ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES 2

ESTRUCTURA DE LOS
MATERIALES 2
25/02/2012
Elaboró Ing. Efrén Giraldo T.
1
FACTOR DE
EMPAQUETAMIENTO
FEA = (No de átomos por celda . Vol de
un átomo) / V (celda)
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Elaboró Ing. Efrén Giraldo T.
2
FORMA O ESTRUCTURA CÚBICA
SIMPLE – CS –
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3
RELACIÓN RADIO Y ARISTA. CS.
a = 2r. FEA= 0 .52. No Coord. = 6
1/8 de esfera
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4
 FEA
= (# átomo por celda)(volumen de
1átomo) ÷ volumen celda
= (Vát por celda) . Vol.1átomo/a3
= 1. 4/3 . π.r3 ÷ a3
pero a = 2r
 FEA
25/02/2012
= 4/3 . π.r3 / (2 r)3
=π/6
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= 0.5 2
5
FORMA CÚBICA DE CUERPO
CENTRADO-BCC-
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6
a√3 = 4 r ……. a = 4 r / √3
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7
a√3 = 4 r
25/02/2012
……. a = 4 r / √3
Elaboró Ing. Efrén Giraldo T.
8
BCC: a = 4r/√3 , FEA = 68% , No de Coord. = 8
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Forma Cúbica Centrada en las
Caras ó FCC
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CÚBICO DE CARAS CENTRADAS.
-FCC-
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FCC: a = 4r/√2. FEA = 0.74 .
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No Coord.= 12
Elaboró Ing. Efrén Giraldo T.
12
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Elaboró Ing. Efrén Giraldo T.
13
a√2 = 4 r ……… a = 4 r / √2
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Elaboró Ing. Efrén Giraldo T.
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Elaboró Ing. Efrén Giraldo T.
15
Hexagonal Compacta: a = 2r
c/a = 1.63, FEA = 0.74, No Coord. = 12
Capa a
Capa b
Capa a
Vista de arriba
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Cúbico simple
Cúbico centrado en
el cuerpo
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Empaquetamiento
cúbico compacto
(Cúbico centrado en
las caras)
Empaquetamiento
hexagonal compacto
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Celda unidad
Cúbico
Simple
Red
Ejemplo
Polonio
metálico
Cúbico simple
Cúbico
Centrado
en el
cuerpo
Uranio
metálico
Cúbico
centrado en el
cuerpo
Cúbico
centrado
en las
caras
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Oro
metálico
Cúbico
centrado en las
caras
Elaboró
Ing. Efrén Giraldo T.
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Elaboró Ing. Efrén Giraldo T.
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Algunos parámetros de celdas.
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POLIMORFISMO Y ALOTROPÍA
 POLIMORFISMO:
CUANDO EL MISMO
MATERIAL EXISTE EN MÀS DE UNA
FORMA CRISTALINA.
 ALOTROPÍA: POLIMORFISMO EN
ELENTOS QUÍMICOS PUROS.
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ALOTROPÍA DEL HIERRO
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Carbón-Grafito-Diamante-Futboleno.
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El carbono elemental existe:
 1-Carbón
común:
Amorfo
 2-Grafito:
Cristalino
 3-Diamante:
Cristalino
 4.Fullereno o futboleno:
Cristalino
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Grafito
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Diamante
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Futboleno
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Estructura del Diamante
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Estructura cristalina del Cuarzo alfa
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Estructura cristalina de un material
orgánico: cinnamida
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Estructura cristalina de una
proteína: AtHal3
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DEFECTOS
RETICULARES
Influyen en las
propiedades mecánicas,
físicas, eléctricas,
ópticas y magnéticas.
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VACANCIAS: sitios vacíos.
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IMPUREZAS SUSTITUCIONALES
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IMPUREZAS SUSTITUCIONALES
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IMPUREZAS INTERSTICIALES
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(a) Esquema que muestra el ordenamiento de los átomos en la
formación del borde de grano. (b) Granos y límites de grano en una
muestra de acero inoxidable.
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Dislocaciones:
 Región
perturbada entre dos áreas
básicamente del cristal
 Desarreglo de planos en la red reticular
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DISLOCACIONES DE ARISTA O BORDE:
Falta parte de un plano de átomos o una parte de un
plano se presenta en forma extra en la organización
reticular.
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DISLOCACIONES DE ESPIRAL O TORNILLO:
Una parte del cristal se desplaza en
cierta dirección con respecto a otra.
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DESLIZAMIENTO O MOVIMIENTO DE DISLOCACIONES
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Unidades y factores de conversión









1 libra : 4.448 Newtons (N).
1 psi : libras por pulgada cuadrada.
1 Mpa : Megapascal = meganewtons / m2 =
Newtons por mm2 = 100.000 Pa
1GPa = 1 Gigapascal = 1000 MP
kpsi = 1000 psi = 6.895 Mp
1psi = 0.006895 Mpa
1MPa =0.145 kpsi = 145 psi.
1Ao = 1 Angtron = 10 -10 m = 10 -8 cm
1nm = 1 nanómetro = 10 -9 m = 10 -7cm =10Ao
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ISOTROPÍA Y ANISOTROPÍA
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Relación entre:
Estructura-PropiedadesSíntesis y ProcesamientoComposición / Desempeño
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COSTO / DESEMPEÑO
SÍNTESIS PROCESO
MATERIAL
MICROESTRUCTURA
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COMPOSICIÓN
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ESTRUCTURA
PROPIEDADES
Cuál es la estructura que dará el mejor desempeño?
Diferentes materiales implica diferentes estructuras y
diferentes propiedades

Ferrita : blanda
Perlita y ferrita: mayor dureza

Sólo perlita : más dura

HIERRO
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ACERO BAJO C
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ACERO ALTO C
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MARTENSITA : MUY DURA
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UN MISMO ACERO PUEDE TENER DIFERENTES ESTRUCTURAS
EJEMPLO: ACERO DE 0.35% C

PERLITA Y FERRITA
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FERRITA COMO FONDO Y CEMENTITA
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Mismo acero 1035
 Cementita
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esferoidal
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COMPOSICIÓN
OTRAS
 Cuál
es la composición más adecuada
para obtener ciertas propiedades
específicas?
 Cómo afecta cierta composición el costo?
 De qué manera se afecta la estructura si
varío la composición?
 Qué cantidad de un material determinado
y cuál de otro diferente y cómo se afecta
el costo?
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PROCESO VS. OTRAS
 Como
afecta el tipo de proceso a las
propiedades, a la estructura, al costo?
 Cuál es el mejor proceso con respecto a
las demás?
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ACERO 0.35 %C

MARTENSITA
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Ejercicio:
Un metal cristaliza en la red cúbica centrada en las caras. Si su radio
atómico es 1.38 Å. ¿Cuántos átomos existirán en 1 cm3?
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Densidad
La densidad teórica de un material se puede calcular con las
propiedades de su estructura cristalina
Densidad 
cantidad de átomos por celda  masa atómica
volumen de la celda unitaria N º Avogadro
Ejercicio:
Determinar la densidad del aluminio, si este metal cristaliza en FCC,
tiene un radio atómico de 0,143 nm y un peso atómico de 26,98
g/mol
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Ejercicio
Una aleación cristaliza en cúbica centrada en las caras, como se
muestra en figura, Calcule la densidad teórica
A
rA = 4,83 Å
rB = 5,21 Å
masa molecular átomo A: 56,78 g/mol
B
masa molecular átomo B: 65,98 g/mol
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Ejercicio
Se tiene una aleación formada por átomos A y átomos B, que cristaliza
FCC, los átomos A se ubican en los vértices de la celda y los átomos B en
el centro de las caras.
a) Calcule el radio de los átomos que pueden ingresar al centro de la
celda, sin causar deformación
b) Calcule la densidad de la aleación
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Átomo
Radio (Å)
 (kg/m3)
masa atómica
(g/mol)
A
B
X
1,5
1,46
7.698
7.956
7.547
58,34
55,23
45,89
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Ejercicio
Un clip pesa 0,59 g y es de hierro BCC. Calcule:
a) La cantidad de celdas unitarias en el clip
b) La cantidad de átomos de hierro en el clip
a0 = 2,866 Å
masa atómica = 55,847 g/mol
densidad = 7,87 g/cm3
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Ejercicio:
La estructura del cloruro de sodio es una estructura cúbica, compuesta por 4
átomos de cloro y 4 átomos de sodio, tal como se muestra en figura. Determine
a) Densidad del cloruro de sodio
b) Factor de empaquetamiento de la celda
rsodio = 0,098 nm
rcloro = 0,181 nm
Nº avogadro = 6,02 x 1023
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Ejercicio
Se tiene un metal A que cristaliza cúbico de cara centrada, cuyo radio
atómico es de 1,24 ºA.
a) Calcule el radio de un átomo que podría ubicarse en el centro de
la celda sin producir deformación.
b) Cuál el la variación porcentual del factor de empaquetamiento de
la celda al ingresar el nuevo átomo
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Ejercicio
Calcular el cambio de volumen teórico que acompaña a la
transformación alotrópica en un metal puro desde la estructura FCC a
BCC. Considere que no existe cambio de volumen atómico antes y
después de la transformación.
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