Cuarto parcial Flashcards

Question

¿Cuál es el objetivo del recocido de recristalización?

Answer 1

El objetivo es destruir, mediante un calentamiento, la estructura distorsionada por el trabajo en frío, es decir, eliminar los efectos del trabajo en frío.

Answer 2

El enfriamiento debe ser lento, dentro del horno. Esto es importante para que no vuelvan a darse reacciones en la superficie con el medio en que se encuentra (como carburar o descarburar).

Answer 3

El proceso de recristalización se divide en tres fases: la recuperación, la recristalización (la más importante) y el crecimiento de grano.

Answer 4

La recuperación es todo el proceso de cambio de energía que se produce antes de que se empiecen a formar granos nuevos. Hay una mini nucleación dentro de los granos. Es una etapa de preparación previa a la recristalización, con poco cambio en las propiedades mecánicas.

Answer 5

La recristalización comienza con la nucleación de granos nuevos, que empiezan a formarse en los bordes de grano, en lugares con vacancias, impurezas u otras imperfecciones del material. A partir de estos núcleos, se van desplazando las dislocaciones. Hay una eliminación de los defectos puntuales generados por el trabajo en frío. El movimiento de las dislocaciones se llama poligonización. Los granos pequeños se empiezan a formar y migran. Durante esta fase, la dureza y la resistencia empiezan a bajar drásticamente, y la ductilidad empieza a aumentar.

Answer 6

Es la última etapa, donde los granos pequeños ya formados en la recristalización empiezan a crecer. En esta etapa, la dureza y la resistencia mecánica continúan bajando, aunque a un ritmo menor que en la recristalización.

Answer 7

Después del trabajo en frío (donde la ductilidad disminuye y la dureza/resistencia aumentan), en la etapa de recuperación casi no hay cambios en las propiedades. Durante la recristalización, la dureza y la resistencia bajan drásticamente y la ductilidad empieza a aumentar. En la etapa de crecimiento de grano, la dureza y la resistencia continúan bajando, aunque la curva se suaviza.

Answer 8

Los factores que afectan la recristalización son la cantidad de deformación previa, el tiempo de permanencia en el horno (temperatura), el tamaño inicial de grano y la composición del metal.

Answer 9

Cuanto mayor sea la deformación previa, se necesitará menos temperatura para recristalizar.

Answer 10

A mayor tiempo de permanencia en el horno, mayor será la nucleación de granos nuevos a una temperatura determinada.

Answer 11

Cuanto menor sea el tamaño de grano inicial, más bordes de grano tendrá el material, lo que favorecerá la nucleación de nuevos granos durante la recristalización.

Answer 12

Si el metal es más puro, tendrá menos imperfecciones como vacancias o metales de aleación distintos al de trabajo que pueden servir como defectos donde empiecen a generarse los nuevos núcleos. Por lo tanto, a mayor pureza, menor cantidad de granos nuevos habrá.

Answer 13

Los metales no ferrosos no poseen naturalmente la resistencia mecánica del acero. Sin embargo, son la mejor opción en aplicaciones donde se busca alta resistencia a la corrosión, alta capacidad de deformación, estabilidad eléctrica y química, bajo peso específico y resistencia al impacto a bajas temperaturas. A menudo se utilizan para sustituir al acero cuando este no es la mejor opción para una aplicación determinada.

Answer 14

Los principales mecanismos de endurecimiento para los metales no ferrosos son el endurecimiento por trabajo en frío, el endurecimiento por adición de elementos endurecedores (solución sólida) y el endurecimiento por precipitación (solubilizado y envejecido). Además de tratamientos térmicos y mecánicos. Los dos primeros también sirven para el endurecimiento de materiales ferrosos.

Answer 15

El endurecimiento por solución sólida es un mecanismo que permite mejorar la resistencia mecánica a través de soluciones sólidas intersticiales o sustitucionales.

Answer 16

Cuando un elemento soluto (impureza o aleación) ingresa en la matriz del metal base, ya sea de forma sustitucional o intersticial, distorsiona dicha matriz generando campos de tensión. Estas distorsiones pueden generar esfuerzos de tracción (impurezas pequeñas) o compresión (impurezas más grandes). Estos campos tensionados funcionan como barreras que bloquean o frenan el movimiento de las dislocaciones, dificultando su deslizamiento. Si las dislocaciones no pueden deslizarse fácilmente, el material se "traba", disminuyendo la capacidad de deformación plástica y aumentando la resistencia mecánica.

Answer 17

Los elementos que producen pequeñas distorsiones (átomos de soluto de tamaño similar al solvente) generan una ganancia pequeña en las propiedades mecánicas. Por el contrario, elementos que generan grandes campos de tensión de compresión (átomos de soluto mucho más grandes) o de tracción (átomos de soluto mucho más pequeños) generan grandes efectos de endurecimiento y un gran aumento de la resistencia mecánica.

Answer 18

Es un tratamiento térmico particular, aplicable solo en ciertas aleaciones no ferrosas llamadas termotratables. Permite aumentar la resistencia mecánica a través de la formación de precipitados finos y dispersos en la matriz del material.

Answer 19

Una aleación debe cumplir con tres condiciones: Debe tener una solubilidad creciente de una segunda fase en la fase principal con el aumento de la temperatura. Esto se observa en el diagrama de fase como una línea de solvus que aumenta su límite con la temperatura. Los precipitados deben poder asumir estructuras de transición metaestables que sean coherentes con la red anfitriona (la matriz principal). Una matriz coherente es aquella donde el precipitado debe deformar la matriz en sus planos cristalinos, quedando vinculados a ella. El estado del material a alta temperatura (solución sólida) puede ser congelado si se enfría rápidamente. Esto permite obtener (por un determinado tiempo) una solución sólida sobresaturada e inestable a temperatura ambiente, que no está en equilibrio. De esta manera, el alfa que tenía a altas temperaturas, sigue siendo la única fase presente a menores temperaturas.

Answer 20

El proceso comienza con el material en una fase en equilibrio. Se calienta hasta una temperatura de solubilización, donde ocurre el solubilizado de la segunda fase (fase beta en el ejemplo Al-Cu) y se forma una solución sólida alfa. Se mantiene la temperatura por un tiempo para lograr la disolución en todo el volumen. Luego, se enfría súbitamente (temple) para lograr una solución sólida alfa sobresaturada y desequilibrada. Finalmente, se mantiene a una cierta temperatura por un período de tiempo (envejecido), durante el cual comienzan a aparecer finos precipitados de la segunda fase (beta), que se depositan en forma homogénea en la matriz alfa (no solamente en bordes de grano como ocurriría si el enfriamiento fuera lento).

Answer 21

En el envejecimiento natural, el enfriamiento después del solubilizado se realiza al aire o a temperatura ambiente. La precipitación ocurre de forma natural y requiere un tiempo prolongado para alcanzar las propiedades deseadas. El envejecimiento artificial implica volver a calentar la pieza a una temperatura por debajo de la temperatura de solubilización y mantenerla por un tiempo determinado (isotérmicamente). Esto acelera el proceso de precipitación. El envejecimiento natural a menudo no se utiliza industrialmente porque requiere mucho tiempo.

Answer 22

Existe un tiempo óptimo de envejecimiento para lograr las mejores propiedades mecánicas. Si el tiempo es insuficiente (subenvejecimiento), los precipitados son pequeños y poco desarrollados, y no se alcanza la máxima resistencia. Si el tiempo es excesivo (sobreenvejecimiento), los precipitados comienzan a coalescer (juntarse), se vuelven más grandes y menos dispersos, lo que hace que la resistencia mecánica comience a disminuir.

Answer 23

Los finos precipitados, muy dispersos dentro de la matriz, actúan como puntos de anclaje para las dislocaciones. A medida que las dislocaciones intentan moverse por la deformación, estos pequeños precipitados tienden a evitar el deslizamiento, anclando las dislocaciones. Esto dificulta la deformación plástica y, por lo tanto, aumenta la resistencia mecánica del material. Por esto es que si los precipitados son muy chiquitos, no van a llegar a anclar las dislocaciones. Por el contrario, si son muy grandes y se concentran en una zona determinada, esa zona va a tener una muy alta resistencia mecánica, pero en otros sectores del material no se dará ese aumento de la resistencia.

Answer 24

Las temperaturas de envejecimiento más altas hacen que se alcance el pico de tensión de fluencia más rápidamente en comparación con las temperaturas más bajas. Sin embargo, las temperaturas de envejecimiento más bajas permiten alcanzar un valor máximo de tensión de fluencia considerablemente mayor que las temperaturas más altas. En resumen, aumentar la temperatura de envejecimiento acelera el proceso pero resulta en un pico de tensión de fluencia máximo menor.

Answer 25

Las aleaciones, especialmente las de aluminio, se denominan a menudo mediante series numéricas. En el caso del aluminio, se usan series de cuatro dígitos. El primer dígito hace referencia al principal elemento de aleación (por ejemplo, 1xxx para aluminio puro, 2xxx para Aluminio-Cobre, 3xxx para Aluminio-Manganeso, etc.). Los siguientes tres dígitos hacen referencia a la pureza, y la forma.

Answer 26

Una letra o una combinación de letras y números al final de la serie numérica indica el tratamiento de endurecimiento al que fue sometida la pieza. Las designaciones que comienzan con "H" se refieren a tratamientos mecánicos o termomecánicos (combinación de deformación y temperatura). "H1" es endurecido únicamente por deformación, "H2" por deformación y parcialmente recocido, "H3" por deformación y estabilizado. Las designaciones que comienzan con "T" se refieren a tratamientos térmicos o termomecánicos. Por ejemplo, T4 (parcialmente solubilizado y envejecido natural) y T6 (parcialmente solubilizado y envejecido artificial). Estas designaciones muestran cómo la misma aleación puede tener propiedades mecánicas muy diferentes según el tratamiento aplicado. Los dígitos que siguen a estas denominaciones indican el grado de dureza alcanzado.

Answer 27

Las siguientes series de aleaciones de aluminio son tratables térmicamente mediante el proceso de solubilizado y envejecido: Serie 2xxx (principalmente Aleaciones Aluminio-Cobre).Serie 6xxx (principalmente Aleaciones Aluminio-Magnesio-Silicio).Serie 7xxx (principalmente Aleaciones Aluminio-Zinc).Serie 8xxx (Aleaciones con otros elementos como Al-Sn, etc.).

Answer 28

El portador de carga negativo es el electrón, que se encuentra en todo enlace metálico. En ausencia de un campo eléctrico externo (E=0), el movimiento de la carga eléctrica en el interior del material es aleatorio (colisiones con el entorno) sin dirección espacial preferente. En presencia de un campo eléctrico externo (E≠0), la carga eléctrica se desplaza por el material por medio de colisiones con el entorno y en una dirección resultante paralela al campo.

Answer 29

Para un material de longitud L, sección A y resistividad ρ, la resistencia eléctrica total R está dada por la fórmula: R = ρ (L/A). En cada colisión, las cargas eléctricas pierden cierta energía cinética que debe ser repuesta para mantener una corriente eléctrica constante I. La energía necesaria para cada carga es ΔV = I x R (Ley de Ohm). La energía perdida por toda la corriente eléctrica en un tiempo t se transfiere al material, elevando su temperatura e irradiando calor (Efecto Joule). La energía perdida se calcula como E = RI²t.

Answer 30

Densidad de corriente J = I/A (A/cm²). Campo eléctrico ξ = V/l (V/cm). La relación entre J y ξ es J = σξ, donde σ es la conductividad. La densidad de corriente también está relacionada con el número de portadores (n), la carga (q) y la velocidad de desplazamiento (v): J = nqv. La conductividad σ se relaciona con la movilidad (μ) de los portadores (μ = v/E): σ = nqμ.

Answer 31

En metales, los electrones son generalmente los únicos portadores de carga negativa. En semiconductores, no sólo los electrones conducen carga negativa, sino también portadores con carga positiva conocidos como huecos u orificios (por lo tanto, ambos tipos de carga contribuyen a la corriente neta). La conductividad (σ) de un semiconductor se expresa como la suma de las contribuciones de electrones y huecos: σ = nqμn + pqμp, donde n es la concentración de electrones, p es la concentración de huecos, μn es la movilidad de electrones y μp es la movilidad de huecos.

Answer 32

Red cristalina sin defectos (material de elevada pureza): La movilidad de electrones es alta ya que su trayectoria no se ve obstaculizada. Red cristalina con defectos puntuales: Estos defectos restringen la movilidad de electrones. La resistividad debida a defectos puntuales (ρd) se expresa como ρd = b(1-x)x, donde b son coeficientes de resistividad por defectos puntuales y x es la fracción atómica de las impurezas. Los defectos puntuales tienen la mayor influencia en la resistividad. Red cristalina con defectos lineales (dislocaciones): restringen el movimiento de electrones. Cuando un electrón se mueve a través del cristal y encuentra una dislocación, su trayectoria puede ser desviada, lo que reduce la movilidad electrónica y, por tanto, la conductividad eléctrica del material. Agitación térmica de la red cristalina: La agitación térmica restringe la movilidad de electrones (a mayor vibración atómica, mayor probabilidad de que los electrones sean desviados durante su trayectoria). La resistividad (ρ) a una temperatura de interés (T) se relaciona con la resistividad a 25°C (ρRT) mediante ρ = ρRT (1 + αRΔT), donde ΔT = (T-TRT) es la diferencia de temperatura y αR es el coeficiente de resistividad a temperatura. Efecto de los elementos de aleación (solución sólida): La adición de elementos de aleación a un metal puro disminuye la conductividad (los electrones se desvían con los átomos del soluto/impurezas). Endurecimiento por deformación: El endurecimiento por deformación aumenta la resistividad debido al aumento de defectos lineales (dislocaciones).

Answer 33

El enlace covalente se forma al compartir electrones en la banda de valencia entre átomos vecinos. Es una unión relativamente fuerte. En la formación de sólidos, a partir de los niveles de energía discretos de un átomo aislado, se forman bandas de energía continuas separadas por brechas (energía de banda) a medida que se unen muchos átomos. Los semiconductores intrínsecos son fuertemente dependientes de la temperatura. Los semiconductores extrínsecos son menos dependientes de la temperatura. Se obtienen dopando un semiconductor intrínseco con impurezas.

Answer 34

Según el principio de exclusión de Pauli, dentro de cada átomo, dos electrones no pueden tener la misma configuración electrónica o poseer los 4 números cuánticos iguales, esto quiere decir con el mismo nivel de energía. Cuando estos átomos se unen y forman un sólido, sus niveles electrónicos empiezan a interaccionar y solaparse. Pero como no puede haber dos electrones con la misma configuración cuántica, los niveles se dividen en un número enorme de niveles muy cercanos entre sí, dando lugar a las bandas de energía. De esta manera, se forman la banda de valencia, la cual contiene a los electrones de valencia justamente, y la banda de conducción. Esta última es la banda energética inmediatamente superior a la de valencia. Si los electrones reciben energía suficiente (por ejemplo, térmica para los semiconductores intrínsecos), saltan desde la banda de valencia a la de conducción y se vuelven móviles (contribuyen a la corriente eléctrica).

Answer 35

Los dos movimientos son: El giro (spin) del electrón sobre su propio eje y El movimiento del electrón sobre el orbital del núcleo. El momento magnético de un electrón debido a su giro se conoce como Magnetón de Bohr (μB). Su valor es μB = qħ / 4πmₑ = 9.24 x 10⁻²⁴ A.m².

Answer 36

No todos los materiales son magnéticos porque se producen cancelaciones de los momentos magnéticos por diferentes razones. Por ejemplo, los momentos magnéticos de los electrones apareados se anulan (un electrón con spin +½ y otro con spin -½). Por otro lado, dicha compensación también puede darse cuando se conforman las uniones en la red cristalina con otros átomos de la misma especie. Ciertos elementos de transición tienen niveles de energía (3d, 4d, 5d) con momento magnético neto debido a la presencia de electrones desapareados. Ejemplos incluyen Fe, Co, Ni.

Answer 37

Se definen elementos ferromagnéticos como aquellos que tienen la posibilidad de orientar sus dipolos (electrones impares, desapareados) por influencia de la aplicación de un campo magnético.

Answer 38

Un campo magnético aplicado H induce líneas de fuerza. La densidad de estas líneas determina la densidad de flujo B. En el vacío, la relación es B = μ₀H, donde μ₀ es la permeabilidad magnética del vacío. En un material, la relación es B = μH, donde μ es la permeabilidad del material. La permeabilidad relativa es μr = μ/μ₀. La magnetización M representa el aumento de la inductancia debido al material del núcleo. La relación completa es B = μ₀H + μ₀M. Para materiales ferromagnéticos, el término μ₀M es mucho mayor que μ₀H (μ₀M > μ₀H), por lo que B ≈ μ₀M. Los materiales con elevada permeabilidad relativa (μr grande) crean un mayor número de líneas de flujo y amplifican el campo magnético.

Answer 39

Materiales Ferromagnéticos: Tienen dipolos impares que quedan alineados con facilidad con el campo magnético impuesto. Sus propiedades se deben a la alineación de los espines de los electrones internos desapareados en la red cristalina. Elementos importantes: Hierro (Fe), Cobalto (Co) y Níquel (Ni). (μ >> μ₀). Materiales Paramagnéticos: Tienen electrones desapareados. Generan un campo magnético propio debido a su espín. Los dipolos se alinean con el campo aplicado, generando una magnetización positiva. Requieren campos muy grandes para alinear todos los dipolos y el paramagnetismo desaparece al retirar el campo. (μ > μ₀). Materiales Diamagnéticos: Un campo magnético aplicado induce un dipolo magnético opuesto en cualquier átomo. Los electrones se oponen al campo magnético aplicado. Ejemplos: Cobre, Plata, Silicio, oro, alúmina. (μ < μ₀).

Answer 40

Los espines y momentos cinéticos de los electrones apareados se anulan, dando como resultado magnetismo nulo. Los electrones exteriores tienden a formar dichos pares antiparalelos con electrones de átomos cercanos, lo cual explica por qué la mayoría de los sólidos no son magnéticos. Los materiales ferromagnéticos como el Hierro, Cobalto y Níquel tienen electrones desapareados, no en la capa externa, sino en capas internas, donde no pueden formar pares con electrones de otros átomos.

Answer 41

Los dominios son regiones dentro del material donde los dipolos están alineados en cierta dirección. En un material no expuesto a campo, los dominios individuales se orientan al azar, resultando en magnetización nula. Al aplicar un campo, muchos dominios se alinean con este. Las paredes de Bloch separan los dominios magnéticos individuales. Son zonas angostas donde la dirección del momento magnético cambia gradual y continuamente de un dominio hasta el siguiente.

Answer 42

Al aplicar un campo, los dominios orientados crecen a expensas de los no alineados. Para que crezcan, las paredes de Bloch deben moverse (utilizando la fuerza del campo magnético). Al reorientarse los dominios, la permeabilidad (facilidad con la que los dominios internos se alinean con un campo magnético externo) incrementa. Finalmente, cuando todos los dominios existentes están alineados con el campo, se produce la magnetización de saturación máxima. Llegado este punto, la permeabilidad del material es mínima (ya que por más alto que sea el campo magnético que se aplique, el material no puede seguir respondiendo alineando los dominios).

Answer 43

Cuando se aplica un campo de manera inversa, los dominios se orientan en oposición al mismo. La histéresis describe la curva (M-H o B-H) que muestra la relación entre la magnetización (o inductancia) y el campo magnético aplicado al ciclar el campo. El área dentro de la curva representa la energía consumida en un ciclo alternativo. La remanencia (Mr) es la magnetización o inductancia que queda en el material cuando el campo aplicado se reduce a cero. El campo coercitivo (Hc) es el campo magnético inverso necesario para reducir la magnetización a cero. Los valores de coercitividad son afectados por: Tamaño de grano. Granos más pequeños conllevan más límites de grano, que dificultan el movimiento de las paredes de dominio. Esto aumenta la coercitividad (se necesita más campo para reorientar los dominios). Temperatura. La energía térmica agita los dipolos, reduciendo la magnetización remanente y la coercitividad, además de que por encima de la temperatura de Curie, el material pierde su ferromagnetismo y se vuelve paramagnético. Defectos cristalinos y microestructura. Los poros, dislocaciones, inclusiones o tensiones internas actúan como anclajes de dominios. Al dificultar el movimiento de las paredes de dominio, aumentan la coercitividad. Orientación cristalográfica (monocristales). En monocristales, ciertos ejes cristalinos son más fáciles de magnetizar. Entonces, si el campo aplicado no está alineado con esas direcciones, se requiere más esfuerzo para alinear los dominios. La forma de las partículas magnéticas. Partículas aciculares (alargadas) tienen mayor anisotropía magnética, lo que aumenta la coercitividad. En cambio, partículas esféricas presentan menor resistencia al cambio de orientación, lo que conlleva menor coercitividad.

Answer 44

La energía térmica hace que los dipolos magnéticos se desvíen de su alineamiento. Al aumentar la temperatura, el alineamiento se pierde completamente en cierta temperatura, y el material se vuelve paramagnético. Esta temperatura se denomina temperatura de Curie (Tc). La magnetización de saturación, el campo coercitivo y la remanencia se reducen con el aumento de la temperatura, hasta llegar a la temperatura de Curie.

Answer 45

Se clasifican en magnéticamente blandos o magnéticamente duros. Materiales magnéticamente blandos: Tienen un bajo campo coercitivo (Hc ≤ 10³ A/m). Características: Elevada magnetización de saturación, Alta permeabilidad, Bajo campo coercitivo, Baja remanencia, Alta respuesta a campo de alta frecuencia, Elevada resistividad eléctrica (lo que reduce corrientes parásitas). El bajo Hc permite reorientar dominios con mayor facilidad, minimizando pérdidas de energía. Aplicaciones: Núcleos para electroimanes, motores eléctricos, transformadores. Materiales magnéticamente duros: Tienen un alto campo coercitivo (Hc ≥ 10⁴ A/m). Características: Alta remanencia, Alta permeabilidad, Alto campo coercitivo, Ciclo de histéresis grande. Fijan los dominios más estables. Aplicaciones: Imanes permanentes de gran potencia (ej. Acero Co-Alnico-5, Nd-Fe-B), como los usados en resonancia magnética.

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