Propiedades y Estructura de los Materiales Metálicos: Conceptos Clave

Propiedades Mecánicas de los Materiales

• Plasticidad: Capacidad de un material para conservar la forma que se le ha dado después de ser deformado.
• Ductilidad: Capacidad de un material para ser moldeado en forma de alambre.
• Tenacidad: Capacidad de un material de absorber energía antes de romperse.
• Maleabilidad: Capacidad de un material para ser moldeado en láminas.

(Para que mantenga su forma, alambre, cable, martillo, chasis de un coche)

Enlace Metálico

¿En qué consiste el enlace metálico?

Consiste en los electrones que abandonan el átomo y forman una nube electrónica.

Estado Cristalino de la Materia

Son los átomos agrupados en tres planos formando una red o una celda unidad.

Celda Unidad en una Red Puntual Tridimensional

¿Cómo se define la celda unidad en una estructura cristalina?

Es el conjunto de átomos agrupados en tres familias o tres planos. Queda definida como la agrupación de átomos en una red cristalina.

Diferencia entre Celda Primitiva y No Primitiva

Las celdas primitivas tienen los átomos en los vértices, mientras que las celdas no primitivas tienen átomos en las caras de la red cristalina, en su centro o en sus bases.

Tipos de Celdas

Sencilla, centrada en las caras, centrada en las bases.

Estructuras Cristalinas Comunes en Metales

Tres estructuras cristalinas en las que cristalizan el 90% de los metales:

BCC (cúbico centrado en el cuerpo), FCC (cúbico centrado en las caras) y CP (hexagonal compacta). Su forma cristalina.

Intersticio Cristalino

Es un átomo que se ha colocado en un hueco entre otros dos átomos.

Transformación Alotrópica

Las distintas formas de una misma red cristalina que varían por la temperatura.

Defectos en la Estructura Cristalina

Defectos:

1. Átomos intersticiales (situados en los huecos).
2. Lugares vacantes (falta un átomo).
3. Átomos extraños (átomo que no es del mismo elemento de la estructura cristalina).

Difusión

Los átomos van a ocupar los lugares vacantes para ordenar la estructura. Lo favorece la temperatura, presión, etc.

Impurezas en Materiales Semiconductores

¿Cómo se introducen impurezas de tipo P o N en un material semiconductor?

Los de tipo P tienen menos electrones y los de tipo N tienen un exceso de electrones, por lo que se origina una corriente eléctrica de N a P. Esto se aprovecha para los materiales semiconductores.

Tipos de Defectos

Con átomos internos, con lugares vacantes, con átomos extraños.

Dislocaciones

¿Qué son las dislocaciones y por qué son importantes para la resistencia de un material?

Son los defectos lineales en una red cristalina. Sirven para comprobar su resistencia.

Defecto por Apilamiento

Consiste en la secuencia de planos densamente empaquetados como por ejemplo ABCABC... pero si se produce un defecto en uno de los planos, podría cambiar a ABCBCA...

Representación de Átomos

OOO > Átomos ordenados // > Átomos desordenados

Isotropía y Anisotropía

En el material isótropo, sus átomos tienen una orientación aleatoria, mientras que en los materiales anisótropos todos sus átomos tienen la misma orientación, es decir, se centran en un mismo sentido.

Aleación

Es la mezcla de dos o más elementos, de los cuales uno de ellos es un metal, de forma que queden sus átomos conjuntamente alineados.

Aleación Metálica

Los elementos a mezclarse deben ser miscibles en estado líquido para que, al solidificarse, quede homogéneo, y así obtener un carácter metálico.

Soluto en Aleaciones

¿Qué ocurre cuando dos metales de una aleación no cristalizan en la misma red?

Sería el material cuya estructura cristalina no fuese igual a la de la aleación.

Solución Sólida

Características de una solución sólida:

Ambos metales deben cristalizar en el mismo sistema y deben ser muy parecidos, por ejemplo: la misma valencia, electronegatividad muy semejante.

Solución Sólida por Inserción

Consiste en la inserción de los átomos de carbono (soluto), por ejemplo, en la red cristalina del hierro (disolvente).

Juntas de Grano y Dislocaciones

Es más difícil producir una disolución, ya que en la junta de granos los átomos están colocados sin ningún orden, por tanto, es más difícil la incrustación de la cuña en la estructura.

Metal en Estado Agrio

¿Qué significa que un metal tiene acritud?

Que se encuentra en un estado de alta resistencia mecánica, baja ductilidad (capacidad de moldearse en hilos) y extremada fragilidad. Tiene una buena resistencia y dureza.

Recocido

Es un proceso que se realiza al final del endurecimiento por deformación en frío para devolver la plasticidad al material.

Dureza en Soluciones Sólidas

¿Por qué una solución sólida tiene mayor dureza que el metal disolvente?

Porque no coinciden exactamente el tamaño de los dos átomos de soluto y disolvente, por lo que se producen dislocaciones y eso produce que no haya movimiento. Se producen dislocaciones.