CAPÍTULO I: ALEACIONES LIGERAS 1.1.Definición básica de las aleacines li!e"as: Se denominan aleaciones ligeras a aquellas aleaciones que tienen como elemento base o principal el aluminio. Respecto a los metales de adición, los más empleados son el cobre, silicio, cinc, níquel, hierro, titanio, cromo y cobalto. Estos materiales pueden figurar en las aleaciones juntos o aislados. En general, la proporción total en que forman parte de las aleaciones ligeras, no pasa del 1!. "a característica principal de las aleaciones ligeras, es su bajo peso específico, que en algunas de ellas llega a ser hasta de 1#$ del peso específico del acero. % a&n resulta más interesante interesante la relación re lación de de resistencia mecánica a peso específico, que algunos tipos de aleaciones ligeras es la más alta entre todos los metales y aleaciones conocidos. Esto las hace indispensabl indispensables es para determinadas determinadas aplicacione aplicaciones, s, como, por ejemplo, ejemplo, para las construccione construccioness aeronáuticas aeronáuticas en las que interesan interesan materiales muy ligeros con una resistencia mecánica mínima.
1
1.#.El al$%ini: El aluminio es uno de los principales componentes de la corte'a terrestre conocida, de la que forma parte en una proporción del (,1$!, superior a la del hierro, que se supone es de un !, y solamente superada entre los metales por el silicio )*+,!. El aluminio no se encuentra puro en la naturale'a, sino formando parte de los minerales, de los cuales los más importantes son las bau-itas, que están formadas por un +*+! de al&mina )/l *0$, hasta un *(! de ó-ido de hierro )e *0$, 1*$2! de agua de hidratación )3*0 y hasta un (! de sílice )Si0 *.
1.#.1 1.# .1 Ob&enc Ob&ención ión del al$%in al$%ini: i: "a obtención del aluminio se reali'a en dos fases4 •
Separación de la al&mina )/l *0$ de las bau-itas por el procedimient procedimiento o
5ayer, 5ayer,
que comprende las
siguientes siguientes
operaciones4 Se calientan las bau-itas para deshidratarlas, una 6e' molidas7 se atacan a continuación con lejía de sosa en calien caliente te y a presión presión para )8a*0./l*0$, que
se
formar formar
separa
del
alumin aluminato ato resto
sódico sódico de
los
componentes de la bau-ita7 despu9s, bajo la influencia de una peque:a cantidad de al&mina que inicia la reacción, se hidroli'a el aluminato de sodio, quedando al&mina hidratada e hidró-ido de sodio7 y por fin, se calcina la al&mina hidratada a 1.*22;<, con lo que queda preparada para la fase siguiente.
•
Reducción de la al&mina disuelta en un ba:o de criolita 2
)na, $ /=, y con cierta cantidad de fundente, por electrolisis con electrodos de carbón. •
>ara obtener una tonelada de aluminio son necesarias ? @m. de bau-ita, (2 Ags. de criolita, +22 Ags. de electrodos de carbón y **.222ABhora. "a metalurgia de aluminio es, por tanto, esencialmente electrolítica
.
1.#.#
P"'iedades f(sicas del al$%ini: El aluminio es un metal blanco brillante, que pulido semeja a la plata.
el magnesio, de peso específico 1,D?. Su conducti6idad
el9ctrica es un +2! de la del cobre y $, 6eces mayor que la del hierro. Su punto de fusión es ++2;< y el de ebullición *.?2;<. Este punto de fusión relati6amente bajo, unido a su punto de ebullición bastante alto facilita su fusión y moldeo.
1.#.)
P"'iedades *$(%icas
del al$%ini: "a propiedad química más destacada del aluminio es su gran afinidad con el o-ígeno, por lo que se emplea entre otras cosas, para la deso-idación de los ba:os de acero, para la soldadura aluminot9rmica )/l e *0$, para la fabricación de e-plosi6os, etc... / pesar de esto, y aunque pare'ca un contrasentido, el aluminio es completamente inalterable en el aire, pues se recubre
de
una
delgada
capa
de
ó-ido,
de
algunas
cent9simas de micra, que protege el resto de la masa de la o-idación. 3
Febido a esta película protectora, resiste tambi9n a la acción del 6apor de agua, el ataque nítrico concentrado y muchos otros compuestos químicos. En cambio, es atacado por el ácido sulf&rico, el clorhídrico, el nítrico diluido y las soluciones salinas
1.#.+
P"'iedades %ecánicas del al$%ini "as propiedades mecánicas del aluminio son más interesantes son su d9bil resistencia mecánica, y su gran ductilidad y maleabilidad, que permite forjarlo, trefilarlo en hilos delgadísimos y laminarlo en láminas o panes tan finos como los del oro, hasta de un espesor de 2,222? mm )2,? micras. / la temperatura de 22;< se 6uel6e frágil y se puede pul6eri'ar fácilmente .
1.#.,
Calidades del al$%ini El =nstituto 8acional de Racionali'ación del @rabajo ha normali'ado las calidades del aluminio, seg&n el porcentaje de impure'as admisibles que contiene en las nue6e clases que se detallan posteriormente4
R=5ER/ GS=H8 DESIGNACIÓN Símbolo
mpurezas admisibles % Si + Fe
Ti
Cu + Zn
Totales
!""" #$$&' ,)
,,)
,.,)
,) m-.
!""" #$$/' ,/
,,)
,,/
,/ m-.
Aluminio !""" #$$&' (NE )*!""" Aluminio !""" #$$/' (NE )*!"""
4
Aluminio !""" #$$'
!""" #$$'
",
,,)
,"
", m-.
!""" #$*'
0,
,,/
,0
0, m-.
,,/
,/ m-.
(NE )*!""" Aluminio !""" #$*' (NE )*!""" Aluminio !""" #$$/E'
!""" #$$/E'
(NE )*!"""
Ti + Cr + 1
,/
,,)
Aluminio !""" #$)'
!""" #$)'
&,
,& m-.
(NE )*!"""
1.) A'licacines del al$%ini: El aluminio tiene multitud de aplicaciones4 su bajo peso específico lo hace &til para la fabricación de aleaciones ligeras, e-tensamente empleadas en construcciones aeronáuticas y en general, cada 6e' más en
los 6ehículos
de transporte )automotores, @/"I0,
automó6iles, etc,.... Su ele6ada conducti6idad el9ctrica lo hace &til para
la fabricación
de
conductores el9ctricos
de
aluminio
t9cnicamente puro o en forma de cables armados con acero gal6ani'ado. Su ele6ada conducti6idad calorífica e inalterabilidad lo hacen &til para la fabricación de utensilios
de
cocina
y,
en
general,
para
aparatos de intercambio de calor. Su maleabilidad lo hace &til para la fabricación de papel de aluminio, en lo que se emplea actualmente un 12! de su producción total. Su resistencia a la corrosión lo hace &til para fabricación de depósitos para ácido ac9tico, cer6e'a, etc,... @ambi9n se emplea 5
en forma de chapas para cubiertas de edificios. % reducido a pol6o para la fabricación de purpurinas y pinturas resistentes a la corrosión atmosf9rica. Sus propiedades reductoras lo hacen &til para la deso-idación del hierro y de otros metales, y para las soldaduras aluminiot9rmicas. CONSTANTES DEL ALUMINIO Símbolo
Al
N2mero at3mi4o
")
5eso at3mi4o
06$*
Cristaliza4i3n en la red 42bi4a 4entrada en las 4aras
ado a 7 8,8 !* 4m
5eso espe49:i4o
06$$
Condu4ti;idad el<4tri4a a 0, =C
)86 m>
[email protected] 0
esisti;idad el<4tri4a a 0,=C
06//
[email protected] 0>4m
Condu4ti;idad 4alor9:i4a a ,=C
,/) 4al>4m B S.=C
Coe:i4iente de dilata4i3n lineal de 0,=C a ",,=C
0)6 B ", !6 B =C
5unto de :usi3n
66,=C
Calor latente de :usi3n
$8/ 4alor9as>r
Calor espe49:i4o medio
,0"/ 4al>. =C
5unto de ebulli4i3n
0.8/,=C
Calor de 4ombusti3n
)*,* . Cal>mol
Eui;alente ele4trou9mi4o
,))/8 r>amp.@ora
3dulo de elasti4idad
&.0,, >mm 0
esisten4ia a la tra44i3n :undido
$!"0 >mm 0
esisten4ia a la tra44i3n laminado #duro'
"*!0* >mm 0
esisten4ia a la tra44i3n re4o4ido # blando'
&!"" >mm 0
Dureza :undido
08!)0 H
Dureza laminado duro
8/!6, H
Dureza re4o4ido
"/!0/ H
Alaramiento :undido
"*!0/%
Alaramiento laminado duro
)!/%
e4o4ido
),!8/%
Contra44i3n al solidi:i4arse :undido en arena
"6,,%
Contra44i3n al solidi:i4arse en 4ouilla
"*0/%
6
CAPÍTULO II: ALEACIONES DEL ALU-INIO #.1
Definición básica "os principales metales empleados para su aleación con aluminio son los siguientes4
lomo )>b, cadmio )
#.1.1 Aleacines del al$%ini '$": @ambi9n conocido como /">GR. /luminio >uro. >resenta una ele6ada resistencia a los agentes atmosf9ricos, una gran conducti6idad t9rmica y el9ctrica y una e-celente actitud a
las
deformaciones. Sus características mecánicas son relati6amente bajas. Su utili'ación está muy e-tendida4 industria el9ctrica, química, petroquímica, edificación, decoración, menage, etc...
7
#.1.# Aleacines de al$%ini cb"e En la :iura anterior se muestra el diarama de :ases Al!Cu @asta un /,% de Cu ue es muJ superior al por4entaKe m-imo empleado en estas alea4iones ue en eneral no superan al "/% pues a partir de esta 4on4entra4i3n se :orman 4ompuestos intermet-li4os ue @a4en :r-il la alea4i3n. En este diarama est-n presentes la :ase
ue es una solu4i3n s3lida
de 4obre en aluminio ue 4ristaliza en la red 42bi4a 4entrada en las 4aras. a eut<4ti4a est- :ormada por 4ristales duros de aluminuro de 4obre #Al0C(' in4rustados en la matriz de 4ristales. a temperatura eut<4ti4a es /8&=C ue 4orresponde a una 4on4entra4i3n del ))% de Cu.
8
a solubilidad del 4obre en el aluminio ;ar9a del ,8/% a ),,=C @asta /&% a /8&=C lo ue se utiliza para el temple de pre4ipita4i3n a ue puede ser sometidas estas alea4iones. El 4obre endure4e mu4@o el aluminio por lo ue estas alea4iones poseen propiedades me4-ni4as e4ep4ionales pero mantienen la buena mauinabilidad J liereza ue posee el aluminio. En eneral estas alea4iones se 4ara4terizan por una buena resisten4ia al 4alor J una menor resisten4ia a los aentes atmos:
#.1.) aleacines de al$%ini silici Estas aleaciones siguen en importancia a las del aluminiocobre. El porcentaje de silicio suele 6ariar del al *2!. "a fase /lSi, que es muy sencillo, pues no forma más que una solución sólida de silicio en aluminio y una solución sólida de aluminio en silicio, algunos autores consideran la fase como silicio elemental. % en este caso la eut9ctica estaría formada por
9
Si.
8o hay más que un punto eut9ctico que corresponde a la proporción de 11,+! de Si y cuya temperatura es DD;< El silicio endurece al aluminio y, sobre todo, aumenta su fluide' en la colada y su resistencia a la corrosión. "as aleaciones /lSi son muy d&ctiles y resistentes al choque7 tienen
un
bajo
coeficiente de dilatación y una ele6ada conducti6idad calorífica y el9ctrica, pero son difíciles de mecani'ar por la naturale'a abrasi6a del silicio. Su peso específico es alrededor del *,D. "as propiedades mecánicas de aleaciones aluminiosilicio pueden mejorarse a:adiendo a la cuchara de colada de estas aleaciones cloruro sódico o una me'cla de fluoruro y cloruro sódico. Esta operación incorpora una peque:a cantidad de sodio, inferior al 2,21! a la aleación pero suficiente para 6ariar la concentración eut9ctica, del 11,+! al 1$! y bajar la temperatura eut9ctica de DD;< a D2;<. >ero sobre todo las aleaciones /lSi modificadas con esta adición resultan con un grano e-tremadamente fino en lugar de las agujas o láminas en que cristali'a el silicio en las aleaciones sin modificar. Esta mejora en la estructura micrográfica se traduce en una notable mejora de las propiedades
mecánicas de aleaciones
modificadas, y concretamente, de su ductilidad, resistencia al choque, resistencia mecánica e incluso de su resistencia a la corrosión. "a principal aplicación de las aleaciones aluminiosilicio son la fundición de pie'as difíciles, pero buenas cualidades de moldeo, y la fabricación de pie'as para la marina, por su resistencia a la corrosión. >ero no se emplean para pie'as ornamentales porque ennegrecen con el tiempo.
#.1.+ aleacines de al$%ini cinc 10
En estas aleaciones figura el cinc con un porcentaje má-imo del *2!. En la figura posterior queda representado el diagrama /lJn, en el que están presentes la solución sólida aluminio, la solución sólida
de cinc en
de aluminio en cinc, que algunos
autores identifican con cinc elemental, y la solución sólida intermedia.
de
propiedades mecánicas, pero menos resistentes a la corrosión y más pesada.
#.1., Aleacines de al$%ini %a!nesi Estas aleaciones contienen magnesio en proporciones inferiores al 12! de 5g. En general, el magnesio 6a asociado a otros elementos como el cobre, silicio, cinc, etc,..., es decir, formando aleaciones ternarias, en las que el magnesio figura con proporciones del 2,1 al 1!.
•
>ongamos por ejemplo, la aleación conocida como 11
Simagal.
/luminio 5agnesioSilicio. "os elementos de
adicción de esta familia son el 5agnesio y el Silicio. Estas aleaciones presentan características mecánicas medias. 0frecen una buena aptitud a la deformación en frío en estado reconocido, así como su buen comportamiento ante los
agentes
atmosf9ricos y su buena aptitud a la
soldadura. Esta familia
está
formada
por
dos
grupos
de
aleaciones. El primero constituido por las aleaciones más cargadas en 5g y Si con adicciones de 5n, or esto, las aleaciones /l5g admiten el temple de precipitación. "as aleaciones /l5g son más ligeras que el propio aluminio, pues su peso específico es alrededor de *,+. >oseen buenas
propiedades
mecánicas,
se
mecani'an
facilidad y tienen una buena resistencia a la corrosión.
#.1./ aleacines al$%ini %an!anes 12
con
El manganeso se encuentra en la mayor parte de las aleaciones de aluminio ternarias y cuaternarias. Su solubilidad en el aluminio pasa del 2,$! a 22;< a la temperatura eut9ctica, que es +(,;<, como podemos obser6ar en el diagrama de fases de /l5n de la figura siguiente. "a concentración eut9ctica es de 1,C! de 5n. / la temperatura ambiente, y hasta un *! de 5n la aleación está formada por /l /l+ 5n. El manganeso aumenta la dure'a, la resistencia mecánica y la resistencia a la corrosión de las aleaciones de aluminio
#.1.0 O&"s ele%en&s de adición cn el al$%ini /demás de los elementos citados, que son los principales, de aleación con el aluminio, se encuentran formando parte de las aleaciones ternarias y cuaternarias el hierro, el níquel, el titanio, el cromo, y el cobalto. @odos estos
elementos
se
encuentran en
las
aleaciones
generalmente en forma de aluminuros, /l$e*, /l$8i, /lD
El cobalto endurece las aleaciones % el níquel y cromo, además de endurecerlas, mejora su resistencia a la corrosión.
"os puntos eut9cticos de las aleaciones de aluminio con todos estos elementos están por debajo de la proporción del 1!. /demás, en general, pasado el punto eut9ctico, la temperatura de iniciación de 13
la solidificación asciende rápidamente. >or todo esto, ninguno de los elementos citados forma parte de las aleaciones en proporciones superiores al 1!.
#.#
Aleacines de al$%ini n"%aliadas las aleaciones de aluminio, cuyas composiciones y características son las aceptadas generalmente por los fabricantes y transformadores del aluminio espa:oles. En estas normas se clasifican las aleaciones en aleaciones ligeras de aluminio para moldeo, que contienen elementos como el silicio que facilita su fusibilidad, y aleaciones ligeras de aluminio para forja, que contienen menores porcentajes de aleación que las de moldeo. /lgunas ya han sido e-puestas en tablas anteriores. Entre las aleaciones normali'adas figuran algunas muy conocidas por su nombre comercial, como la "$11, comercialmente denominada duroaluminio, de C! de /l, ? ! de
por
maduración
natural.
y
>recisamente
resistencia fue
este
endurecimiento natural del duroaluminio despu9s de haberlo moldeado, el que condujo al descubrimiento del temple de precipitación y maduración natural y artificial. @ambi9n
figuran
entre
otras
aleaciones
normali'adas el anticorodal )"*D, el siluminio o alpa- )"**, la aleación L%L )"$1, etc,... *.$
T"a&a%ien&s %ecánics 2 &3"%ics del al$%ini 2 s$s aleacines. El aluminio y sus aleaciones pueden someterse a los siguientes tratamientos4
T"a&a%ien&s an&ic""si4s. Se reali'an para dar mayor resistencia a la corrosión del aluminio. El más empleado es la 14
o-idación anódica, que consiste esencialmente en aumentar el espesor de la película superficial de ó-ido que se produce naturalmente en el aluminio, mejorando a 6eces su aspecto dándole un acabado brillante o ti:9ndola en di6ersos colores.
T"a&a%ien&s %ecánics. "os trabajos de forja, laminación, trefilado, etc, reali'ados
en frío aumentan la resisti6idad
mecánica y dure'a del aluminio y de las aleaciones forjables, como podemos obser6ar en la figura posterior, a consecuencia del aumento de acritud adquirido por el material
en
su
deformación.
en
las
Esto
se
apro6echa
ampliamente
aleaciones ligeras para mejorar sus características mecánicas.
T"a&a%ien&s &3"%ics. "os tratamientos t9rmicos que pueden aplicarse al aluminio y sus aleaciones son4 El recocido de estabili'ación,
el recocido contra acritud, el
recocido de
homogenei'ación, el temple de precipitación y la maduración artificial. 8o todos los tratamientos citados pueden aplicarse y se aplican al aluminio y sus aleaciones, pues hay algunas de 9stas que no endurecen con el temple, como se indican en los cuadros ?.1 y ?.* de las aleaciones normali'adas.
#.+
RECOCIDO DEL ALU-INIO 5 SUS ALEACIONES "os recocidos, son operaciones de calentamiento y enfriamiento lento para conseguir la constitución y estructura más estable a temperatura ambiente y destruir, por tanto, cualquier anormalidad en que se encuentre el material producida por tratamientos mecánicos o t9rmicos. "a intensidad de los recocidos depende, sobre todo, de la temperatura má-ima a que se llega en el calentamiento. Seg&n sea 9sta 15
y clasificados con arreglo a la temperatura y de menor a mayor, se practican con el aluminio los siguientes recocidos4
•
Reccid
de
es&abiliación.
@iene
por
objeto
eliminar
tensiones residuales que pueden producirse en el mecani'ado o en la conformación en frío o en caliente. "a operación se reali'a calentando el material a temperaturas inferiores a la de recristali'ación para que no se modifique su micrográfica.
estructura
Estas temperaturas 6arían seg&n las
aleaciones. >or ejemplo, las del aluminio de CC,CD oscilan entre 1(2;< y *12;<. El tiempo de permanencia a estas temperaturas es de unas ? horas, e-ceptuando
el
tiempo
de
ele6ación
de
la
temperatura y el de enfriamiento, que debe ser, sobre todo 9ste, muy lento para e6itar la aparición de nue6as tensiones.
•
Reccid cn&"a ac"i&$d. @iene por objeto eliminar la acritud adquirida por el material al deformarse en frío o a temperaturas inferiores a la recristali'ación.
de
recristali'ación, se produce una nue6a estructura granular más fina. / este fenómeno se le conoce con el nombre de germinación. Si la deformación sólo ha sido moderada, no se produce germinación y el material queda con el grano poli9drico, pero grueso. "as temperaturas de recocido contra acritud dependen de la aleación, oscilando en general entre $22;< y ?22;<, ya que la temperatura de recristali'ación a la que debe superarse oscila 16
entre *22;< y $22;<. Es con6eniente pasar con rapide' esa 'ona de temperaturas de recristali'ación, sobre todo, si las pie'as no han sido muy deformadas, para e6itar un
e-cesi6o
crecimiento del grano. Fe todas maneras, si las pie'as no han sido muy deformadas, no deben someterse al recocido contra acritud, porque aumentaría siempre el tama:o del grano.
•
Reccid de 6%!eneiación 2 "e!ene"ación. @iene por objeto uniformar la composición química y el grano de las aleaciones de aluminio que son propensas a hetereogeneidad química y estructural7 el recocido se reali'a a temperaturas comprendidas entre ?2;< y 2;< durante
un
tiempo
comprendido entre 1 y +2 minutos. / estas temperaturas se facilita la difusión de los elementos y la solución de otros como el silicio.
este de
tratamiento
se
consigue
tambi9n
la
las aleaciones endurecidas por el temple,
anulando los efectos de 9ste y 6ol6i9ndolas a su estado natural. El enfriamiento debe ser lo más lento posible para e6itar una constitución anormal por un enfriamiento demasiado rápido que d9 lugar luego, por maduración natural, a un endurecimiento indeseable de la aleación, como ocurre con el duroaluminio.
*.
APLICACIONES DE LAS ALEACIONES DE ALUMINIO.
"as aleaciones de aluminio tienen cada día una mayor aplicación, utili'ándose e-tensamente para la fabricación de pie'as que deben ser resistentes y al mismo tiempo ligeras para las construcciones aeronáuticas, 6agones de ferrocarriles de trenes articulados modernos, etc @ambi9n se emplean para la fabricación de culatas, cárters, y 9mbolos 17
de motores de e-plosión. En la edificación se emplean las aleaciones de aluminio para la construcción de puertas y 6entanas, molduras, etc,... En las construcciones na6ales se emplean ampliamente determinadas aleaciones de aluminio por su resistencia a la corrosión marina. En los cuadros ?.1, y ?.* figuran las aplicaciones generales de cada tipo de aleación.
18
CAPÍTULO III Es&"$c&$"as c"is&alinas ).1
Sis&e%as c"is&alins: El arreglo u ordenamiento de los átomos en un material sólido, juega un papel importante en la determinación de su microestructura y de sus propiedades. En los gases y en la mayoría de los líquidos los átomos y mol9culas no cuentan con un arreglo determinado )están distribuidos aleatoriamente, a este fenómeno se le conoce como Des"denación. En algunos casos como el agua y la mayoría de los polímeros, e-iste un ordenamiento de corto alcance consistente solo entre los átomos de la mol9cula indi6idual que es llamado O"dena%ien& Pa"&ic$la" . En los metales y en algunos cerámicos y polímeros el arreglo o disposición de los átomos es de largo alcance y relati6amente
O"dena%ien&
uniforme
y
se
le
llama
Gene"al. Este ordenamiento atómico forma un patrón
reticular repetiti6o que en ciencia de materiales se llama "ed es'acial. "a es&"$c&$"a c"is&alina de un material es todo lo referente su forma, tama:o y ordenamiento atómico dentro de la red. "as retículas de la red pueden tener una de siete formas llamados estructuras o sistemas cristalinos4 <&bica )la mas sencilla y com&n, tetragonal, ortorrómbica, he-agonal, rombo9drica, monoclínica y triclínica.
19
).#
celda $ni&a"ia: "a celda unitaria es la menor subdi6isión de una red espacial, que tiene la simetría total del cristal, )una red se constituye por la unión de celdas unitarias id9nticas. E-isten 1? tipos de celdas unitarias agrupadas en los siete sistemas cristalinos
descritos
con
anterioridad.
Gn
n&mero
específico de átomos )diagramados como puntos de red o nodos define a cada una de las celdas unitarias. >or ejemplo, En cada una de las esquinas e-iste un nodo que esta compartido por siete celdas unitarias adyacentes, solamente M de átomo en cada esquina pertenece a una celda en particular, una celda unitaria c&bica tiene ocho esquinas, si multiplicamos M de átomo
por
(
)numero
de equinas de una celda c&bica el resultado es uno7 que es el numero de átomos contenidos en una celda unitaria C7bica si%'le. "a gran mayoría de los metales y algunos materiales usados en la en la industria se cristali'an en los sistemas c&bicos y he-agonal, por eso se hace un 9nfasis en estos.
).#.1
C7bica cen&"ada en el c$e"' 89CC Es llamada K<< por sus siglas en ingles ) body N centered cubic . >artiendo de la celda unitaria c&bica simple )S<, esta alberga un átomo en el centro de la retina que no es compartido con otra celda. Esto indica que la estructura de la celda K<< contiene dos átomos.
5etales
como
tungsteno, cromo, molibdeno, 6anadio, sodio, hierro alfa)O y hierro delta )P cristali'an bajo esta estructura.
).#.# C7bica cen&"ada en las ca"as 8;CC 20
;i!$"a 1. Sis&e%as c"is&alins
c7bica si%'le
c7bica cen&"ada en
cen&"ada en las ca"as
el c$e"'
@etragonal simple
@etragonal centrada en El cuerpo
21
he-agonal
O"&""ó%bica si%'le 0rtorrómbica centrada
En las bases
0rtorrómbica centrada
en el cuerpo
ortorrómbica centrada
en las caras
romboedrico monoclínica simple monoclínica centrada
triclinica
en las bases
).#.) )he-agonal closepacAed es una forma especial de la red he-agonal )no es una celda unitaria. "a base de esta red son dos planos he-agonales regulares con un átomo en cada esquina y uno en el centro, además contiene tres átomos ordenados en forma de triangulo en el centro de la distancia entre los dos planos he-agonales. "a celda unitaria es un prisma deri6ado del he-ágono. 5etales como el titanio, 'inc, magnesio y cobalto cristali'an formando una red de este tipo.
22
).)
Plif"%is% 2 al&"'(a: El poliformismo en un material es la propiedad de poder e-istir en más de un tipo de red espacial en el estado sólido7 y si este fenómeno es re6ersible entonces se conoce como alotropía. "os materiales que tienen dicha propiedad se les llama alotrópicos. 5ás de quince metales muestran esta propiedad. Gn ejemplo peculiar de este fenómeno es el hierro, cuando cristali'a a 1$(T< es K<<)hierro delta P y cambia a <<)hierro gamma a 1?22T< y se transforma de nue6o en K<<)hierro alfaO a C12T<. Esta propiedad es la base de los tratamientos t9rmicos en el hierro y el titanio.
).+
Plans c"is&al!"áfics "os planos o las capas de átomos ordenados en la estructura de un cristal reciben el nombre de >lanos /tómicos o
deformación o fractura de un metal sometido a
esfuer'o.
).+.1 Índices de -ille" >ara poder identificar la orientación de un plano con respecto a los ejes de la celda unitaria )suponiendo que una esquina de la celda unitaria sea el origen de coordenadas espaciales, se utili'an tres n&meros llamados índices de 5iller. "os índices de 5iller un plano se definen como los recíprocos
de
de las
intercepciones de dicho plano sobre el sistema de coordenadas. or 23
ejemplo, para un plano paralelo al eje J y que intercepta a los eje U y %) suponi9ndose en 1, se dice que este interceptara al eje J en el infinito)V. = 2 interseccion
1
1
V
recipocro
1#1
1#1
1#V
1
2
índices de miller 1
;i!$"a #. Dia!"a%a del 'lan cn (ndices de -ille"
24
).,
-ecanis% de c"is&aliación: "a cristali'ación de un material cristalino es el proceso de transición desde el estado líquido al sólido. En el estado liquido )cuando el material es sometido a temperaturas mas altas que la de fusión los átomos no tienen un orden definido7 5ientras que en el estado sólido los átomos tienen un orden regular . "a cristali'ación ocurre en dos etapas4 1 ormación de n&cleos *
tipo
de
material
o
aleación
y condiciones de
enfriamiento. "os átomos del resto del líquido se 6an adhiriendo a los n&cleos formando cristales hasta que el líquido se termine.
6ecinas. /l terminar la
solidificación, la microestructura del metal o material cristalino esta constituida por muchos cristales contiguos llamados !"ans. Gn grano es una porción de un material formada por un solo cristal7 en dicho material el arreglo atómico del cristal de cada grano es el mismo, pero cada cristal tiene orientación diferente. 5uchas de las propiedades de un metal o aleación, dependen directamente de su tamaño de grano. El tama:o de grano en una fundición metálica esta directamente ligado 25
con la rapide' de
nucleación y la rapide' de crecimiento del grano.Si se logran formar muchos n&cleos cuando una fundición esta cristali'ando, el material será de grano fino )formara muchos granos.
>or
lo
contrario, un material será de grano grueso si durante la cristali'ación no presenta muchos n&cleos. El factor mas importante que afecta la rapide' de nucleación )y por consiguiente el tama:o de grano es la rapide' de enfriamiento del material fundido.
En materiales como el acero, impure'as
insolubles como el aluminio y el titanio contribuyen a una mejor formación de n&cleo. "os materiales de grano fino cuentan con una mejor tenacidad y son mas duros que los de grano grueso.
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I%'e"feccines en ls %a&e"iales c"is&alins: ).,.1 Defec&s '$n&$ales: Estos defectos son discontinuidades de la red que abarcan uno o 6arios átomos.
Se
les
llama puntuales o de punto porque son causados por átomos indi6iduales Se sabe que durante la solidificación de un material los átomos se alinean ordenadamente, pero es normal que algunos átomos no ocupen su respecti6o lugar )apro-imadamente uno de cada 1. millones, bajo condiciones normales. or lo contrario, un defecto intersticial ocurre cuando un átomo adicional se aloja en la estructura del cristal en lugar donde no es un nodo.
elemento el defecto se conoce como sustitucional. @anto el defecto sustitucional como el defecto intersticial )cuando el átomo incrustado es de un elemento diferente al del cristal son considerados impure'as, que pueden ser incrustadas intencionalmente como elementos de aleación.
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Defec&s lineales: "os efectos
lineales
más
conocidos
son
las
dislcacines, que se definen como una región o plano de átomos que distorsiona la simetría de un cristal.
"os tipos más sencillos y comunes de
dislocaciones son4 a "as dislocaciones de fil o de b"de, puede ocurrir por factores como el desli'amiento de una sección de átomos, pero el resultado es una sección o borde de un plano de átomos incrustado en el cristal.
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b "a dislocación de &"nill o de es'i"al llamada asi por la superficie formada )en forma de espiral por los planos atómicos alrededor de la línea de la dislocación.
Se puede imaginar esta dislocación
como un corte parcial del cristal el cual es desli'ado paralelamente al corte
una distancia atómica, el
ordenamiento cristalino permanece en ambos lados del cristal e-cepto cerca de la línea de dislocación.
;i!$"a +. Dislcación de b"de
;i!$"a ,. Dislcación de &"nill
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).0
Defec&s de s$'e"ficie Estos defectos son los límites que seccionan en regiones o granos. "os b"des de !"an es la superficie e-istente que separa a los granos indi6iduales, es una 'ona
estrecha donde los átomos se
encuentran poco ordenados, de una manera amorfa y no cristalina. "as propiedades de un metal pueden ser controladas a tra69s del end$"eci%ien& '" &a%a> de !"an. Fisminuyendo el tama:o de grano se aumenta el n&mero de granos por unidad de 6olumen, incrementándose tambi9n los bordes de grano. Fe esta forma se logra incrementar su resistencia del metal. El numero de granos por unidad de área )para la norma /S@5 se utili'an pulgadas cuadradas de un metal se determina por una fotografía del metal amplificada cien 6eces )-122.
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