El documento describe las diferencias entre la ciencia e ingeniería de materiales, así como conceptos clave relacionados con la estructura de materiales a nivel atómico y cristalino. La ciencia de materiales se enfoca en investigar la relación entre estructura y propiedades, mientras que la ingeniería de materiales aplica este conocimiento para diseñar materiales específicos. También explica conceptos como diagramas de equilibrio, enlaces atómicos, sistemas cristalinos, redes de Bravais y defectos en la estructura crist
2. Diferencia entre ciencia e
ingeniería de los materiales
Ciencia
• La ciencia de los materiales
es la encargada de
investigar la relación entre
la estructura y las
propiedades físicas
macroscópicas de los
materiales para su
aplicación en varias áreas
de la ciencia.
Ingeniería de los materiales
• la ingeniería se encarga de
tomar toda esta
fundamentación de la
relación de la estructura y
las propiedades que
investiga la ciencia de los
materiales y diseña y
proyecta la estructura de un
material especifico o varios.
3. Diagramas de equilibrio
• Los diagramas de equilibrio son gráficas que representan las fases y
estado en que pueden estar diferentes concentraciones de
materiales que forma una aleación a distintas temperaturas. La
mayoría de los diagramas de fase han sido construidos según
condiciones de equilibrio, siendo utilizadas por ingenieros y
científicos para entender y predecir muchos aspectos del
comportamiento de materiales; debido a que aportan valiosa
información sobre la fusión, el moldeo, la cristalización y otros
fenómenos.
4. Estructura de los atomos
• A pesar de que átomo significa ‘indivisible’, en realidad está formado por
varias partículas subatómicas. El átomo contiene protones, neutrones y
electrones, con la excepción del hidrógeno-1, que no contiene neutrones,
y del catión hidrógeno o hidrón, que no contiene electrones. Los protones
y neutrones del átomo se denominan nucleones, por formar parte del
núcleo atómico.
5. Tipos de enlace atómicos y
moleculares
• Cuando se enlazan los átomos existe semejanza química entre ellos.
Cuando no son afines químicamente, los átomos no se atraen, cada uno se
encuentra bien separado de los demás, y los elementos son gaseosos a
temperaturas y presiones ordinarias. Cuando son afines químicamente
estos se atraen electro estáticamente
6. Sistemas cristalinos
• Un sólido cristalino se construye a partir de la repetición en el
espacio de una estructura elemental paralelepipédica
denominada celda unitaria. En función de los parámetros de
red, es decir, de las longitudes de los lados o ejes del
paralelepípedo elemental y de los ángulos que forman, se
distinguen siete sistemas cristalinos:
7. Estructuras cristalinas metálicas
• En estado solido los átomos pueden adquirir un
ordenamiento definido tridimensional, en tal caso se dice que
tienen estructura cristalina, algunos materiales no presentan
ordenamiento al solidificar, su estructura es desordenada, se
dice que son amorfos, todos los metales forman cristales en
estado solido, de los materiales amorfos el vidrio es un
ejemplo clásico, algunos materiales pueden ser amorfos o
cristalinos según como son enfriados por ejemplo el SiO₂
(Dióxido de silicio) que cuando es cristalino forma el cuarzo y
cuando es amorfo forma el vidrio.
8. Estructuras cristalinas metálicas
• Los solidos cristalinos pueden adoptar alguna o algunas de las 14 estructuras
posibles, llamadas redes Bravais, afortunadamente salvo escasas excepciones, los
metales cristalizan solo en 3 estructuras: la estructura cubica centrada en el
cuerpo, la estructura cubica centrada en la cara y la estructura hexagonal
compacta. Por brevedad y comodidad común referirse a estas estructuras
mediante las siglas bcc, fcc, hcp
9. Redes Bravais
• son una disposición infinita de
puntos discretos cuya estructura
es invariante bajo cierto grupo de
traslaciones. En la mayoría de
casos también se da una
invariancia bajo rotaciones o
simetría rotacional. 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.
10. Fcc
• Face centered cubic ( Cubica centrada en caras) Está constituida por un
átomo en cada vértice y un átomo en cada cara del cubo. Los metales que
cristalizan en esta estructura son: hierro gama, cobre, plata, platino, oro,
plomo y níquel. Cada átomo está rodeado por doce átomos adyacentes y
los átomos de las caras están en contacto.
11. Hcp
• Hexagonal Close-Packing ( Cierre de embalaje hexagonal) Esta estructura
está determinada por un átomo en cada uno de los vértices de un prisma
hexagonal, un átomo en las bases del prisma y tres átomos dentro de la
celda unitaria. Cada átomo está rodeado por doce átomos y estos están en
contacto según los lados de los hexágonos bases del prisma hexagonal. Los
metales que cristalizan en esta forma de estructura son: titanio, magnesio,
cinc, berilio, cobalto, circonio y cadmio.
12. Bcc
• Body centered cubic ( Cubica centrada en cuerpos) Formada por un átomo
del metal en cada uno de los vértices de un cubo y un átomo en el centro.
Los metales que cristalizan en esta estructura son: hierro alfa, titanio,
tungsteno, molibdeno, niobio, vanadio, cromo, circonio, talio, sodio y
potasio. Cada átomo de la estructura, está rodeado por ocho átomos
adyacentes y los átomos de los vértices están en contacto según las
diagonales del cubo
13. Defectos de la estructura cristalina
en las propiedades de los metales
• defectos puntuales: se
dan a nivel de las
posiciones de los
átomos individuales los
principales defectos son
vacancias, átomos
sustitucionales átomos
intersticiales.
14. Defectos de la estructura cristalina
en las propiedades de los metales
• Defectos Lineales: Se dan a
nivel de varios átomos
confinados generalmente a
un plano, los efectos
lineales mas importantes en
los materiales son la
dislocación estas se generan
durante la solidificación o la
deformación plástica de los
materiales cristalinos
15. Defectos de la estructura cristalina
en las propiedades de los metales
• Defectos de superficie:
Son imperfecciones de
la estructura cristalina
ubicados en un área
determinada del
material el principal
defecto en un material
son las fronteras de los
granos
16. Polimorfismo o Alotropía
• La propiedad de un metal de tener varias redes cristalinas se denomina polimorfismo o
alotropía.
Cuando una aleación solidificada, con una estructura cristalina determinada, alcanza la
temperatura necesaria para pasar a otra estructura cristalina, también tiene lugar la
formación de núcleos y su crecimiento para formar granos, semejante a lo que sucede
durante el paso del estado líquido a sólido. El paso de un tipo de red de un estado a otro
tiene lugar, también, con efecto térmico a temperatura constante. Muchas propiedades de
los metales y sus aleaciones incluyendo las mecánicas, dependen del tamaño de los granos,
un grano mas pequeño proporciona al metal una mayor resistencia y dureza debido a la
constantes intersecciones de las dislocaciones. Estas no pueden formar dentro de la masa del
metal largas líneas de movimiento mutuo de los granos.
• En el caso del dióxido de silicio SiO₂ su polimorfismo es el vidrio
