1) Estructura y Cristalización de los Metales
a) Estructura Atómica: Es aquella que su en su estructura posee, El núcleo es la parte central del átomo y contiene partículas con carga positiva, los protones, y partículas que no poseen carga eléctrica, es decir son neutras, los neutrones. La masa de un protón es aproximadamente igual a la de un neutrón.
b) Tipos de Enlaces:
Enlace Covalente: Aquel que viene dado por las reacciones entre dos átomos no metales
Enlace Covalente Polar: se le denomina así a los enlaces en donde existe una diferencia de electronegatividad entre los átomos.
Enlace Covalente No Polar: se le denomina a así a los enlaces en el cual los átomos son de la misma especie y tienen una diferencia de electronegatividad nula.
El enlace Iónico: Llamado también enlace electrcovalente, es aquel que se forma por la unión de un metal con un no metal formando así una sal
Enlace metálico: es un enlace químico que mantiene unidos los átomos de los metales entre sí.
El enlace de hidrógeno o puente de hidrógeno: (correctamente llamado enlace por puente de hidrógeno) es cuando un átomo de hidrógeno se encuentra entre dos átomos más electronegativos (N, O y F), estableciendo así un vínculo entre ellos.
c) Radio Atómico
El radio atómico es aquel que identifica la distancia que existe entre el núcleo y el orbital más externo de un átomo. Por medio del radio atómico es posible determinar el tamaño del átomo. Dependiendo del tipo de elemento, existen diferentes técnicas para su determinación como la difracción de neutrones, de electrones o de rayos X.
En cualquier caso no es una propiedad fácil de medir ya que depende, entre otras cosas, de la especie química en la que se encuentre el elemento en cuestión.
d) Estructura Cristalina:
Es la forma sólida de cómo se ordenan y empaquetan los átomos, moléculas, o iones. Estos se empaquetan de forma ordenada y con patrones de repetición que se extienden en las tres dimensiones del espacio. La cristalografía es el estudio científico de los cristales y su formación.
2) Deformación Plástica:
La deformación Plástica se da cuando el material se encuentra sometido a tensiones por encima de su límite elástico, deformándose así permanente, además siendo este proceso irreversible.
3) Recocido y trabajo en caliente
a) Recocido: Con este nombre se conocen varios tratamientos cuyo objetivo principal es "ablandar" el acero para facilitar su mecanizado posterior. También es utilizado para regenerar el grano o eliminar las tensiones internas.
b) Etapas del recocido:
Recuperación: Es la deformación plástica que ha sufrido un metal provocando que la operación de esfuerzos internos la cual distorsiona la red cristalina incremente la dureza y disminuya la ductilidad del metal.
Recristianización: Esta parte del proceso tiene como fin refinar el tamaño del grano, eliminando las tensiones internas y disminuyendo la heterogeneidad estructural, el recocido contribuye a mejorar las propiedades de plasticidad y viscosidad en comparación con las obtenidas después de fundido forjado o laminado.
Crecimiento del grano: El crecimiento del grano ocurre debido al proceso de coagulación y reorientación del los granos adjuntos y esto es función de el tiempo y la temperatura. Conforme la temperatura aumenta, la rigidez de la red disminuye produciendo un incremento en la rapidez de crecimiento del grano.
Trabajo en frio: Como resultado del trabajo en frio, aumenta la dureza, la resistencia a la tensión y la resistencia eléctrica, en tanto disminuye la ductilidad
Trabajo en caliente: Por trabajo (o labrado) en caliente se entienden aquellos procesos como laminado o rolado en caliente, forja, extrusión en caliente y prensado en caliente, en los cuales el metal se caldea en el grado suficiente para que alcance una condición plástica y fácil de trabajar.
El laminado en caliente se usa por lo general para obtener una barra de material con forma y dimensiones particulares.
4) Constitución de las Aleaciones
a) Definición: Una aleación es una sustancia compuesta por más de un elemento químico, del
Cual al menos uno de ellos es un metal. Y se define un sistema de aleación como aquel que contiene todas las aleaciones que pueden formarse con varios elementos combinados en cualquier proporción posible.
b) Clasificación de las aleaciones:
Las aleaciones se clasifican según su estructura en homogéneas y mezclas.
Se dice que una aleación es homogénea cuando está formada por una única fase (entendida esta como toda parte homogénea de un sistema diferenciable físicamente de las demás).
Una aleación es mezcla cuando están constituidas por más de una fase. Toda parte visible al microscopio y que físicamente sea distinta de las demás se considera una fase. En el caso de los elementos puros las fases coinciden con los distintos estados, así podemos hablar de fase sólida, líquida y gaseosa e incluso los distintos alótropos son fases distintas pues poseen distinta estructura y son físicamente diferenciables.
c) Fases intermedias de aleaciones:
Las aleaciones intermedias o compuestos químicos son un tipo especial de solucione sólidas, para un rápido entendimiento recordemos algunos principios de los compuestos químicos en general. Los compuestos químicos en general están formados por elementos de valencia opuestas, cuya proporción viene determinada por la fórmula química, ejemplo de ellos pueden ser el agua y el cloruro sódico. La unión entre ellos se produce por enlaces fuertes por lo que es difícil la separación de los átomos que los constituyen.
d) Tipos de fases intermedias:
Compuestos inter-metálicos o de valencia
Son aquellos que están formados generalmente por metales químicamente distintos, y su Combinación obedece a las reglas de la valencia química. Presentan enlaces fuertes (iónicos –covalentes) y sus propiedades son normalmente similares a las de los materiales no metálicos, como es poca ductilidad y conductividad eléctrica baja, cristalizando en estructuras complejas
Compuestos intersticiales.
En este grupo se encuentran los compuestos que forman los metales de transición (Sc, Ti, Ta, W, Fe), con elementos como el hidrógeno, oxígeno, carbono, boro y nitrógeno. Como la palabra indica los átomos de estos últimos elementos, que son de pequeño tamaño se sitúan en los huecos o intersticios de la red cristalina. Éstos También pueden formar soluciones sólidas intersticiales, y cuya diferencia con éste grupo es que los solutos están en mucha menor proporción
e) Soluciones sólidas:
Las soluciones sólidas son aquellas soluciones en estado sólido, constituidas principalmente por dos tipos de átomos distintos combinados en una misma red espacial. En la mayoría de las soluciones sólidas la solidificación se produce en un intervalo de temperaturas, en lugar de a una temperatura fija como se produce en el caso de los metales puros.
Las soluciones sólidas pueden ser de dos tipos: Soluciones sólidas por sustitución, denominadas soluciones sólidas sustitucionales, y por inserción, denominadas soluciones sólidas intersticiales.
f) Tipos de soluciones solidas:
Soluciones sólidas sustitucionales.
En estas soluciones sólidas el soluto ocupa algunas posiciones de la red cristalina del disolvente, es decir, los átomos de soluto sustituyen a los átomos de disolvente.
Soluciones sólidas intersticiales.
En las soluciones intersticiales los átomos de soluto se colocan en los intersticios de la red cristalina del disolvente, por lo que los átomos que ocupan estos huecos tienen que ser de pequeño tamaño, siendo los únicos que pueden formar estas soluciones el hidrógeno, el boro, el carbono, el nitrógeno y el oxígeno.
5) Diagrama de Fases:
Definición: Diagramas de fases son representaciones gráficas temperatura vs. Composición a presión constante, que permiten conocer:
-las fases presentes para cada temperatura y composición
-solubilidades a diferentes temperaturas de un componente en otro
- temperatura de solidificación, etc.
a) Diagrama de dos metales completamente solubles en estado liquido y solido:
La interpretación del diagrama indica que en las líneas de líquido y de sólido, así como en la zona bifásica, el número de grados de libertad es uno (según la regla de Gibbs: dos fases y dos componentes), por tanto, se puede variar la concentración o la temperatura, pero si una de éstas se fija, la otra también quedará fijada. Para determinar las concentraciones de cada fase en un punto determinado de la zona bifásica se aplica la ley de la palanca.
b) Construcción de un Diagrama:
Los diagramas se construyen representando las líneas de enfriamiento para distintas composiciones. Los puntos marcados con L corresponden a los valores de temperatura a los que la aleación comienza a solidificar, y los puntos marcados con S las temperaturas a partir de las que la aleación es totalmente sólida.
c) Regla de la composición Química en la fase:
Las composiciones químicas de cada una de las fases se indican mediante la intersección de la isoterma con la línea de límite de fase, y la fracción en peso de cada fase en una región bifásica puede determinarse utilizando la regla de la palanca a lo largo de una isoterma a una temperatura determinada.
d) Homogeneización:
Es una operación intensiva de mezclado de diferentes fases insolubles (a veces con la inclusión de una sustancia tenso activa) con el objeto de obtener una suspensión soluble o emulsión.
e) Reacción Eutéctica:
La reacción eutéctica constituye la transformación de solidificación completa del líquido. Este tipo de reacción corresponde a un punto fijo en el diagrama de fases, es decir, ocurre a una temperatura y composición determinada, y dicho punto posee cero grados de libertad
f) Diagrama para dos metales completamente solubles de estado liquido y parcialmente soluble en estado sólido:
Un caso particular son las aleaciones eutécticas con solubilidad parcial, es decir, los
Metales presentan una cierta solubilidad en estado sólido. En este caso, a la temperatura
Eutéctica las fases sólidas que se forman son soluciones a y b, cuyas composiciones viene determinadas por los extremos de la línea horizontal. Un ejemplo es la aleación Pb-Sn.
g) Reacción Peripecita:
Es cuando un líquido y un sólido reaccionan isotérmicamente para formar un nuevo sólido al enfriarse.
6) Diagrama FE-C
a) Definición Estructura:
Es la a estructura de una sustancia química que aporta información sobre el modo en que se enlazan los diferentes átomos o iones que forman una molécula, o agregado atómico. Incluye la geometría molecular, la configuración electrónica y, en su caso, la estructura cristalina .
b) Solubilidad del Carbono (C) con el Hierro (Fe):
La máxima solubilidad del carbono en el hierro delta (de red cúbica centrado en el cuerpo) es 0,10 % de C, mientras que el Fe gamma (de red cúbica centrado en las caras) disuelve al carbono en una proporción mucho mayor. En cuanto al valor industrial de esta región es muy pequeño ya que no se efectúa ningún tratamiento térmico en este intervalo de temperaturas.
c) Enfriamiento bajo equilibrio:
Cuando el diagrama hierro-carbono, representa unas condiciones metastables, se puede considerar que en condiciones de calentamiento y enfriamiento relativamente lentas representa cambios de equilibrio.