores que aumentan
la velocidad de la reacción (aquí ha explicado algo llamado el ciclo de cleek).
La reacción química según la distribución de energía se puede dividir en dos grandes
grupos exotérmicos (resinas) y endotérmicos (yeso).
2.3. ESTRUCTURA CRISTALINA DE LOS METALES
"IMPORTANTE"
En la naturaleza las sustancias se presentan en tres estados físicos gas, líquido y sólido.
La diferencia en estos tres estados es la libertad de los átomos en sus moléculas.
Nosotros vamos a estudiar el estado sólido de los metales es decir su estructura
cristalina.
La cristalización de los metales se realiza por diferentes sistemas entre ellos el cubico,
hexagonal, ortorrómbico.
Los cristales de los metales o cuerpos metálicos están formados por una estructura poli
cristalina esto es debido a que el proceso de cristalización se realiza de forma aislada e
independiente de unos cristales a otros.
Los granos metálicos son una cristalización de unas formas muy concretas e
independientes a otra.
La estructura interna del grano metálico puede presentar imperfecciones atómicas o
estructurares en forma de huecos o dislocaciones que van a influir en las propiedades
del metal.
Todas las estructuras cristalinas presentan estas imperfecciones solo con técnicas
especiales de enfriamiento se puede obtener una cristalización sin huecos ni
dislocaciones y la cristalización se realice de forma idéntica. Este tipo de estructura
recibe el nombre de mono cristal ejemplo un diamante.
3. CALOR.
El calor es la trasferencia de energía de un cuerpo de mayor temperatura a otro de
menor temperatura. La temperatura es la manifestación mediante un sistema
cuantitativo de esa energía.
4. PROPAGACION DEL CALOR.
El calor se propaga de tres formas:
4.1. CONDUCCION.
El calor se propaga por el contacto directo de los cuerpos la energía se transvasa hasta
que obtiene la misma temperatura.
Esta energía se transmite por la vibración de los átomos o de las moléculas y necesita el
contacto directo entre dichas partículas.
"aquí ha comentado que gracias a esta propiedad las ventanas aislantes con un doble
cristal y una separación entres estas ventanas para no tener un contacto físico son tan
eficaces".
4.2. CONVERSION.
Es la forma más habitual de calentar líquidos y gases las moléculas que tienen más
energía más calientes pesan menos y tienen menor masa y las moléculas con menor
energía (frías) pesan más y tienen mayor masa.
"aquí ha comentado el ciclo que hacen en la olla la comida para ir calentándose cuando
está caliente sube se enfría y baja de nuevo a calentarse más"
4.3. RADIACION.
Es la forma de transmitir energía a través del vacío y es un fenómeno idéntico a la
transmisión de la luz. "ejemplo el sol"
5. DILATACION TERMICA.
5.1. LINEAL.
Es la variación de un material de longitud por su acción del calor. Su expresión más
utilizada es el coeficiente de expansión térmica lineal. (CETL).
L = L (l + αt)
I
O
Donde Li es la longitud a una temperatura denominada t.
Donde L0 es la longitud a 0º.
α=R
epresenta el coeficiente de expansión térmica lineal.
5.2. SUPERFICIAL.
La fórmula que hay que aprenderse es que beta el coeficiente de expansión térmica
superficial es el doble de alpha 2α.
5.3. CUBICA.
La fórmula que hay que aprenderse es que beta el coeficiente de expansión térmica
cubica es el triple de alpha 3α.
6. DIAGRAMA DE LA FUSION Y VAPORIZACION.
6.1. CONCEPTOS BASICOS.
La fusión es el paso de solido a liquido por la acción del calor, el calor de fusión es la
cantidad de energía necesaria para provocar la fusión de un cuerpo.
La temperatura de fusión es la que pasa de solido a liquido un cuerpo. Todos los
cuerpos tienen un calor y una temperatura de fusión especifica si el cuerpo pasa de
líquido a gas hablaremos de vaporización también de forma específica
La temperatura de vaporización pueden varias con la presión a la que esté sometido el
líquido o el gas.
6.2. DIAGRAMA DE LA FUSION.
A-B: El sólido pasa de t1 a tF (temperatura de fusión)
B-C: E l sólido pasa a líquido a tF, y en todo el tramo coexisten sólido y
líquido.
C-D: El líquido pasa de tF a t2.
6.3. DIAGRAMA DE LA VAPOLIZACION.
D – E en temperaturas de vaporización tv coexiste líquido y polvo.
E – F solo existe vapor.
7. ENFRIAMIENTO DEL METAL "MUY IMPORTANTE".
Un metal cuando pasa de estado líquido al solido se transforma de un estado
desordenado a un estado ordenado es decir cristaliza.
Esta cristalización es característica de cada metal.
7.1. CONCEPTOS BASICOS.
El diagrama de enfriamiento es el inverso del diagrama de fusión y vaporización.
El estudio del proceso de enfriamiento de las aleaciones es muy importante porque
influye sobre todas sus propiedades, es decir controlando o modificando su proceso de
enfriamiento se puede cambiar la estructura cristalina de los metales.
7.2. ENFRIAMIENTO NO DIRIGIDO.
En esta situación técnica una vez fundida la aleación se deja que se vaya enfriando hasta
llegar a temperatura ambiente el proceso de cristalización de los metales es complejo,
pero MILKIN lo describió de una forma esquemática.
1. Aparición de los núcleos de cristalización.
2. Crecimiento y desarrollo de estos núcleos de cristalización al
mismo tiempo que se forman otros nuevos.
3. Aparece el grano metálico o equiaxiales.
Factores que influyen en el proceso de cristalización de MILKIN o enfriamiento
no dirigido o que influyen en el tamaño del grano metálico.
1. La velocidad de formaciones cantidad de los núcleos o centros de
cristalización.
2. La velocidad del crecimiento en tamaño de los núcleos o centros de
cristalización.
3. La cantidad de metal fundido, al principio hay mucho metal fundido conforme
se va enfriando van apareciendo zonas ya cristalizadas que condicionan los
cristales que se van formando esta es la causa de la forma irregular de los granos
metálicos.
4. Existen sustancias que pueden influir en la forma y tamaño de los granos
metálicos.
5. La presencia de partículas insolubles pueden comportarse como centros de
cristalización en el proceso de cristalización de MILKIN.
7.3. ENFRIAMIENTO DEL LINGOTE.
7.3.1. ESTRUCTURA.
En esta situación una vez fundida la aleación la pasamos a un recipiente o molde abierto
en este caso aparecen 3 capas de cristalización diferentes:
1. Capa de grano fino o pequeño. Cuando el metal fundido entra en el molde que
está a una temperatura inferior a la temperatura de fusión del metal, lo primero
en solidificar es la porción de metal que se pone en contacto con las paredes del
molde este tiene 200ºC menos que la temperatura de fusión del metal. En ese
momento la aleación pierde calor bruscamente y la pared del molde se calienta
también bruscamente. Esto da lugar la estructura de esta 1º capa de grano fino
que está orientado de forma irregular y al azar.
2. Estructura columnar. Esta estructura mecánicamente es muy mala. El siguiente
extracto del lingote se enfría más lentamente por el aumento de la temperatura
de las paredes del molde que han tenido contacto con el metal fundido.
3. Granos equiaxiales. La zona central del lingote si se mantiene en condiciones
adecuadas de enfriamiento da lugar a una cristalización descrita en el
enfriamiento no dirigido.
7.3.2. OTROS PROCESOS.
Transcritalizacion es un proceso de enfriamiento de grano fino y estructura columnar
pero sin grano equiaxiales. Ese metal no es bueno por sí mismo.
Poros de rechupado la contracción que se origina en el centro del lingote puede
originar una cavidad o vacío en metalurgia se disminuye este riesgo de formación de
poro manteniendo a una temperatura determinada la parte superior del lingote o
aportando más metal fundido.
La estructura dendrítica la estructura metalúrgica en su cristalización es muy
importante la dirección en la que se pierde el calor, esto puede dar lugar a diferentes
grosores de las 3 capas del enfriamiento del lingote, dando lugar la típica estructura
metalúrgica de los metales.
7.4. COLADO DE ESTRUCTURAS DISEÑADAS PARA TRABAJOS
ODONTOLOGICOS.
En esta situación el metal fundido entra en un molde cerrado en el cual va a tener el
proceso de enfriamiento.
7.4.1. ENFRIAMIENTO DEL MOLDE.
La aleación al entrar fundida en un molde precalentado y por causa de un enfriamiento
muy rápida cristalización en las primeras capas con una estructura de numerosos granos
finos es posible que se forme en una estructura dendrítica. (No todo será el mismo
grosor de grano fino). Ya formada esta primera capa aparecen granos metálicos de
forma columnar y si el proceso sigue de forma uniforme los granos equiaxiales, pero
estas 3 capas pueden no aparecer defendiendo del espesor del colado.
Se pueden dar 3 situaciones:
espesores pequeños: en este caso toda la estructura cristalina seria de
grano fino.
espesores medianos: en este caso su puede producir un proceso de
transcristalizacion con estructuras dendríticas.
espesores grandes: si aparecen las tres capas. También en forma
dendrítica.
En metalurgia la distribución de estas zonas tiene una gran importancia.
7.4.2. TIEMPO DE SOLIDIFICACION.
Es muy importante conocer el tiempo de solidificación que tiene, porque puede variar
según el tipo de metal. De forma general las aleaciones metálicas da usos dentales su
tiempo de solidificación es de 20 a 30 segundos después de haber realizado el colado, si
el volumen del metal fundido es mayor el tiempo puede aumentar.
7.4.3. PROCESO DE ENFRIAMIENTO.
Las casas comerciales tienen el objetivo de obtener una estructura de grano fino, para
ofertar las mejores calidades del producto, si partimos de la base que la temperatura de
enfriamiento es siempre la misma, la estructura metalográfica puede ser modificada por
lo siguiente:
1. Numero de núcleos de cristalización.
2. Velocidad de formación de nuevos núcleos de cristalización.
3. Velocidad de crecimiento en tamaño de núcleos de cristalización.
7.4.4. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA ESTRUCTURA
CRISTALINA.
Los más importantes son los siguientes:
1. Composición química de la aleación.
2. Calor de fusión temperatura y tiempo.
3. Tamaño y espesor del colado.
4. La temperatura de precalentamiento del revestimiento.
5. La forma del cilindro. Redondo u ovalado.
6. Espesor y consistencia del revestimiento.
7. Fuerza de propulsión del metal fundido.
8. Forma y colocación de los bebederos.
9. La utilización de respiraderos especialmente cerrados.
10. Proceso de enfriamiento.
8. POLIMORFICOS Y ALOTROPIA.
Un metal puede tener diferentes estructuras cristalinas para conseguir esta
transformación necesita dos factores:
- Presión.
- Temperatura.
La temperatura es lo más importante en el laboratorio dental. Las diferentes formas
alotrópicas se designan con las letras del alfabeto griego: la que aparece a la temperatura
más baja se le llama alpha a la siguiente beta y así sucesivamente.
9. PROPIEDADES MECANICAS.
Para describir las propiedades mecánicas de las aleaciones dentales como dureza, límite
elástico, alargamiento…. Esta terminología tiene que estar claramente especificada y
son de máxima importancia para seleccionar los materiales adecuados.
9.1. HISTORIA.
La ciencia y tecnología de los materiales intentan conocer las características físicas,
químicas y metalúrgicas y sus aplicaciones y nuevas formas de formulación química
para su aplicación en el laboratorio dental.
En 1960 se empezó a utilizar el sílice como compuesto diferente al metal y su
conductividad térmica.
En1981 como alternativa a los metales empezaron las cerámicas la nasa investigo
mucho este material tiene muy buena superconductividad.
En la actualidad se ha avanzado en las propiedades mecánicas y eléctricas de los
metales. Y hay materiales compuestos no metálicos muy ligeros, resistentes y más
fáciles de fabricar que las aleaciones de aluminio.
9.2. FUERZAS EXTERNAS.
Consisten en tensiones o presiones que soporta la estructura mecánica y que debido a
diferentes factores puede provocar una deformación permanente.
9.2.1. FUERZAS DE FLEXION.
La fuerza de flexión es la suma de tracción y compresión y su comportamiento a estas
fuerzas dependerá de la estructura atómica (módulo de elasticidad) y el tamaño del
grano metálico.
9.2.2. FATIGA MECANICA.
Se puede definir como una fractura progresiva, la fatiga mecánica en materiales con
cierta elasticidad también que aparezca la fatiga mecánica es necesario fuerzas cíclicas o
repetidas que van poco a poco transformando la elasticidad en deformación permanente,
llegando a un punto que esa misma fuerza provoca una primera grieta o fractura que a
partir de ahí va evolucionando hasta romperse.
9.3. DUREZA.
La dureza es la resistencia de un material al desgaste por otro material. Existen varios
métodos para cuantificar la dureza de un material pero el más usado es el de la dureza
Vickers, es una prueba estática y para determinar la dureza Vickers necesitamos 3
elementos:
1. es una fuerza estática que en peso o carga.
2. Un diamante de forma piramidal con un ángulo de 136ºC.
3. la superficie que quiero valorar bien pulida y lisa.
9.4. MODULO DE ELASTICIDAD.
Es la relación entre el esfuerza y la deformación que determina la estructura molecular
del material si esa fuerza está por encima del límite de elasticidad esa estructura no
puede volver a su posición original. Y viceversa.
Realmente la cuantificación de este modelo es la rigidez del material.
9.5. LIMITE ELASTICO.
Es la resistencia a la deformación permanente.
9.6. RESISTENCIA A LA TRACCION.
Es la fuerza máxima que el material sufre antes de deformarse.
9.7. ALARGAMIENTO.
Es la capacidad dúctil o maleable de un material.
An el subíndice indica que se puede conseguir una longitud “n” veces el diámetro o
calibre de ese material.
9.8. CAMBIOS DE LAS PROPIEDADES MECANICAS.
1. Por tratamiento en frio. (Alambres).
2. Tratamiento térmico.
3. Tratamiento químico.
4. Disminución del tamaño del grano metálico.