UNIDAD 1. ESTRUCTURA CRISTALINA DE LOS MATERIALES1.1 Laestructura cristalinaes la formaslidade cmo se ordenan y empaquetan lostomos,molculas, oiones. Estos son empaquetados de manera ordenada y con patrones de repeticin que se extienden en las tres dimensiones del espacio. Lacristalografaes el estudio cientfico de los cristales y su formacin.El estado cristalino de lamateriaes el de mayor orden, es decir, donde las correlaciones internas son mayores. Esto se refleja en sus propiedades antrpicas y discontinuas. Suelen aparecer como entidades puras,homogneasy con formas geomtricas definidas (hbito) cuando estn bien formados. No obstante, su morfologa externa no es suficiente para evaluar la denominadacristalinidadde un material.En ocasiones la repetitividad se rompe o no es exacta, y esto diferencia losvidriosy loscristales, los vidrios generalmente se denominan materiales amorfos (desordenados o poco ordenados).No obstante, lamateriano es totalmente ordenada o desordenada (cristalinaono cristalina) y nos encontramos una graduacin continua del orden en que est organizada esta materia (grados de cristalinidad), en donde los extremos seran materiales con estructura atmica perfectamente ordenada (cristalinos) y completamente desordenada (amorfos).En la estructura cristalina (ordenada) de losmateriales inorgnicos, los elementos que se repiten sontomosoionesenlazados entre s, de manera que generalmente no se distinguen unidades aisladas; estos enlaces proporcionan la estabilidad y dureza del material. En los materiales orgnicosse distinguen claramente unidades moleculares aisladas, caracterizadas por uniones atmicas muy dbiles, dentro delcristal. Son materiales ms blandos e inestables que losinorgnicos.

-1.1.2 redes de bravais y celdas unitariasEngeometraycristalografalasredes de Bravaisson una disposicin infinita de puntos discretos cuya estructura es invariante bajo ciertogrupodetraslaciones. En la mayora de casos tambin se da una invariancia bajorotacionesosimetrarotacional. Estas propiedades hacen que desde todos los nodos de una red de Bravais se tenga la misma perspectiva de la red. Se dice entonces que los puntos de una red de Bravais son equivalentes.Medianteteora de gruposse ha demostrado que slo existe una nica red de Bravais unidimensional, 5 redes bidimensionales y 14 modelos distintos de redes tridimensionales.La red unidimensional es elemental siendo sta una simple secuencia de nodos equidistantes entre s. En dos o tresdimensioneslas cosas se complican ms y la variabilidad de formas obliga a definir ciertas estructuras patrn para trabajar cmodamente con las redes.

Para generar stas normalmente se usa el concepto decelda primitiva. Las celdas unitarias, sonparalelogramos(2D) oparaleleppedos(3D) que constituyen la menor subdivisin de una red cristalina que conserva las caractersticas generales de toda la retcula, de modo que por simple traslacin de la misma, puede reconstruirse la red al completo en cualquier punto.Una red tpicaRentiene la forma:

donde {a1,...,an} es una base en el espacioRn. Puede haber diferentes bases que generen la misma red pero elvalor absolutodeldeterminantede losvectoresaivendr siempre determinado por la red por lo que se lo puede representar como d(R).Lasceldas unitariasse pueden definir de forma muy simple a partir de dos vectores (2D) o tres vectores (3D). La construccin de la celda se realiza trazando las paralelas de estos vectores desde sus extremos hasta el punto en el que se cruzan. Existe un tipo de celda unitaria que se construye de un modo distinto y que presenta ciertas ventajas en la visualizacin de la red ya que posee la misma simetra que la red, es lacelda de Wigner-Seitz. Una celda unitaria se caracteriza principalmente por contener un nico nodo de la red de ah el adjetivo de "unitaria". Si bien en muchos casos existen distintas formas para las celdas unitarias de una determinada red el volumen de toda celda unitaria es siempre el mismo.En ocasiones resulta ms sencillo construir otro tipo de celdas que sin ser unitarias describen mejor la estructura de la red que tratamos. Este tipo de celdas se denominanceldas convencionales. stas tienen, a su vez, sus propios parmetros de red y un volumen determinado.Todas estas celdas se consideranceldas primitivasya que son capaces de cubrir todo el espacio mediante traslaciones sin que queden huecos ni solapamientos. Sus diferencias o caractersticas son las siguientes:Empaquetamiento compacto:Esto es cuando lostomosde la celda estn en contacto unos con otros. No siempre ser as y en muchos casos mediar una distancia mnima entre lasnubes electrnicasde los diferentes tomos.Parmetro de red:Es la longitud de los lados de la celda unitaria. Puede haber tan solo uno, dos o hasta tres parmetros de red distintos dependiendo del tipo de red de bravais que tratemos. En las estructuras ms comunes se representa con la letraay con lacen caso de haber dos.Nodos o tomos por celda:Tal y como dice el nombre es el nmero de nodos o tomos que posee cada celda. Una celda cuadrada, por ejemplo, poseer un nodo por celda ya que cada esquina la comparte con cuatro celdas ms. De hecho si una celda posee ms de un nodo de red es que no es unitaria, en cambio si posee ms de un tomo por celda pudiera ser que estuvisemos en una celda unitaria pero con una base atmica de ms de un tomo.Nmero de coordinacin:Es el nmero de puntos de la red ms cercanos, los primeros vecinos, de un nodo de la red. Si se trata de una estructura con empaquetamiento compacto el nmero de coordinacin ser el nmero de tomos en contacto con otro. El mximo es 12.Factor de empaquetamiento:Fraccin del espacio de la celda unitaria ocupada por los tomos, suponiendo que stos son esferas slidas.

Dondefes el factor de empaquetamiento o fraccin de volumen ocupado,nel nmero de tomos por celda, v el volumen del tomo y Vcel volumen de la celda. Normalmente se suele dar el factor de empaquetamiento compacto para las diferentes celdas como indicador de la densidad de tomos que posee cada estructura cristalina. En este caso los tomos se tratan comoesferasrgidas en contacto con sus vecinos ms cercanos.Densidad:A partir de las caractersticas de la red, puede obtenerse la densidad terica del material que conforma la red mediante la siguiente expresin.

Donde es la densidad,NAelnmero de Avogadroymla masa atmica.Volumen de la celda unitaria primitiva:Toda celda unitaria tiene el mismo volumen representado por la siguiente frmula.Dondeason los vectores de la base de la red.

-1.1.3cristales por un sitio de red y cristales hexagonales Undefecto cristalinoes cualquier perturbacin en la periodicidad de laredde unslido cristalino. Elcristalperfecto es un modelo ideal, en el que las diferentes especies (ya seanmolculas,ionesutomosneutros) estn colocados de forma peridica y regular, extendindose hasta el infinito. En la realidad, cualquier cristal presenta defectos en este modelo ideal, empezando por el hecho de que no hay cristales infinitos.Son estosdefectos cristalinoslos que dan las propiedades ms interesantes de la materia, como ladeformacin plstica, laresistenciaa la rotura, laconductividad elctrica, elcolor, ladifusin...Encristalografaycristaloqumica, elsistema cristalino hexagonales uno de los sietesistemas cristalinos. Tiene la misma simetra que un prismaregular con una basehexagonal; hay slo unared de Bravaishexagonal. Por ejemplo, elgrafitocristaliza bajo esta forma.Aparte este sistema tiene dos ejes iguales y uno desigual.

-1.1.4 ndices de Miller Para poder identificar unvocamente unsistema de planoscristalogrficosse les asigna un juego de tres nmeros que reciben el nombre dendices de Miller. Los ndices de un sistema de planos se indican genricamente con las letras (h k l).Los ndices de Miller sonnmeros enteros, negativos o positivos, y son primos entre s. El signo negativo de un ndice de Miller debe ser colocado sobre dicho nmero.El ndice de Miller fue presentado por primera vez por el mineralogista britnicoWilliam Hallowes Milleren 1839. Existen adems otras notaciones1para los casos especiales de cristales con planos simtricos.

-1.1.5 densidades y factores de empaquetamiento de las estructuras cristalinasEncristalografa, elfactor de empaquetamiento atmico(FEA), eningls:atomic packing factor,APF, es lafraccindevolumenen unacelda unidadque est ocupada portomos. Este factor esadimensionaly siempre menor que la unidad. Para propsitos prcticos, el FEA de una celda unidad se determina asumiendo que los tomos sonesferas rgidas. Con respecto acristalesde un componente (los que contienen un tipo de tomo nico), el FEA se representa matemticamente por:

DondeNtomoses el nmero de tomos en la celda unidad,Vtomoes el volumen de un tomo, yVcelda unidades el volumen ocupado por la celda unidad. Matemticamente se puede probar que, para estructuras de un componente, el valor del FEA del arreglo msdensode tomos es de alrededor de 0.74. En realidad, debido a factores intermoleculares especficos, estacifrapuede ser mayor. Referente a estructuras de componentes mltiples puede exceder el 0.74.

-1.1.6 posiciones y tamaos transticales Untomo intersticiales un defecto puntual de unmineral, producido por untomosuplementario se sita en sured cristalina. Esto provoca una fuerte distorsin en la proximidad del tomo, pero se atena con la distancia. Se puede forzar el fenmeno: irradiando elcristalpara aportarleenergaconseguimos que un tomo situado "correctamente" en supunto de redsalte para situarse entre tomos que s se mantienen en su posicin de red.En los materialescermicos, que estn compuestos de una parte inica y otra covalente, lo normal es que salte elcatin, de menor tamao que elanin: el conjunto formado por el tomo intersticial y el hueco se conoce comodefecto Frenkel.

-1.1.7 cristales con varios tomos por sitio de redEn la naturaleza hay ms de un centenar de elementos, la combinacin de elementos da lugar a millones de sustancias compuestas, con propiedades muy diferentes.Esta variedad se debe a que lostomos pueden unirse de diferentesmaneras. Podemos encontrar los tomos aislados o unidos, formando molculas o cristales.Los gases nobles son los nicos elementos que podemos encontrar formados por tomos aislados. Los gases nobles son los elementos que aparecen en el ltimo grupo de la tabla peridica: He, Ne, Ar, Kr, Xe y Rn.MolculasLos tomos de los elementos que no son gases nobles se pueden unir, formando agrupaciones llamadas molculas.Las molculas de loselementosestn constituidas portomos iguales. Por ejemplo el oxgeno del aire est formado por molculas que tienen dos tomos de oxgeno unidos. (O2).Las molculas de loscompuestosson el resultado de la unin detomos distintos. Por ejemplo el agua (H2O) est formada por molculas con dos tomos de hidrgeno y uno de oxgeno.CristalesEn los cristales hay un gran nmero de tomos unidos entre s, formando agrupaciones slidas.Loselementosque se encuentran en estado slido forman cristales en los que se unen muchos tomos del elemento. Ejemplos de este tipo de cristales son: el cobre, el oro o el diamante. Este ltimo est formado por muchos tomos de carbono unidos, como se muestra en la figura.

Haycompuestosslidos formando cristales, por ejemplo la sal comn (NaCl) que est formado por muchos tomos de sodio y de cloro unidos.

-1.1.8 cristales liquidosElcristal lquidoes un tipo especial deestado de agregacinde lamateriaque tiene propiedades de las faseslquidayslida.Dependiendo del tipo de cristal lquido, es posible, por ejemplo, que las molculas tengan libertad de movimiento en un plano, pero no entre planos, o que tengan libertad de rotacin, pero no de traslacin.Se suele atribuir el descubrimiento de los cristales lquidos al botnicoFriedrich Reinitzerque en1888encontr una sustancia que pareca tener dos puntos de fusin. Un ao ms tardeOtto Lehmannsolvent el problema con la descripcin de un nuevo estado de la materia medio entre unlquidoy uncristal. Finalmente, Friedel, en 1922, fue quien habl por primera vez de "mesofase".

-1.1.9 monocristales y materiales policristalinosUnmonocristales un material en el que lared cristalinaes continua y no est interrumpida por bordes degranohasta los bordes de la muestra. Como los bordes pueden tener efectos importantes en las propiedades fsicas de un material, los monocristales tienen inters para la industria y para la investigacin acadmica.1Los efectos de laentropafavorecen la presencia de imprefecciones en la microestructura de losslidos, comoimpurezas, tensiones inhomogneas odefectos cristalogrficoscomodislocaciones. Sin embargo, este no impide la formacin de monocristales, y se conocen especies minerales como elberiloque forman de forma natural monocristales con un dimetro del orden de un metro.2En el laboratorio se usan tcnicas de crecimiento lento para evitar lanucleaciny favorecer el crecimiento lento de monocristales de tamao adecuado, por ejemplo, para ladifraccin de rayos X.1El opuesto de un monocristal est losvidrios, estructuras amorfas donde no haycorrelacina largo alcance entre las posiciones atmicas. Entre los dos extremos estn los materialespolicristalinos.Unpolicristalomaterialpolicristalinoes unagregadodepequeoscristalesde cualquier sustancia, a los cuales, por su formairregular, a menudo se les denominacristalitasogranoscristalinos. Muchos materiales deorigentanto natural (mineralesymetales) comosinttico(metales,aleaciones,cermica,etctera) son policristales.-1.1.10. Alotropa y polimorfismo Alotropa(cambio, giro) es la propiedad de algunoselementos qumicosde poseer estructuras qumicas diferentes. Las molculas formadas por un solo elemento y que poseen distinta estructura molecular se llaman altropos.

Oxgeno. Puede existir como oxgeno atmosfrico (O2) y comoozono(O3), que genera el olor penetrante distintivo en las proximidades de las cadas de agua. Fsforo. Se manifiesta comofsforo rojoy comofsforo blanco(P4), de caractersticas fsicas distintas. Carbono. Variedades alotrpicas:grafito,diamante,grafeno,fulerenoycarbino.En el estado slido las propiedades alotrpicas ocurren en elementos de una misma composicin, pero aspectos diferentes. Por lo tanto, la propiedad debe ocurrir en el mismo estado de agregacin de la materia.

Algunos metales (por ejemplo hierro y estao), tienen en estado slido, a diferentes intervalos de temperatura, distinta estructura cristalogrfica, o como se dice mas a menudo, distintas redes cristalinas.

La propiedad de un metal de tener varias redes cristalinas se denomina pilomorfismo o alotropa.

Cuando una aleacin solidificada, con una estructura cristalina determinada, alcanza la temperatura necesaria para pasar a otra estructura cristalina, tambin tiene lugar la formacin de ncleos y su crecimiento para formar granos, semejante a lo que sucede durante el paso del estado lquido a slido. El paso de un tipo de red de un estado a otro tiene lugar, tambin, con efecto trmico a temperatura constante.

Muchas propiedades de los metales y sus aleaciones incluyendo las mecnicas, dependen del tamao de los granos, un grano mas pequeo proporciona al metal una mayor resistencia y dureza debido a las constantes intersecciones de las dislocaciones. Estas no pueden formar dentro de la masa del metal largas lneas de movimiento mutuo de los granos.

-1.1.11 anitutropaLaanisotropa(opuesta deisotropa) es la propiedad general de lamateriasegn la cual cualidades como:elasticidad,temperatura,conductividad,velocidadde propagacin de laluz, etc. varan segn la direccin en que son examinadas.1Algoanistropopodr presentar diferentes caractersticas segn la direccin. La anisotropa de los materiales es ms acusada en losslidoscristalinos, debido a suestructura atmica y molecularregular.En un sentido ms general, se habla de anisotropa cuando se produce cualquier cambio de escala de una figura o un cuerpo, como en un grfico x-y, con factores distintos (o en dependencia de una funcin) en cada coordenada.

-1.1.12 Difraccin de rayos XLacristalografa de rayos Xes una tcnica experimental para el estudio y anlisis de materiales, basada en el fenmeno dedifraccinde losrayos Xpor slidos en estadocristalino.Los rayos X son difractados por loselectronesque rodean los tomos por ser sulongitud de ondadel mismo orden de magnitud que elradio atmico. El haz de rayos X emergente tras esta interaccin contiene informacin sobre la posicin y tipo de tomos encontrados en su camino. Los cristales, gracias a su estructura peridica,dispersan elsticamentelos haces de rayos X en ciertas direcciones y los amplifican porinterferencia constructiva, originando un patrn dedifraccin.n. 1Existen varios tipos de detectores especiales para observar y medir la intensidad y posicin de los rayos X difractados, y su anlisis posterior por medios matemticos permite obtener una representacin a escala atmica de los tomos y molculas del material estudiado.Max von Lauerealiz los primeros experimentos de cristalografa de rayos X en 1912. Von Laue,William Henry BraggyWilliam Lawrence Braggdesarrollaron inicialmente la teora de difraccin de cristales, tarea a la que pronto se sumaron otros cientficos. A lo largo del siglo XX tuvieron lugar varios avances tericos y tcnicos, como la aparicin de lossuperordenadoresy el uso desincrotronespara la produccin de rayos X, que incrementaron la capacidad del mtodo para determinar las propiedades estructurales de todo tipo de molculas:sales, materiales inorgnicos complejos,protenasy hasta componentes celulares como losribosomas. Es posible trabajar con monocristales o con polvo microcristalino, consiguindose diferentes datos en ambos casos: para las aplicaciones que requieren solo una caracterizacin precisa de los parmetros de la red cristalina, puede ser suficiente la difraccin de rayos X por polvo; para una dilucidacin precisa de las posiciones atmicas es preferible trabajar con monocristales.Dada la relacin existente entre la estructura tridimensional de las molculas y sus propiedades qumicas y fsicas, la cristalografa ha contribuido al avance en varias disciplinas cientficas como laqumica, labiologa molecular, lageologa, lafsica aplicaday laciencia de materiales. La amplia disponibilidad de tubos de rayos X, complementada con el desarrollo de fuentes de rayos X de alta intensidad ha aumentado significativamente su impacto en estos campos de investigacin as como en reas con aplicaciones industriales, como eldesarrollo de frmacosy lamineraloga aplicada. La mayor limitacin de este mtodo es la necesidad de trabajar con sistemas cristalinos, por lo que no es aplicable adisoluciones, a sistemas biolgicosin vivo, asistemas amorfoso agases. En algunos casos, los rayos X pueden romper losenlaces qumicosque mantienen la integridad estructural, lo que resulta en un modelo distorsionado de la molcula estudiada. Este problema afecta especialmente a los materiales de inters biolgico.

1.2 Imperfecciones cristalinasImperfecciones Cristalinas.En realidad, no existen cristales perfectos pues contienen varios tipos de defectos que afectan a muchas de las propiedades fsicas y mecnicas, que a suvez afectan a muchas propiedades importantes de los materiales para ingeniera, como la conformacin en fro de aleaciones, la conductividad elctrica de semiconductores, la velocidad de migracinde los tomos en aleaciones y la corrosin de los metales.Las imperfecciones en la red cristalina se clasifican segn su forma y geometra.Los tres grupos principales son:1) defectos puntuales o de dimensin cero,2) defectos de lnea o de una dimensin (dislocaciones) y3) defectos de dos dimensiones que incluyen superficies externas y superficies de lmite de grano.Los defectos macroscpicos tridimensionales o de volumen tambin pueden incluirse. Ejemplos de estos defectos son: poros, fisuras e inclusiones.

1.2.2 Defectos puntuales de dimensin cero o puntos defectuosos

Undefecto cristalinoes cualquier perturbacin en la periodicidad de laredde unslido cristalino. Elcristalperfecto es un modelo ideal, en el que las diferentes especies (ya seanmolculas,ionesutomosneutros) estn colocados de forma peridica y regular, extendindose hasta el infinito. En la realidad, cualquier cristal presenta defectos en este modelo ideal, empezando por el hecho de que no hay cristales infinitos.Son estosdefectos cristalinoslos que dan las propiedades ms interesantes de la materia, como ladeformacin plstica, laresistenciaa la rotura, laconductividad elctrica, elcolor, ladifusin...

Segn su dimensinSe distinguen 4 tipos de defectos:Puntuales: de 0dimensiones, afectan a unpunto de red, perturbando nicamente a los vecinos ms prximos:VacanteoVacancia.El defecto vacante es un tomo que se encuentra normalmente en la red cristalina y deja de estarlo, dejando as un espacio vaco, que a veces es ocupado por un electrn (centro F).tomo intersticial.El defecto intersticial es cuando un tomo extra se introduce en un lugar de la estructura cristalina donde no se encuentra normalmente.tomo sustitucional.En este defecto se sustituye un tomo de la estructura crisatalina por otro. Se debe tomar en cuenta que el radio del tomo no debe ser diferente de un 15% ya sea en mayor o menor proporcin ya que podran ocurrir perturbaciones en el material. Un tomo de mayor radio har que los tomos vecinos sufran una compresin, y un tomo sustuido de menor radio har que los tomos vecinos sufran una tensin.tomo sustitucional grande.Defecto Frenkel.Este defecto es una combinacin entre el defecto de vacancia e intersticial, donde un tomo que se encuentra en un lugar normal de la estructura cristalina salta hacia un lugar intersticial dejando as una vacancia.Defecto Schottkyo de par inico.Es un par de vacancias que se presentan en los cristales inicos, donde se debe mantener un equilibrio en la estructura cristalina. Cuando se deja una vacancia de unanin, tambin debe dejarlo uncatinpara mantener un equilibrio en la red. Debe encontrarse la misma cantidad de aniones que de cationes.Impurezas.Defectos de antiestructura.

1.2.3 defectos lineales de una dimensin En el mbito de laciencia de materialesy lafsica del estado slido, lasdislocacionesson defectos de la red cristalina de dimensin uno, es decir, que afectan a una fila de puntos de lared de Bravais.Las dislocaciones estn definidas por elvector de Burgers, el cual permite pasar de un punto de la red al obtenido tras aplicar la dislocacin al mismo. Las dislocaciones suceden con mayor probabilidad en las direcciones compactas de uncristaly son sumamente importantes para explicar el comportamientoelsticode losmetales, as como sumaleabilidad, puesto que la deformacin plstica puede ocurrir por desplazamiento de dislocaciones.

1.2.4 defectos superficiales (o planares) de dos dimensiones Defectos de superficie: se extienden en dos dimensiones: Superficiedel cristal. Borde, frontera o lmite de grano.

1.2.5 defectos volumtricos o microscpicos tridimensionales Defectos volumtricos: de 3 dimensiones, distorsionan fuertemente la red. Suelen estar formados por la agrupacin de defectos puntuales: Cavidades. Precipitacin de fases.1.2.6 mecanismo de fortalecimiento de los metalesEl conocimiento de los mecanismos para el endurecimiento (fortalecimiento) de los materiales metlicos, es un arma poderosa en la ingeniera de los materiales al momento de decidir tcnica y econmicamente el material a elegir para un fin dado y mediante que procesos se pueden lograr las propiedades exigidas para la explotacin. Para comprender los mecanismos de reforzamiento es necesario conocer la relacin entre el movimiento de las dislocaciones y el comportamiento mecnico de los materiales (metlicos). La deformacin plstica corresponde al movimiento de un gran nmero de dislocaciones. La capacidad de un metal para deformarse plsticamente depende de la capacidad de las dislocaciones para moverse.La resistencia mecnica se puede aumentar reduciendo la movilidad de las dislocaciones. Mayores fuerzas sern requeridas para iniciar la deformacin plstica. Por el contrario, cuando menos restringido sea el movimiento de las dislocaciones, mayor ser la facilidad con que un metal podr deformarse, y ser ms blando y menos resistente. Que buscan los mecanismos de endurecimiento? Como interferir en estructura de un material metlico para tornarlo ms duro. Dureza = resistencia mecnica Por qu aumentar la dureza? Menor masa utilizada Estructuras que puedan suportar mayor esfuerzo mecnico Qu son los mecanismos de endurecimiento? Obstculos al movimiento de las dislocaciones que provocan un aumento de la resistencia mecnica del metal1.3 movilidad de los tomos (difusin)Ladifusin(tambindifusin molecular) es unproceso fsicoirreversible, en el quepartculasmateriales se introducen en un medio que inicialmente estaba ausente, aumentando laentropa(Desorden molecular) del sistema conjunto formado por las partculas difundidas osolutoy el medio donde se difunden o disuelven.Normalmente los procesos de difusin estn sujetos a laLey de Fick. Lamembrana permeablepuede permitir el paso de partculas y disolvente siempre a favor delgradientedeconcentracin. La difusin, proceso que no requiere aporte energtico, es frecuente como forma de intercambiocelular.

1.3.1 descripcin fsica de la difusin (1 ley de fick)Laley de Fickes una ley cuantitativa en forma deecuacin diferencialque describe diversos casos dedifusinde materia o energa en un medio en el que inicialmente no existe equilibrio qumico o trmico. Recibe su nombre del mdico y fisilogo alemnAdolf Fick(1829-1901), que las deriv en1855.En situaciones en las que existengradientesde concentracin de una sustancia, o de temperatura, se produce un flujo de partculas o de calor que tiende a homogeneizar la disolucin y uniformizar la concentracin o la temperatura. El flujo homogeneizador es una consecuencia estadstica del movimiento azaroso de las partculas que da lugar al segundo principio de la termodinmica, conocido tambin como movimiento trmico casual de las partculas. As los procesos fsicos de difusin pueden ser vistos como procesos fsicos o termodinmicosirreversibles.

1.3.2 mecanismo de difusin de cristales covalentes y metlicos. Cristales covalentesLos tomos de los cristales covalentes se mantienen unidos en una red tridimensional nicamente por enlaces covalentes. El grafito y el diamante, altropos del carbono, son buenos ejemplos. Debido a sus enlaces covalentes fuertes en tres dimensiones, el diamante presenta una dureza particular y un elevado punto de fusin. El cuarzo es otro ejemplo de cristal covalente. La distribucin de los tomos de silicio en el cuarzo es semejante a la del carbono en el diamante, pero en el cuarzo hay un tomo de oxgeno entre cada par de tomos de silicio.

Cristales metlicosLa estructura de los cristales metlicos es ms simple porque cada punto reticular del cristal est ocupado por un tomo del mismo metal. Los cristales metlicos por lo regular tienen una estructura cbica centrada en el cuerpo o en las caras; tambin pueden ser hexagonales de empaquetamiento compacto, por lo que suelen ser muy densos. Sus propiedades varan de acuerdo a la especie y van desde blandos a duros y de puntos de fusin bajos a altos, pero todos en general son buenos conductores de calor y electricidad.

1.3.3 difusin para distintos niveles de concentracin La ley de Difusin de Fick toma en cuenta ciertos parmetros para determinar el nivel de difusin de una especie dada: magnitud de gradiente: un mayor gradiente acelera la difusin; superficie de difusin; difusividad msica entre A y B, definida para una especie A difundindose en una especie B.1.3.4 mecanismo de difusin en los cristales inicosEn cristales inicos suele ser energticamente favorable que se formen cantidades aproximadamente iguales de iones positivos y negativos. La formacin de estos pares de vacantes mantienen el cristal electrostticamente neutro a escala local. 1.3.4 mecanismo de difusin en polmeros Los polmeros se producen por la unin de cientos de miles de molculas pequeas denominadas monmeros que forman enormes cadenas de las formas ms diversas. Algunas parecen fideos, otras tienen ramificaciones. Algunas ms se asemejan a las escaleras de mano y otras son como redes tridimensionales.Los monmeros son los pequeos eslabones que se repiten para formar un polmero mediante un proceso llamado polimerizacin.Los polmeros cargados con partculas conductivas siguen contando con un gran nmero de aplicaciones, por lo que se observa un crecienteinterspor comprender a fondo sus propiedades elctricas, mecnicas y qumicas, as como la relacin existente entre ellas. Entre las aplicaciones ms importantes de losmaterialespolimricos conductivos, podemos encontrar recubrimientos antiestticos, escudos contra interferencias electromagnticas, diferentes tipos desensores, tales como, sensores de contacto, qumicos, de deformacin, detemperatura, etc.

1.4 pruebas para detectar defectos en los materiales cristalinos

Al analizar el trmino "imperfeccin de un material'', sepresupone de un error en la organizacin de dicho material, y muchas veces, tambin se enjuicia conalevosa y as mimos que dicha imperfeccin, relacionada con algn tipo de imagen dedeformacin que es visualmente perceptible, le atribuyen al material el valor de obsoleto y nosiempre es as. El arreglo de los tomos o ionesen los materiales diseados tiene imperfecciones o defectos. Frecuentemente stos defectos tiene un efecto profundo sobre las propiedades de los materiales, y no necesariamente suceden a niveles macros,y pueden ser aprovechados en la aplicacin ingenieril tal como la capacidad de formar aleaciones enfro, la conductividad elctrica y la corrosin. Un cristal perfecto consiste de un arregloperidico de tomos, lo que genera una estructura definida. El trmino defecto se usaen general para describir cualquier cambio o variacinen la estructura o composicin del cristal. Idealmente, un cristal perfecto slo puede existir a0 Kelvin (-273 C).A esta temperatura todos los tomos estn estticos, por lo que nopresentan vibracin alguna, en otras palabras los tomos no poseen energa cintica. Sin embargo, atemperaturas mayores los tomos empiezan a vibrar constantemente debido a la absorcin de energa calorfica.La amplitud y cantidad de vibraciones entre los tomos crece con elaumento de la temperatura. Estas vibraciones son, en parte, las causantes de quelos cristales presenten deformaciones o defectos. Adems, vale la pena mencionar que estas vibraciones tambin estn directamente relacionadas con el fenmeno de fusin de los materiales slidos. Por ejemplo, enel caso de loscristales de xidos metlicos se sabe que pierden hasta 2 % en peso de oxgeno antes de alcanzar su punto de fusin. Esto se debe a que lostomos de oxgeno que se encuentran enla superficie del cristal empiezan a vibrar de una manera muy acelerada debidoal aumento en la temperatura, hasta quese desprenden de la superficie. La ausencia de tomos de oxgeno en la superficie produce un gradiente de difusin de tomos de dentro del material hacia lasuperficie del mismo, lo que provoca una contina prdida de oxgeno as como el inicio dela prdida de estructura cristalina. Finalmente, todo este movimiento de tomos produce la fusin de l materia

1.4.1 inspeccin radiogrfica La radiografa de las soldaduras estudia la forma de obtener e interpretar la imagen fotogrfica producida al incidir rayos X sobre una placa sensible, despus de haber atravesado una unin soldada. En esta prctica se utiliza un equipo de rayos X, radiaciones electromagnticas al igual que la luz visible, pero de longitudes de onda diferentes (de mayor energa).Esta tcnica permite obtener informacin de los defectos superficiales o internos presentes en las uniones soldadas; mediante una normativa y en funcin de la magnitud de cada tipo de imperfeccin se asigna un nivel de calidad a cada soldadura o producto soldado.Despus de radiografiar obtenemos la Imagen Latente ! Revelado ! Fijado de la Imagen ! Lavado Final ! Secado ! Negatoscopio ! Interpretacin (inspeccin).La pelcula radiogrfica a utilizar es de grano medio, contraste medio y alta velocidad, de densidad D = 1.5 (ASTM-Tipo III).Para calcular la exposicin se utilizan los bacos construidos para cada equipo de rayos X, donde se parte de un tipo de pelcula, densidad de pelcula y distancia foco-pelcula, y se calculan el resto de parmetros (calidad de la radiacin, intensidad de la radiacin y tiempo de exposicin),

1.4.2 penetrantes fluorescentes (magnaglow) Lainspeccin por lquidos penetranteses un tipo deensayo no destructivoque se utiliza para detectar e identificar discontinuidades presentes en la superficie de losmaterialesexaminados. Generalmente se emplea enaleacionesnoferrosas, aunque tambin se puede utilizar para la inspeccin de materiales ferrosos cuando lainspeccin por partculas magnticases difcil de aplicar. En algunos casos se puede utilizar en materiales no metlicos. El procedimiento consiste en aplicar unlquidocoloreado o fluorescente a la superficie en estudio, el cual penetra en cualquier discontinuidad que pudiera existir debido al fenmeno de capilaridad. Despus de un determinado tiempo se elimina el exceso de lquido y se aplica unrevelador, el cual absorbe el lquido que ha penetrado en las discontinuidades y sobre la capa del revelador se delinea el contorno de stas.Las aplicaciones de esta tcnica son amplias, y van desde la inspeccin de piezas crticas como son los componentesaeronuticos hasta los cermicos como las vajillas de uso domstico. Se pueden inspeccionar materialesmetlicos,cermicos vidriados, plsticos,porcelanas, recubrimientos electroqumicos, entre otros. Una de las desventajas que presenta este mtodo es que slo es aplicable a defectos superficiales y a materiales no porosos.

1.4.3 prueba ultrasnica Lainspeccin por ultrasonidose define como un procedimiento de inspeccinno destructivode tipo mecnico, y su funcionamiento se basa en la impedanciaacstica, la que se manifiesta como el producto de la velocidad mxima de propagacin del sonido y ladensidaddelmaterial. Cuando se invent este procedimiento, se meda la disminucin de intensidad de energa acstica cuando se hacan viajar ondassupersnicasen un material, requirindose el empleo de un emisory unreceptor. Actualmente se utiliza un nico aparato que funciona como emisor y receptor, basndose en la propiedad caracterstica delsonidode reflejarse al alcanzar unainterfaceacstica.Los equipos de ultrasonido que se utilizan actualmente permiten detectar discontinuidades superficiales, subsuperficiales e internas, dependiendo del tipo de palpador utilizado y de lasfrecuenciasque se seleccionen dentro de un rango que va desde 0.25 hasta 25 MHz. Las ondas ultrasnicas son generadas por uncristalo un cermicopiezoelctricodenominado transductor y que tiene la propiedad de transformar la energa elctrica en energa mecnica y viceversa. Al ser excitado elctricamente el transductor vibra a altas frecuencias generando ultrasonido. Las vibraciones generadas son recibidas por el material que se va a inspeccionar, y durante el trayecto la intensidad de la energa snica se atena exponencialmente con la distancia del recorrido. Al alcanzar la frontera del material, el haz snico es reflejado, y se recibe el eco por otro (o el mismo) transductor. Su seal es filtrada e incrementada para ser enviada a unosciloscopioderayos catdicos.

1.4.4 inspeccin con partculas magnticasLainspeccin por partculas magnticases un tipo de ensayo no destructivo que permite detectar discontinuidades superficiales y subsuperficiales en materiales ferro magnticos.Se utiliza cuando se requiere una inspeccin ms rpida que la que se logra empleandolquidos penetrantes. Existen 32 variantes del mtodo, y cada una sirve para diferentes aplicaciones y niveles de sensibilidad.Este mtodo se utiliza en materiales en ferro magnticos como elhierro, elcobaltoy elnquel. Debido a su bajapermeabilidad magntica, no se aplica ni en los materiales paramagnticos(como elaluminio, eltitanioo elplatino) ni en losdiamagnticos(como elcobre, laplata, elestaoo elzinc).Los defectos que se pueden detectar son nicamente aquellos que estn en la superficie o a poca profundidad. Cuanto menor sea el tamao del defecto, menor ser la profundidad a la que podr ser detectado.La aplicacin del ensayo de Partculas Magnticas consiste bsicamente en magnetizar la pieza a inspeccionar, aplicar las partculas magnticas (polvo fino de limaduras de hierro) y evaluar las indicaciones producidas por la agrupacin de las partculas en ciertos puntos. Este proceso vara segn los materiales que se usen, los defectos a buscar y las condiciones fsicas del objeto de inspeccin.

Sistemas metalogrficos Lametalografaes lacienciaque estudia las caractersticas micro estructurales o constitutivas de unmetaloaleacinrelacionndolas con las propiedades fsicas, qumicas y mecnicas.Mucha es la informacin que puede suministrar un examen metalogrfico, para ello es necesario obtener muestras que sean representativas y que no presenten alteraciones debidas a la extraccin y/o preparacin metalogrfica.Corte metalogrficoCortar la muestra con una sierra metalogrfica: es un equipo capaz de cortar con un disco especial de corte por abrasin, mientras suministra un gran caudal de refrigerante, evitando as el sobrecalentamiento de la muestra. De este modo, no se alteran las condiciones microestructurales de la misma.Incluido metalogrficoLa muestra cortada se incluye en resina para su mejor tratamiento posterior y almacenado. La inclusin se puede realizar mediante resinaen fro: normalmente dos componentes, resina en polvo y un catalizador en lquido, o bienen caliente: mediante una incluidora, que, mediante una resistencia interior calienta la resina (monocomponente) hasta que se deshace. La misma mquina tiene la capacidad de enfriar la muestra, por lo que es un proceso recomendado en caso de requerimientos de muchas muestras al cabo del da.Pulido metalogrficoSe usa el equipo suelda Metalogrfica, se prepara la superficie del material, en su primera fase denominada Desbaste Grueso, se desbasta la superficie de la muestra con papel de lija, de manera uniforme y as sucesivamente disminuyendo el tamao de grano (N de papel de lija) hasta llegar al papel de menor tamao de grano. Desbaste Fino, se requiere de una superficie plana libre de ralladuras la cual se obtiene mediante una rueda giratoria hmeda cubierta con un pao especial cargado con partculas abrasivas cuidadosamente seleccionadas en su tamao para ello existen gran posibilidad de abrasivos para efectuar el ltimo pulido;La etapa del pulimento es ejecutada en general con paos macizos colocados sobre platos giratorios circulares, sobre los cuales son depositadas pequeas cantidades de abrasivos, en general diamante industrial en polvo fino o bien en suspensin, con granulometras como por ejemplo de 10, 6, 3, 1, y 0,25 micrasEl pulido se realiza sujetando la muestra a tratar con la mano o bien mediante un cabezal automtico para pulir varias muestras a la vez. Este ejerce una presin pre-configurada hacia el disco o pao de desbaste o pulido durante un tiempo concreto. Estos parmetros deben ser configurados segn tipo de material (dureza, estado del pulido, etc...) Opcionalmente existen sistemas con dosificador automtico de suspensin diamantada.

Ataque qumicoHay una enormidad de ataques qumicos, para diferentes tipos de metales y situaciones. En general, el ataque es hecho por inmersin o fregado con algodn embebido en el lquido escogido por la regin a ser observada, durante algunos segundos hasta que la estructura o defecto sea revelada. Uno de los ms usados es elnital, (cido ntrico y alcohol), para la gran mayora de los metales ferrosos. Una gua de los ataques qumicos utilizados para revelar las fases y microconstituyentes de metales y aleaciones se pueden ver en la norma ASTM E407 - 07 Standard Practice for Microetching Metals and Alloys.MicroscopioUtilizacin de lupas estereoscpicas (que favorecen la profundidad de foco y permiten por tanto, visin tridimensional del rea observada) con aumentos que pueden variar de 5x a 64X.El principal instrumento para la realizacin de un examen metalogrfico lo constituye el microscopio metalogrfico, con el cual es posible examinar una muestra con aumentos que varan entre50xy2000x.Elmicroscopio metalogrfico, debido a la opacidad de los metales y aleaciones, opera con la luz reflejada por el metal. Por lo que para poder observar la muestra es necesario preparar unaprobetay pulir a espejo la superficie.Existe una norma internacionalASTME3-01 Standard Practice for Preparation of Metallographic Specimens que trata sobre las correctas tcnicas de preparacin de muestras metalogrficas.

Sistemas mecnicosLamecnica(Griego y delatnmechancao arte de construir una mquina) es la rama de lafsicaque estudia y analiza elmovimientoy reposo de los cuerpos, y su evolucin en el tiempo, bajo la accin defuerzas. Modernamente la mecnica incluye la evolucin desistemas fsicosms generales que los cuerpos msicos. En ese enfoque la mecnica estudia tambin lasecuaciones de evolucin temporalde sistemas fsicos como los campos electromagnticos o los sistemas cunticos donde propiamente no es correcto hablar de cuerpos fsicos.Lamecnica clsicaes la ciencia que estudia las leyes del comportamiento de cuerpos fsicos macroscpicos en reposo y a velocidades pequeas comparadas con lavelocidad de la luz.Existen varias formulaciones diferentes, en mecnica clsica, para describir un mismo fenmeno natural que, independientemente de los aspectos formales y metodolgicos que utilizan, llegan a la misma conclusin. Lamecnica vectorial, deviene directamente de lasleyes de Newton, por eso tambin se le conoce como mecnica newtoniana. Es aplicable a cuerpos que se mueven en relacin a un observador a velocidades pequeas comparadas con la de la luz. Fue construida en un principio para una sola partcula movindose en un campo gravitatorio. Se basa en el tratamiento de dos magnitudes vectoriales bajo una relacin causal: lafuerzay la accin de la fuerza, medida por la variacin delmomentum (cantidad de movimiento). El anlisis y sntesis de fuerzas y momentos constituye el mtodo bsico de la mecnica vectorial. Requiere del uso privilegiado desistemas de referencia inercial. Lamecnica analtica(analtica en el sentido matemtico de la palabra y no filosfico). Sus mtodos son poderosos y trascienden de la Mecnica a otros campos de la fsica. Se puede encontrar el germen de la mecnica analtica en la obra deLeibnizque propone para solucionar los problemas mecnicos otras magnitudes bsicas (menos oscuras segn Leibniz que la fuerza y el momento deNewton), pero ahoraescalares, que son: laenerga cinticay eltrabajo. Estas magnitudes estn relacionadas de forma diferencial. La caracterstica esencial es que, en la formulacin, se toman como fundamentos primeros principios generales (diferenciales e integrales), y que a partir de estos principios se obtengan analticamente las ecuaciones de movimiento.

Lamecnica cunticadescribe, en suvisin ms ortodoxa, cmo en cualquier sistema fsico y por tanto, en todo eluniverso existe una diversa multiplicidad de estados, los cuales habiendo sido descritos mediante ecuaciones matemticas por los fsicos, son denominadosestados cunticos. De esta forma la mecnica cuntica puede explicar la existencia deltomoy revelar los misterios de laestructura atmica, tal como hoy son entendidos; fenmenos que no puede explicar debidamente lafsica clsicao ms propiamente lamecnica clsica.De forma especfica, se considera tambin mecnica cuntica, a la parte de ella misma que no incorpora larelatividaden su formalismo, tan slo como aadido mediante lateora de perturbaciones.La parte de la mecnica cuntica que s incorpora elementos relativistas de manera formal y con diversos problemas, es lamecnica cuntica relativistao ya, de forma ms exacta y potente, lateora cuntica de campos(que incluye a su vez a laelectrodinmica cuntica,cromodinmica cunticayteora electrodbildentro delmodelo estndar)y ms generalmente, lateora cuntica de campos en espacio-tiempo curvo. La nica interaccin que no se ha podido cuantificar ha sido lainteraccin gravitatoria.La mecnica cuntica es el fundamento de los estudios deltomo, suncleoy laspartculas elementales(siendo necesario el enfoque relativista). Tambin enteora de la informacin,criptografayqumica.Las tcnicas derivadas de la aplicacin de la mecnica cuntica suponen, en mayor o menor medida, el 30 por ciento delPIBde los Estados Unidos.

Ladinmicaes la rama de lafsicaque describe la evolucin en el tiempo de un sistema fsico en relacin con las causas que provocan los cambios deestado fsicoy/o estado de movimiento. El objetivo de la dinmica es describir los factores capaces de producir alteraciones de unsistema fsico, cuantificarlos y plantearecuaciones de movimientoo ecuaciones de evolucin para dicho sistema de operacin. El estudio de la dinmica es prominente en lossistemas mecnicos(clsicos,relativistasocunticos), pero tambin en latermodinmicayelectrodinmica. En este artculo se describen los aspectos principales de la dinmica en sistemas mecnicos, y se reserva para otros artculos el estudio de la dinmica en sistemas no mecnicos.En otros mbitos cientficos, como laeconomao labiologa, tambin es comn hablar de dinmica en un sentido similar al de la fsica, para referirse a las caractersticas de la evolucin a lo largo del tiempo del estado de un determinado sistema.

Sistemas electromagnticosEl sistema electromagntico, el cual es dominante en Europa, es usado por muchas tiendas de venta al por menor, supermercados y libreras por todo el mundo. En esta tecnologa, una tira magntica con un adhesivo, es puesta en el producto que se est vendiendo. Esta tira no es retirada cuando se hace la verificacin simplemente es desactivada por el escner, el cual usa un campo magntico especfico de alta intensidad. Una de las ventajas de estas tiras en el sistema electromagntico, es que puede ser reactivado y usado con un muy bajo coste. Mucha gente se refiera a esta tira o cinta, como una etiqueta electromagntica, y es simplemente un trozo decableque tiene una alta permeabilidad, haciendo fcil que las seales magnticas fluyan por l.Para una explicacin rpida de lo que pasa en estas etiquetas, al pasar por las barreras, se permiten que los flujos magnticos pasen por la etiqueta hasta que se satura. Cuando se satura, desde una perspectiva magntica, empieza a parecer como aire. La saturacin ocurre de forma abrupta y es una parte importante del diseo de la etiqueta. En uno de estos sistemas, tenemos dos barreras (ver foto) donde la etiqueta electromagntica debe pasar por el medio. Una de estas barreras es el transmisor y la otra el receptor. Cuando la etiqueta va del estado activa a saturado, el receptor detecta el cambio en la cantidad de seal cogida del transmisor (esto se puede ver como un pico en el receptor).La saturacin ocurre dos veces en cada ciclo en el ciclo positivo del transmisor y una vez en el ciclo negativo. Lo que ocurre es que el sistema est chuequeando el material usando para hacer la etiqueta. En trminos cientficos, la permeabilidad del acero es ms baja que el metal usado para hacer la etiqueta. Adems de eso, cuando el acero llega a la saturacin, tiende a hacerlo lentamente, no de forma abruta. Por lo tanto, los sistemas electromagnticos usan estas diferencias entre una objeto con etiqueta todava activada abandonando la tienda, y una llave inglesa en el bolsillo de alguien.Una pieza magnetizada con un material semi duro magntico (bsicamente un imn dbil), es puesta cerca del material activo para desactivarlo. Cuando magnetizas el material semi duro, satura la etiqueta y lo pone en un estado inactivo saturado. Este tipo de etiqueta se suele usar en libreras, donde puede ser reactivado al desmagnetizar el material magntico semi duro.Los sistemas electromagnticos funcionan al aplicar intensivos campos magnticos de baja frecuencia generados por laantenadel transmisor. Cuando la tira pasa por la barrera, transmitir un nico patrn de frecuencia. Este patrn es a su vez recogido por un receptor de antena adyacente. La pequea seal es procesada y conmutar la alarma cuando el patrn especfico sea reconocido. Debido a la dbil respuesta de la etiqueta y la baja frecuencia y al intensivo ampo requerido por el sistema electromagntico, las antenas en estos sistemas son ms grandes que aquellos usados por muchos sistemas EAS, y la distancia mxima entre estas dos barreras es de un metro. Por otra parte y debido a las bajas frecuencias que hay, las tiras pueden ser aadidas directamente a superficies de metal. Esto es porque los sistemas electromagnticos son populares enhardware, libros y tiendas de msica.

Unidad 2Propiedades mecnicas y fsicas de los materiales.2.1 Propiedades Mecnicas

En ingeniera, las propiedades mecnicas de los materiales son las caractersticas inherentes, que permiten diferenciar un material de otro. Tambin hay que tener en cuenta el comportamiento que puede tener un material en los diferentes procesos de mecanizacin que pueda tener.

ElasticidadEl trmino elasticidad designa la propiedad mecnica de ciertos materiales de sufrir deformaciones reversibles cuando se encuentran sujetos a la accin de fuerzas exteriores y de recuperar la forma original si estas fuerzas exteriores se eliminan.

PlasticidadLa plasticidad es la propiedad mecnica que tiene un material para deformarse permanentemente e irreversiblemente cuando se encuentra sometido a tensiones por encima de su limite elstico.

Resistencia a la fluenciaEs la fuerza que se le aplica a un material para deformarlo sin que recupere su antigua forma al parar de ejercerla.

resistencia a la traccin o resistencia ltimaIndica la fuerza de mxima que se le puede aplicar a un material antes de que se rompa.

Resistencia a la torsinFuerza torsora mxima que soporta un material antes de romperse.

Resistencia a la fatigaDeformacin de un material que puede llegar a la ruptura al aplicarle una determinada fuerza repetidas veces.

DurezaLa dureza es la propiedad que tienen los materiales de resistir el rayado y el corte de su superficie. Por ejemplo: la madera puede rayarse con facilidad, esto significa, que no tiene mucha dureza, mientras que el vidrio cuando lo rayas no queda marca, por lo tanto tiene gran dureza.

FragilidadLa fragilidad intuitivamente se relaciona con la cualidad de los objetos y materiales de romperse con facilidad. Aunque tcnicamente la fragilidad se define ms propiamente como la capacidad de un material de fracturarse con escasa deformacin, a diferencia de los materiales dctiles que se rompen tras sufrir acusadas deformaciones plsticas.

TenacidadLa tenacidad es una medida de la cantidad de energa que un material puede absorber antes de fracturarse. Evala la habilidad de un material de soportar un impacto sin fracturarse.

Resiliencia o resistencia al choqueEs la energa que absorbe un cuerpo antes de fracturarse.

DuctilidadLa ductilidad es una propiedad que presentan algunos materiales, como las aleaciones metlicas o materiales asflticos, los cuales bajo la accin de una fuerza, pueden deformarse sosteniblemente sin romperse, permitiendo obtener alambres o hilos de dicho material. A los materiales que presentan esta propiedad se les denomina dctiles. Los materiales no dctiles se clasifican de frgiles. Aunque los materiales dctiles tambin pueden llegar a romperse bajo el esfuerzo adecuado, esta rotura slo se produce tras producirse grandes deformaciones.

MaleabilidadLa maleabilidad es la propiedad de la materia, que junto a la ductilidad presentan los cuerpos al ser elaborados por deformacin. Se diferencia de aquella en que mientras la ductilidad se refiere a la obtencin de hilos, la maleabilidad permite la obtencin de delgadas lminas de material sin que ste se rompa. Es una cualidad que se encuentra opuesta a la ductilidad puesto que en la mayora de los casos no se encuentran ambas cualidades en un mismo material.

MaquinabilidadLa maquinabilidad es una propiedad de los materiales que permite comparar la facilidad con que pueden ser mecanizados por arranque de virutas.

2.2 PROPIEDADES OPTICAS DE LOS MATERIALESPROPIEDADES OPTICASLas propiedades pticas estn ntimamente vinculadas con la estructura molecular. Las propiedades pticas tienen su gran importancia para la presentacin en muchos de los productos.

Densidad pticaLa densidad ptica es el grado de opacidad de cualquier medio translcido, algunas veces expresadas como el logaritmo de la opacidad.La densidad optica es medida mediante dispositivos llamados densmetros.El densitmetro es bsicamente una fuente de luz que apunta a una celda fotoelctrica, que determina la densidad de la muestra a partir de diferencias en las lecturas. Los densitmetros modernos tienen adems electrnica integrada para mejorar las lecturas.Existen dos tipos de densmetros:-Densitmetros por transmisin, que miden materiales transparentes.-Densitmetros por reflexin, que miden la luz reflejada desde una superficie.Algunos tipos de densitmetros tienen la capacidad de realizar ambos tipos de medicinOpacidadLa opacidad de un material es la inhabilidad de transmitir luz, teniendo una transmitancia de luz de cero (0). Con materiales en capa fina, la opacidad depende del espesor (aunque normalmente opaco, el oro, laminado lo suficientemente fino, transmite algo de luz). A continuacin, instrumento utilizado para medir la opacidad en muestras lmina de transparente.Cuenta con un compartimiento donde se coloca la muestra.

Medidor de opacidad

TransmitanciaLa transmitancia es la habilidad de un material para dejar pasar la luz a travs de el, sea especular o difusa.La transmitancia ptica que se define como la fraccin de luz incidente, a una longitud de onda especificada, que pasa a travs de una muestra.Su expresin matemtica es:

dondeI0es la intensidad del rayo incidente, eIes la intensidad de la luz que viene de la muestra.La tramitancia es medida mediante espectrofotmetros

Espectrofotmetro

OpalescenciaLa opalescencia es la limitada claridad de visin a travs de una hoja de plstico transparente y a cualquier ngulo. En plsticos, con una luz ligeramente coloreada parece opalino.

2.3 PROPIEDADES TERMICAS PROPIEDADES TERMICASLas propiedades trmicas describen el comportamiento de los polmeros frente a la accin del calor. Para los termoplsticos algunas de ellas son extremadamente importantes.Calor especficoEs la cantidad de calor requerida para elevar la unidad de masa de una sustancia en una unidad de temperatura o bien la cantidad de calor requerida para elevar la temperatura de una masa determinada de sustancia en 1 grado Celsius o un kelvin, a una especificada temperatura, expresada en J/kg K (antes (cal/gC). Tambin es la razn de la capacidad trmica de una sustancia con la del agua a 15C, pero si se considera como relacin, el calor especfico no tiene dimensin. Es necesario fijar la temperatura a la que se hizo la medicin.

A continuacin se muestran calores especficos a 20C de varios polmerosPolicloruro de vinilo0,22

Poliestireno0,30

Poliamidas0,40 -0,50

Polietileno0,55

Agua1,00

Conductividad trmicaEs la cantidad de calor Q, pasando durante el tiempo t a travs de una plancha de una sustancia con rea a y diferencia de temperaturas T por un espesor b (medido normal en la direccin del flujo de calor, puede definirse como:

Donde K es una constante conocida como conductividad trmica, la cual puede considerarse como la cantidad de calor pasando a travs de una unidad de rea de una sustancia cuando el gradiente de temperatura AT (medido a travs de la unidad de espesor, en la direccin del flujo de calor) es unidad.La conductividad trmica es expresada en W/Km - tambin cal/g C. El valor vara ligeramente con la temperatura.Los polmeros orgnicos son relativamente pobres conductores del calor, y unos cuantos de ellos pueden expandirse a espumas slidas o estructuras celulares, en las que la conductividad trmica disminuye hasta un valor muy bajo. La aislacin trmica de las prendas de vestir depende largamente de la baja conductibilidad del aire quieto atrapado dentro de sus intersticios.

Conductividad trmica de algunos materiales expresada en W/Km:Acero44

Cobre115

Agua0,58

Aire0,02

Madera0,17

Acrlico0,18

Poliamida0,25

Policarbonato0,20

Poliestireno0,12

Expandidosmenos de 0,05

Coeficiente de dilatacin linealEs el reversible incremento de la longitud de una unidad de largo de un material, por efecto de la temperatura. El coeficiente de dilatacin o expansin lineal se expresa como= AL/At

Se denomina coeficiente de dilatacin lineal al cociente entre la diferencia de longitud y la diferencia de temperatura que experimenta un cuerpo por esta causa. (El cbico, para un material isotrpico, es aproximadamente el triple).La razn de expansin tiende a incrementarse con el aumento de temperatura, pero dentro de un cierto rango (mas o menos 10 C) el coeficiente para un dado material puede considerarse constante, a condicin que no exista cambio de estado (de policristalino a amorfo) ocurra dentro del intervalo de temperatura.La dilatacin trmica de los polmeros orgnicos es alta con relacin a otros materiales de construccin, pero puede reducirse con la inclusin de cargas minerales.Coeficientes de dilatacin lineal de algunos materialesMaterial(C-1) x 10-6

Madera5,5

Acero10,8

Polietileno110- 150

Poliestireno60-80

PTFE50-100

Poliestireno60-80

Fenol-formaldehdo30-45

Poliamidas90-108

Siliconas8-60

ndice de fundido o de fluenciaEl ndice de fundido para termoplsticos es una medida de la cantidad de material en gramos que se extruye travs de un pequeo orificio en 10 minutos a una presin y temperatura determinadas. La norma ASTM D 1238 especifica los detalles que debe cumplir el aparato que se conoce con el nombre de plastmetro.Este ndice es muy usado pues una prueba sencilla y rpida que proporciona una relacin con el peso molecular de material (nada indica sobre su distribucin) y con la viscosidad.

Medidor de ndice de fluenciaDetermina el ndice o velocidad de fluidez de un polmero extrudo en estado fundido a travs de una boquilla calibrada y utilizando una pesa de referencia estandarizadas (2.16 Kg, 5 Kg y 21.6 Kg)

Equipo moderno de medicin de ndice de fluencia

2.4 PROPIEDADES ELECTRICASEn laactualidadda a da utilizamos distintos objetos yherramientas, estos de aqu se encuentran hechos de distintosmateriales. Los materiales se pueden clasificar en: Materiales metlicos Materiales polmeros Materiales cermicosCada uno de los cuales tienen distintas propiedades debido a suestructuray su composicin. Las propiedades de cada uno de los materiales varan de acuerdo a sufuerzade enlace (energa de enlace), disposicin atmica y empaquetamiento de tomos en cada slido. Estas propiedades sirven para eldiseodeestructurasy maquinarias en laingenieray en el da a da.Es importante establecer que al mismotiempoque existen distintos tipos de materiales, existen tambin para cada uno de ellos, diferentes tipos de propiedades. Las propiedades principalmente frecuentadas en la ingeniera de los materiales son: Propiedades elctricas: basadas en como reacciona un material ante un campo elctrico. Propiedades mecnicas: basadas en elcomportamientoante un fenmeno externo. Propiedades magnticas: basada en el comportamiento de un material en presencia de un campo magntico. Propiedades trmicas: basada en la reaccin de un material en durante cambios detemperatura. Propiedades pticas: basadas en el comportamiento de los materiales en presencia deondasluminosas (luz).Elobjetivode esteinformese enfocara en definicin ydescripcinde las propiedades elctricas de un material en dependencia de si ste es cermico, metlico o polmero. De la misma manera, se enfocara en laevaluacinde cadapropiedadpara reconocer las aplicaciones en la ingeniera. Principalmente entonces en cuatro propiedades elctricas ms importantes: conductividad y di-electricidad; superconductividad; y, polarizacin y piezoelectricidad.Es importante establecer entonces apartirde los tres tipos ms referenciales de materiales clasificados de acuerdo a su comportamiento elctricos: conductores,semiconductoresy dielctricos; los cuales podemos analizar de acuerdo a las propiedades antes mencionadas y vincularlos con la clasificacin de acuerdo a su estructura cristalina: metlicos, cermicos y polmeros. Entonces a continuacin se explica brevemente tal clasificacin de los materiales:

CONDUCTORES: Son aquellos con gran nmero de electrones enla Banda de Conduccin, es decir, con gran facilidad para conducir la electricidad (gran conductividad). Todos losmetalesson conductores, unos mejores que otros. SEMICONDUCTORES:Son materiales poco conductores, pero sus electrones pueden saltar fcilmente de la Banda de Valencia a la de Conduccin, si se les comunica energaexterior. Algunos ejemplos son: el Silicio, el Germanio, el Arseniuro de Galio; principalmente cermicos. AISLANTES O DIELECTRICOS:Son aquellos cuyos electrones estn fuertemente ligados al ncleo y por tanto, son incapaces de desplazarse por elinteriory, consecuentemente, conducir. Buenos aislantes son por ejemplo: la mica, la porcelana, el polister; en lo que integran una gran cantidad de materiales cermicos y materiales polmeros.COMPORTAMIENTO ELECTRICO Y CONDUCTIVIDADLas propiedades elctricas de un material describen su comportamiento elctrico -que en muchas ocasiones es ms crtico que su comportamiento mecnico- y describen tambin su comportamiento dielctrico, que es propio de los materiales que impiden el flujo de corriente elctrica y no solo aquellos que proporcionan aislamiento. Los electrones son aquellos que portan la carga elctrica (por deficiencia o exceso de los mismos) e intervienen en todo tipo de material sea este conductor, semiconductor o aislante. En los compuestos inicos, sin embargo, son los iones quienes transportan la mayor parte de la carga. Adicional a esto la facilidad de los portadores (electrones o iones) depende de los enlaces atmicos, las dislocaciones a nivel cristalino, es decir, de su micro-estructura, y de las velocidades de difusin (compuestos inicos). Para esto es necesario antes especificar que el comportamiento elctrico de cualquier material, el cual se deriva a partir de propiedades como la conductividad elctrica. Por eso la conductividad elctrica abarca un gran rango dependiente del tipo de material. Los electrones son precisamente los portadores de la carga en los materiales conductores (como los metales), semiconductores y muchos aislantes, por ello al observar la tabla siguiente podemos observar que dependiendo de su tipo y estructuraelectrnicala conductividad es alta o baja.

MaterialesEstructura electrnicaConductividad (ohm-1. cm-1)

Metales alcalinos:

Na1s22s22p63s12.13E+5

K3s23p64s11.64E+5

Metales alcalinotrreos:

Mg1s22s22p63s22.25E+5

Ca3s23p64s23.16E+5

Metales delgrupoIIIA:

Al1s22s22p63s23p13.77E+5

Ga3s23p63d104s24p10.66E+5

Metales de transmisin:

Fe3d64s21.00E+5

Ni3d84s21.46E+5

Metales del grupo IB:

Cu3d104s15.98E+5

Ag4d105s16.80E+5

Au5d106s14.26E+5

Materiales del grupo IV:

C(diamante)1s22s22p2< 10E-18

Si..3s23p25.00E-6

Ge..3d104s24p20.02

Sn..4d105s25p20.90E+5

Polmeros:

Polietileno10E-15

Politetrafluoroetileno10E-18

Poli-estireno10E-17 a 10E-19

Epoxi10E-12 a 10E-17

Materiales cermicos:

Almina (Al2O3)10E-14

Vidrio de slice10E-17

Nitruro de boro (BN)10E-13

Carburo de silicio (SiC)10E-1 A 10E-2

Carburo de boro (B4C)1 a 2

COMPORTAMIENTO ELECTRONICO DEBIDO A NIVELES DE ENERGALos electrones en los metales se hallan en una disposicin cuntica en la que los niveles de baja energa disponibles para los electrones se hallan casi completamente ocupados, a esteconceptose lo conoce como "teorade banda". En esta teora se dice que losgruposde electrones residen en bandas, que constituyenconjuntosde orbitales. Cada banda tiene un margen devaloresde energa, los cuales poseen electrones pero en defecto (pocos). En el caso de los metales, es el paso de electrones (electrones libres) a estas bandas con defecto de electrones lo que data sus elevadas conductividades tanto trmicas como elctricas.Adicionalmente, dicha banda se conforma de bandas menores:banda de valenciaybanda de conduccin.La banda de valenciaes un nivel de energa en el que se realizan las combinaciones qumicas. Los electrones situados en ella, pueden transferirse de untomoa otro, formando iones que se atraern debido a su diferente carga, o sern compartidos por varios tomos, formando molculas. La banda de conduccin es un nivel de energa en el cual los electrones estn an ms desligados del ncleo, de tal forma que, en cierto modo, todos los electrones (pertenecientes a esa banda) estn compartidos por todos los tomos del slido, y pueden desplazarse por este formando una nube electrnica. Cuando un electrn situado en la banda de valencia se le comunica exteriormente energa, bien sea elctricamente, por temperatura, luz, etc. puede (al ganar energa) saltar a la banda de conduccin, quedando en situacin depoderdesplazarse por el slido.Entre ambas bandas existe una regin de valores de energa que no pueden ser adquiridos por los electrones. Esta regin de valores prohibidos se denomina energy gap es decir brecha de energa.

Cuando aplicamos uncampo elctricoa un slido, los electrones se mueven a estados ligeramente superiores en energa, siempre que dichos estados existan. Esto significa que dichos estados deben estar vacos y permitidos. Esto significa mientras mayores sean los espacios vacos y permitidos -y menor la brecha de energa-, mayor ser la conductividad de un material.Para ver el grfico seleccione la opcin "Descargar" del men superiorLos materiales entonces suelen comportarse elctricamente dependiendo de los espacios vacos permitidos que haya en la banda de energa a la que se mueven. En ciertos casos, comnmente en aislantes y semiconductores, por ejemplo el diamante, estos tienen una brecha de energa grande la cual separa a los electrones de la banda de conduccin. Pocos de los electrones de tales materiales tienen la energa suficiente para poder pasar por este espacio prohibido, y en consecuencia la conductividad elctrica de los mismos es baja (alrededor de 10-18 ohm-1*cm-1). Sin embargo, al aumentarle la temperatura o aplicarle un voltaje aun material, a este se le suministra energa (trmica o elctrica) con lo cual los electrones pueden ganar la energa necesaria para poder pasar a travs de la brecha de energa. Por ejemplo, el nitruro de borio al aumenta su temperatura desdeambientehasta 800C, aumenta su conductividad desde 10-13 hasta 10-4 ohm-1*cm-1.No obstante, los metales o conductores se comportan de otra manera. Al aumentarle la temperatura a un conductor, algunos de los electrones adquieren la energa que les falta para subir a los niveles de energa desocupados. Pese a que elgapde energa es alto, los espacios desocupados de energa estn cercanos y son amplios, por lo que el incremento de temperatura para que los electrones puedan emigrar, es mnimo. Una vez que los electrones pasan a niveles de energa desocupados en la banda de valencia, se ha dejado niveles de energa menores desocupados denominadoshuecos. De esta forma, la carga elctrica puede ser conducida por los electrones excitados (electrones que ganaron energa para pasar por la brecha) y por los huecos recin creados. Es as como no es necesario incrementos altos de temperatura para aumentar la conductividad de un material conductor considerablemente.

Los materiales de ingeniera conocidos son: Materiales metlicos Materiales cermicos Materiales polmerosCada uno de los cuales son diferentes entre s debido a sus propiedades y micro-estructura. Como se nombr al principio de este informe, existen propiedades distintas con que evaluar a los materiales como pticas Mecnicas Elctricas Magnticas Trmicas

2.5 PROPIEDADES MAGNETICAS Propiedades MagnticasEl magnetismo es un fenmeno fsico por la que los materiales ejercen fuerzas de atraccin o repulsin sobre otros..

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Los electrones, son, por as decirlo, pequeos imanes. En un imn todos los electrones tienen la misma orientacin creando una fuerza magntica.

Un material magntico, es aquel que presenta cambios fsicos al estar expuesto a un campo magntico.

Se pueden clasificar en 8 tipos, pero solo tres son los que definiremos en profundidad.

Tipo de MaterialCaractersticas

DiamagnticoLas lineas magnticas de estos materiales, son opuestas al campo magntico al que estn sometidos, lo que significa, que son repelidos. No presenta ningn efecto magntico aparente.Ej: bismuto, plata, plomo, etc.

ParamagnticoCuando estn expuestos a un campo magntico, sus lineas van en la misma direccin, aunque no estn alineadas en su totalidad. Esto significa, que sufren una atraccin similar a la de los imanes.Ej: aluminio, paladio, etc.

FerromagnticoSon materiales que al estar a una temperatura inferior al valor determinado, presentan un campo magntico fuerte.Ej: hierro, cobalto, nquel, etc.

AntiferromagnticoNo es magntico an habiendo un campo magntico.Ej: xido de manganeso.

FerrimagnticoEs menos magntico que los Ferromagntico.Ej: Ferrita de hierro.

SuperparamagnticoMateriales Ferromagnticos suspendidos en una Matriz Dielctrica.Ej: materiales de vdeo y audio

FerritasFerromagntico de bajo nivel de conductividad.

No magnticosLos campos magnticos no tienen efecto en ellos.Ej: el vaco.

El estudio de los materiales magnticos requiere una breve introduccin al tema del magnetismo, esta importante rama de la fsica que esta ntimamente relacionada con el fenmeno elctrico.Podemos considerar elementos magnticos a aquellos elementos de la tabla peridica que tienen electrones desapareados, pero en realidad esto no sucede, ya que slo existen 3 elementos que se magnetizan al aplicarles un campo magntico, son el Hierro (Fe), Cobalto (Co), Nquel (Ni).Aunque los materiales presentan un comportamiento magntico variado, uno de los ms importantes es el ferromagnetismo que, como su nombre lo indica, esta relacionado con las aleaciones metlicas que contienen hierro. El ferrimagnetismo es una sutil variacin del comportamiento ferromagntico presente en algunos materiales compuestos cermicos. Los materiales magnticos metlicos son normalmente clasificados como blandos o duros dependiendo de su comportamiento magntico. Los materiales magnticos cermicos son ampliamente utilizados y se hallan mejor representados por muchos compuestos de ferrita basados en la estructura cristalina de la espinela inversa.Para entender ms profundamente la naturaleza de varios de estos materiales magnticos, se realizar a continuacin una breve explicacin de los fundamentos del magnetismo y sus propiedades.El magnetismo no es ms que el fenmeno fsico asociado con la atraccin de determinados materiales; es decir por medio del cual los materiales ejercen fuerza de atraccin o de repulsin sobre otros materiales. Las fuerzas magnticas son producidas por el movimiento de partculas cobradas como los electrones, mientras indican la relacin ntima entre electricidad y magnetismo. El marco unificado para estas dos fuerzas se llama la teora electromagntica.Un anillo de corriente elctrica genera una regin de atraccin fsica, o campo magntico, elcampo magnticono es mas que la regin del espacio en la que se manifiestan los fenmenos magnticos. Estos actan segn unas imaginarias "lneas de fuerza": stas son el camino que sigue la fuerza magntica conocidas tambin como lneas de flujo magntico (este campo se traduce en unas lneas de fuerza y dos polos de los que parten estas lneas conocidas como bipolar).La intensidad o direccin del campo magntico en un determinado punto cercano al anillo de corriente viene dado porH, una magnitud vectorial.La evidencia ms familiar de magnetismo es que la fuerza atractiva o repulsiva observ para actuar entre los materiales magnticos como hierro. Se encuentran los efectos ms sutiles de magnetismo, sin embargo, en toda la materia. Estos efectos han proporcionado las pistas importantes a la estructura atmica de materia.Materiales Magnticos:estos materiales son aquellos que poseen una forma especializada de energa que esta relacionada con la radiacin electromagntica, y sus propiedades y estructura se distinguen de los dems por las caractersticas magnticas que poseen.Propiedades Magnticas Macroscpicas:son producto de los momentos magnticos asociados con los electrones individuales. Cuando el electrn gira alrededor del ncleo, se convierte en una carga elctrica en movimiento, por lo que se genera un momento magntico. Cada electrn gira alrededor de si mismo creando un momento magntico.El momento magntico neto de un tomo es la suma de los momentos magnticos generados por los electrones. Si incluyen los momentos orbtales, de rotacin, y el hecho de que los momentos pueden cancelarse.En los tomos donde el nivel de energa de los electrones estn completamente llenos, todos los momentos se cancelan. Estos materiales no puedes ser magnetizados permanentemente (Gases inertes y algunos materiales inicos).De acuerdo a sus propiedades magnticas y cuando los materiales se someten a un campo magntico, estos se pueden clasificar en:1. Diamagnticos:los materiales diamagnticos son `dbilmente repelidos' por las zonas de campo magntico elevado. Cuando se someten a un campo, los dipolos se orientan produciendo campos magnticos negativos, contrarios al campo aplicado. Los valores de susceptibilidad de estos materiales es pequea y negativa y su permeabilidad prxima a la unidad. Tambin estos materiales son una forma muy dbil de magnetismo, la cual es no permanente y persiste no solamente cuando se aplica un campo externo.1. Paramagnticos:los materiales paramagnticos son dbilmente atrado por las zonas de campo magntico intenso. Se observa frecuentemente en gases. Los momentos dipolares se orientan en direccin al campo, y tiene permeabilidades prximas a la unidad y su susceptibilidad es pequea pero positiva. Este efecto desaparece al dejar de aplicar el campo magntico.Es decir que el paramagnetismo se produce cuando las molculas de una sustancia tienen un momento magntico permanente. El campo magntico externo produce un momento que tiende a alinear los dipolos magnticos en la direccin del campo. La agitacin trmica aumenta con la temperatura y tiende a compensar el alineamiento del campo magntico. En las sustancias paramagnticas la susceptibilidad magntica es muy pequea comparada con la unidad.1. Ferromagnticos:se caracterizan por ser siempre metlicos, y su intenso magnetismo no es debido a los dipolos. Este magnetismo puede ser conservado o eliminado segn se desee, los 3 materiales ferromagnticos son el hierro, el cobalto y el nquel. La causa de este magnetismo son los electrones desapareados de la capa 3d, que presentan estos elementos. Como se ha indicado, los materiales ferromagnticos afectan drsticamente las caractersticas de los sistemas en los que se los usa.

UNIDAD 3 MATERIALES METLICOS 3.1.1 HIERRO COLADOElhierro fundido,hierro colado, ms conocido comofundicin gris, es un tipo dealeacin, cuyo tipo ms comn es el conocido como hierro fundido gris.Elhierro grises uno de los materiales ferrosos ms empleados y su nombre se debe a la apariencia de su superficie al romperse. Esta aleacin ferrosa contiene en general ms de 2% decarbonoy ms de 1% desilicio, adems demanganeso,fsforoyazufre. Una caracterstica distintiva del hierro gris es que el carbono se encuentra en general comografito, adoptando formas irregulares descritas como hojuelas. Este grafito es el que da la coloracin gris a las superficies de ruptura de las piezas elaboradas con este material.Las propiedades fsicas y en particular las mecnicas varan dentro de amplios intervalos respondiendo a factores como la composicin qumica, rapidez de enfriamiento despus del vaciado, tamao y espesor de las piezas, prctica de vaciado, tratamiento trmico y parmetros micro estructurales como la naturaleza de la matriz y la forma y tamao de las hojuelas de grafito.Un caso particular es el delgrafito esferoidal, que comienza a utilizarse en los aos1950, a partir de entonces ha desplazado otros tipos de hierro maleable y hierro gris.Entre los primeros usos de este material se dieron, en Europa occidental, en el ao1313, especficamente en la fabricacin decaones, y presumiblemente en la misma poca se comenzaron a utilizar tambin en la construccin detuberas. Se tienen registros de que en1455la primera tubera de hierro fundido fue instalada enAlemania, en el Castillo Dillenberg.El proceso de fabricacin de los tubos de hierro fundido ha tenido profundas modificaciones, pasando del mtodo antiguo de foso de colada hasta el proceso moderno por medio de la centrifugacin.La composicin tpica para obtener una microestructura grafitica es de 2.5 a 4% decarbonoy de 1 a 3% desilicio, elsiliciojuega un papel importante en diferenciar a la fundicin gris de la fundicin blanca, esto es debido a que elsilicioes unestabilizador de grafito, esto significa que ayuda a precipitar el grafito desde loscarburos de hierro. Otro factor importante que ayuda a la formacin de grafito es la velocidad de solidificacin de la colada, una velocidad lenta tender a producir ms grafito y una matriz ferritica, una velocidad moderada tender a producir una mayor matrizperlitica, para lograr una matriz 100% ferritica, se debe someter la fundicin a un tratamiento trmico de recocido.Un enfriamiento veloz suprimir parcial o totalmente la formacin degrafitoy en cambio propiciar la formacin decementita, lo cual se conoce como Fundicin Blanca.

La Fundicin gris es una aleacin comn en la ingeniera debido a su relativo bajo costo y buena maquinabilidad, lo que es resultado de las bandas degrafitoque lubrican el corte y la viruta. Tambin tiene buena resistencia al desgaste, debido a que las "hojuelas" degrafitosirven de autolubricante. La fundicin gris posee una rotura frgil, es decir, no es dctil, por lo que no presenta deformaciones permanentes importantes antes de llevarla a su tensin de rotura: no es tenaz. Al tener una alta tensin de rotura, pero baja ductilidad, casi toda su curva de tensin alargamiento presente muchas zonas en donde las tensiones son proporcionales a las deformaciones: tiene mucha resiliencia, es decir, capacidad de absorber trabajo en el perodo elstico o de deformaciones no permanentes. Elsiliciopromueve una buena resistencia a la corrosin e incrementa la fluidez de la colada de fundicin, la fundicin gris es considerada, generalmente, fcil de soldar.Comparada con otras aleaciones de hierro modernas, el hierro gris tiene una baja resistencia a la traccin yductibilidad; por lo tanto su resistencia al impacto es casi inexistente.Las fundiciones, incluyendo tambin las de acero, se han reconocido (2009) como factores de riesgo para el cncer de pulmn. .

3.1.2 HIERRO DULCEElhierro forjado(ohierro dulce) es un material de hierro que posee la propiedad de poder serforjadoy martillado cuando est muy caliente (al rojo) y que se endurece enfrindose rpidamente. Funde a temperatura mayor de 1500C, es pocotenazy puede soldarse mediante forja.Caractersticas Se caracteriza por el bajo contenido decarbono(entre 0,05% y 0,25%), siendo una de las variedades, de uso comercial, con ms pureza enhierro. Esduro,maleabley fcilmentealeablecon otrosmetales, sin embargo es relativamente frgil, y poco apto para ser utilizado en la confeccin delminas, tales comoespadas, etc. El hierro forjado ha sido empleado durante miles de aos, y ha sido la composicin ms habitual del "hierro" tal como se ha conocido a lo largo de la historia.Tradicionalmente, el hierro forjado ha sido obtenido a partir delmineraldehierrocalentado a altas temperaturas en unaforja. Luego, se proceda a golpearlo, en un proceso en el que se buscaba eliminar las impurezas yescoriascontenidas en el mineral.

Los procesos industriales del siglo XIX permitieron producir hierro forjado en grandes cantidades, de modo que se pudo utilizar este material en laconstruccinde grandes estructuras dearquitecturaeingeniera.La dificultad de realizar uniones de elementos de hierro forjado mediantesoldaduraha relegado el empleo de este material a usos decorativos o secundarios en la construccin, tales como enrejados y otras piezas.

3.1.3 acerosEl trminoacerosirve comnmente para denominar, eningeniera metalrgica, a unamezcladehierrocon una cantidad decarbono variable entre el 0,03% y el 2,14% en masa de su composicin, dependiendo del grado. Si la aleacin posee una concentracin de carbono mayor al 2,14% se producenfundicionesque, en oposicin al acero, son mucho ms frgiles y no es posibleforjarlassino que deben sermoldeadas.No se debe confundir el acero con elhierro, que es unmetalrelativamenteduroy tenaz, condimetro atmico(dA) de 2,48, con temperatura de fusinde 1535Cypunto de ebullicin2740C. Por su parte, el carbono es unno metalde dimetro menor (dA = 1,54), blando y frgil en la mayora de susformas alotrpicas(excepto en la forma dediamante). Ladifusinde esteelementoen la estructura cristalina del anterior se logra gracias a la diferencia en dimetros atmicos, formndose uncompuesto intersticial.La diferencia principal entre el hierro y el acero se halla en el porcentaje del carbono: el acero es hierro con un porcentaje de carbono de entre el 0,03% y el 1,075%, a partir de este porcentaje se consideran otras aleaciones con hierro.Cabe destacar que el acero posee diferentes constituyentes segn su temperatura, concretamente, de mayor a menor dureza, perlita, cementita y ferrita; adems de la austenita (para mayor informacin consultar el artculoDiagrama Hierro-Carbono).El acero conserva las caractersticas metlicas del hierro en estado puro, pero la adicin de carbono y de otros elementos tanto metlicos como no metlicos mejora suspropiedades fsico-qumicas.Existen muchos tipos de acero en funcin del elemento o los elementos aleantes que estn presentes. La definicin en porcentaje de carbono corresponde a losaceros al carbono, en los cuales este no metal es el nico aleante, o hay otros pero en menores concentraciones. Otras composiciones especficas reciben denominaciones particulares en funcin de mltiples variables como por ejemplo los elementos que predominan en su composicin (aceros al silicio), de su susceptibilidad a ciertos tratamientos (aceros de cementacin), de alguna caracterstica potenciada (aceros inoxidables) e incluso en funcin de su uso (aceros estructurales). Usualmente estas aleaciones de hierro se engloban bajo la denominacin genrica deaceros especiales, razn por la que aqu se ha adoptado la definicin de los comunes o "al carbono" que adems de ser los primeros fabricados y los ms empleados,sirvieron de base para los dems. Esta gran variedad de aceros llev aSiemensa definir el acero como un compuesto de hierro y otra sustancia que incrementa su resistencia

A su vez, los anteriores tipos de aceros la norma UNE EN 10020:2001 los clasifica segn la calidad del acero de la manera siguiente: Aceros no aleadosLos aceros no aleados segn su calidad se dividen en:- Aceros no aleados de calidad: son aquellos que presentan caractersticas especficas en cuanto a su tenacidad, tamao de grano, formabilidad, etc.- Aceros no aleados especiales: son aquellos que presentan una mayor pureza que los aceros de calidad, en especial en relacin con el contenido de inclusiones no metlicas. Estos aceros son destinados a tratamientos de temple y revenido, caracterizndose por un buen comportamiento frente a estos tratamientos. Durante su fabricacin se lleva a cabo bajo un control exhaustivo de su composicin y condiciones de manufactura. Este proceso dota a estos tipos de acero de valores en su lmite elstico o de templabilidad elevados, a la vez, que un buen comportamiento frente a la conformabilidad en fro, soldabilidad o tenacidad.Tablas de PerfilesAcceso a las tablas de perfiles normalizados.

Estructuras de Acero en Edificacin Aceros aleadosLos aceros aleados segn su calidad se dividen en:- Aceros aleados de calidad: son aquellos que presentan buen comportamiento frente a la tenacidad, control de tamao de grano o a la formabilidad. Estos aceros no se suelen destinar a tratamientos de temple y revenido, o al de temple superficial. Entre estos tipos de aceros se encuentran los siguientes:I) Aceros destinados a la construccin metlica, aparatos a presin o tubos, de grano fino y soldables;II) Aceros aleados para carriles, tablestacas y cuadros de entibacin de minas;III) Aceros aleados para productos planos, laminados en caliente o fro, destinados a operaciones severas de conformacin en fro;IV) Aceros cuyo nico elemento de aleacin sea el cobre;V) Aceros aleados para aplicaciones elctricas, cuyos principales elementos de aleacin son el Si, Al, y que cumplen los requisitos de induccin magntica, polarizacin o permeabilidad necesarios.- Aceros aleados especiales: son aquellos caracterizados por un control preciso de su composicin qumica y de unas condiciones particulares de elaboracin y control para asegurar unas propiedades mejoradas. Entre estos tipos de acero se encuentran los siguientes:I) Aceros aleados destinados a la construccin mecnica y aparatos de presin;II) Aceros para rodamientos;III) Aceros para herramientas;IV) Aceros rpidos;V) Otros aceros con caractersticas fsicas especiales, como aceros con coeficiente de dilatacin controlado, con resistencias elctricas, etc. Aceros inoxidablesLos aceros inoxidables segn su calidad se dividen en:- Segn su contenido en Nquel:I) Aceros inoxidables con contenido en Ni < 2.5%;II) Aceros inoxidables con contenido en Ni 2.5%;

- Segn sus caractersticas fsicas:I) Aceros inoxidables resistentes a la corrosin;II) Aceros inoxidables con buena resistencia a la oxidacin en caliente;III) Aceros inoxidables con buenas prestaciones frente a la fluencia.2.3- Por su aplicacinSegn el uso a que se quiera destinar, los aceros se pueden clasificar en los siguientes: Aceros de construccin: este tipo de acero suele presentar buenas condiciones de soldabilidad; Aceros de uso general: generalmente comercializado en estado bruto de laminacin; Aceros cementados: son aceros a los cuales se les ha sometido a un tratamiento termoqumico que le proporciona dureza a la pieza, aunque son aceros tambin frgiles (posibilidad de rotura por impacto). El proceso de cementacin es un tratamiento termoqumico en el que se aporta carbono a la superficie de la pieza de acero mediante difusin, modificando su composicin, impregnado la superficie y sometindola a continuacin a un tratamiento trmico;PROGRAMA DE COLABORACINColabora en el sostenimiento de esta WEB

Aceros para temple y revenido: Mediante el tratamiento trmico del temple se persigue endurecer y aumentar la resistencia de los aceros. Para ello, se calienta el material a una temperatura ligeramente ms elevada que la crtica y se somete a un enfriamiento ms o menos rpido (segn caractersticas de la pieza) con agua, aceite, etc. Por otro lado, el revenido se suele usar con las piezas que han sido sometidas previamente a un proceso de templado. El revenido disminuye la dureza y resistencia de los materiales, elimina las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada. Se distingue bsicamente del temple en cuanto a temperatura mxima (unos 50 C menor que el templado) y velocidad de enfriamiento (se suele enfriar al aire). La estructura final conseguida es martensita revenida; Aceros inoxidables o para usos especiales: loa aceros inoxidables son aquellos que presentan una aleacin de hierro con un mnimo de 10% de cromo contenido en masa. El acero inoxidable es resistente a la corrosin, dado que el cromo, u otros metales que contiene, posee gran afinidad por el oxgeno y reacciona con l formando una capa exterior pasivadora, evitando as la corrosin del hierro en capas interiores. Sin embargo, esta capa exterior protectora que se forma puede ser afectada por algunos cidos, dando lugar a que el hierro sea atacado y oxidado por mecanismos intergranulares o picaduras generalizadas. Algunos tipos de acero inoxidable contienen adems otros elementos aleantes, como puedan ser el nquel y el molibdeno; Aceros para herramientas de corte y mecanizado: son aceros que presentan una alta dureza y resistencia al desgaste; Aceros rpidos: son un tipo de acero especial para su uso como herramienta de corte para ser utilizados con elevadas velocidades de corte. Generalmente van a presentarse con aleaciones con elementos como el W, Mo y Mo-Co.Clasificacin de los materiales de los Grupos 2 y 3

Rangos de numeracinMetales base no ferrosos

2.0000 a 2.1799Cobre

2.18000 a 2.1999Reservado

2.20000 a 2.2499Zinc, Cadmio

2.5000 a 2.2999Reservado

2.30000 a 2.3499Plomo

2.3500 a 2.3999Estao

2.4000 a 2.4999Nquel, Cobalto

2.5000 a 2.5999Metales nobles

2.6000 a 2.6999Metales de alta fusin

2.7000 a 2.9999Reservado

3.0000 a 3.4999Aluminio

3.5000 a 3.5999Magnesio

3.6000 a 3.6999Reservado

3.7000 a 3.7999Titanio

3.8000 a 3.9999Reservado

Los nmeros denotan la fusin de lo metales y los equipos de procesos y la condicin. Los siguientes dgitos son usados para indicar la condicin:0. cualquier tratamiento o sin tratamiento trmico.1. normalizado.2. recocido.3. tratamiento trmico para mejorar maquinabilidad o esferoidizacin.4. templado y revenido o endurecido por precipitacin para bajas resistencias.5. templado y revenido o endurecido por precipitacin.6. templado y revenido o endurec