Primer parcial Flashcards
(84 cards)
1
Q
¿Qué dos tipos de propiedades presentan los materiales? ¿En qué se diferencian entre sí?
A
- Propiedades físicas: se manifiestan ante estímulos del entorno como la luz, electricidad, calor, etc.
- Propiedades mecánicas: se manifiestan al aplicar una fuerza.
2
Q
¿Qué propiedades son propiedades físicas?
A
Densidad; Punto de fusión; Punto de ebullición; Conductividad (térmica y eléctrica); Conductancia; Resistencia a la corrosión.
3
Q
¿Qué propiedades son propiedades mecánicas?
A
Resistencia mecánica; Rigidez; Elasticidad; Plasticidad; Ductilidad; Maleabilidad; Tenacidad; Resistencia a la fatiga.
4
Q
¿Qué es la resistencia mecánica?
A
Es la cantidad de kilos que un material determinado resiste bajo una carga estática de tracción. También se define como la capacidad del material de resistir una carga determinada en un esfuerzo de tracción.
5
Q
¿Qué es la dureza?
A
Es la resistencia de un material a ser penetrado por otro. Se considera una medida indirecta de la resistencia mecánica.
6
Q
¿Qué es la resistencia a la corrosión?
A
Es la capacidad que tiene un material para no oxidarse. También se define como la capacidad del material para mantener su integridad estructural y sus propiedades ante ambientes corrosivos.
7
Q
¿Qué es la rigidez?
A
Es la capacidad del material de no deformarse elásticamente o plásticamente debido a la aplicación de una fuerza. Es lo contrario de la elasticidad.
8
Q
¿Qué es la elasticidad?
A
Es la capacidad que tiene un material de deformarse hasta un determinado límite y, cuando cesa la carga, vuelve a su posición inicial. Es la capacidad de deformarse sin quedar deformado de forma permanente.
9
Q
¿Qué es la plasticidad?
A
También denominada capacidad de deformación plástica. Incluye la maleabilidad (deformación por compresión) y la ductilidad (deformación por tracción). Es la capacidad que tiene un material de deformarse en forma permanente.
10
Q
¿Qué es la maleabilidad?
A
Es la capacidad de deformación plástica, específicamente bajo compresión.
11
Q
¿Qué es la ductilidad?
A
Es la capacidad que tiene un material de deformarse plásticamente bajo un esfuerzo de tracción.
12
Q
¿Qué es la tenacidad?
A
Es la capacidad que tiene un material de absorber energía (cargas dinámicas). Está asociada a la resistencia mecánica frente a cargas variables o de impacto.
13
Q
¿Qué es la facilidad para el formado?
A
Es qué tan fácil es conformar un material.
14
Q
¿Qué es la resistencia a la fatiga?
A
Es la capacidad que tiene el material de resistir cargas cíclicas.
15
Q
¿Qué es la conductancia?
A
Es la facilidad que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica. Es la inversa de la resistencia eléctrica.
16
Q
Menciona los cuatro tipos principales de materiales.
A
Los cuatro tipos principales son: materiales metálicos, materiales cerámicos, materiales polímeros y materiales compuestos.
17
Q
¿Qué son los materiales compuestos?
A
Son una mezcla de varios materiales para aprovechar distintas propiedades. Pueden tener propiedades diferentes a sus componentes individuales, como ser ligeros pero con buenas propiedades mecánicas.
18
Q
¿De qué dependen las propiedades de los materiales?
A
Las propiedades de los materiales dependen del tipo de átomos o composición, la estructura adoptada y la unión química que los enlaza.
19
Q
¿Qué tipo de enlace caracteriza a los materiales metálicos?
A
El enlace metálico, que permite estructuras compactas.
20
Q
¿Qué tipos de enlaces se encuentran en los materiales cerámicos?
A
Enlaces iónicos y covalentes, que tienden a formar estructuras abiertas y rígidas.
21
Q
¿Qué tipo de enlaces predominan en los materiales poliméricos?
A
Enlaces covalentes dentro de las cadenas y fuerzas de Van der Waals entre ellas, lo que les brinda flexibilidad.
22
Q
¿Cuáles son los dos tipos de estructuras sólidas fundamentales?
A
Estructuras cristalinas (con orden) y estructuras amorfas (sin orden de largo alcance).
23
Q
¿Qué propiedades resultan de un enlace metálico?
A
Este tipo de enlace se caracteriza por ser de corto alcance y conformar estructuras compactas. Como consecuencia, los metales generalmente presentan propiedades mecánicas relativamente altas en cuanto a resistencia. También suelen tener alta ductilidad debido a la naturaleza del enlace. La presencia de electrones libres facilita una alta conductividad eléctrica y térmica.
24
Q
¿Qué propiedades resultan de los enlaces entre los átomos de los materiales cerámicos?
A
Los enlaces iónicos se dan entre elementos con una electronegatividad muy alta y otra muy baja, lo que resulta en la formación de estructuras cristalinas abiertas muy rígidas y frágiles. Debido a la fuerte atracción electrostática en el enlace iónico, los electrones están fuertemente unidos, lo que los hace no conductores. Debido a los enlaces covalentes, las cerámicas suelen presentar alta dureza.
25
¿Qué propiedades resultan de los enlaces presentes en los polímeros?
Debido a las fuerzas intermoleculares relativamente débiles (Van der Waals), los polímeros suelen tener propiedades mecánicas moderadas a bajas en comparación con metales y cerámicos. Sin embargo, la presencia de enlaces covalentes dentro de las cadenas les puede conferir flexibilidad. Generalmente presentan baja conductividad eléctrica y térmica.
26
¿Qué tipos de estructuras presentan los sólidos de cada tipo de material?
Los metales son principalmente sólidos cristalinos, aunque pueden presentar estructuras amorfas bajo ciertas condiciones. Los cerámicos pueden ser tanto sólidos cristalinos como amorfos. Los polímeros también pueden ser tanto sólidos cristalinos como amorfos.
27
¿A qué se denomina "superficie"?
Se llama superficie a la interrupción abrupta (que genera desorden) de la estructura de un material, resultado del proceso de fabricación y de la interacción fisicoquímica con el medioambiente.
28
¿Qué características presenta el átomo metálico?
El átomo metálico presenta las siguientes características: Son conductores de calor y electricidad. Poseen poder reflector y escasa permeabilidad. Son electropositivos, lo que significa que tienden a ceder electrones. Tienen mayor densidad que el agua. Son fusibles. Son maleables. Son dúctiles. Son tenaces.
29
¿Cómo se compone la estructura de un metal?
La estructura de un metal se compone fundamentalmente de un ordenamiento cristalino de átomos que forman celdas unitarias, las cuales se repiten para constituir la macroestructura o macrografía metálica.
30
¿Qué son los ensayos mecánicos y qué tipos existen?
Los ensayos mecánicos son procedimientos a través de los cuales se pueden ensayar y determinar las propiedades mecánicas de los materiales. Entre los distintos tipos de ensayos se encuentran: Ensayo de Dureza (Brinell, Vickers, Knoop, Rockwell), Ensayo de Tracción, Ensayo de Tenacidad (Péndulo de Charpy e IZOD), Ensayo de Fatiga, Ensayo de Creep.
31
¿En qué consiste el ensayo de dureza Brinell?
El ensayo de dureza Brinell consiste en aplicar una fuerza lentamente y evaluar la huella que deja el penetrador sobre el material. El número de dureza Brinell (BHN o HB) se calcula mediante una fórmula que involucra la carga aplicada y el diámetro de la impronta.
32
¿Para qué materiales se utilizan los distintos tipos de ensayos?
Brinell: Principalmente para fundiciones, aceros y metales no ferrosos. Vickers: Para materiales desconocidos o en investigación. Rockwell: Es el más utilizado en la industria y emplea distintos penetradores según el material.
* Rockwell A (HRA): Aceros nitrurados, flejes estirados en frío, hojas de afeitar, carburos metálicos.
* Rockwell B (HRB): Aceros al carbono de bajo contenido en C.
* Rockwell C (HRC): Aceros duros.
* Rockwell F (HRF): Bronce recocido.
* Rockwell Superficial (N): Aceros nitrurados, cementados y herramientas de gran dureza (mediciones superficiales).
* Rockwell Superficial (T): Bronce, latón y acero blando (mediciones superficiales).
* También existen escalas Rockwell para usos específicos (D, E, F, G).
33
¿En qué consiste el ensayo de dureza Vickers?
El ensayo de dureza Vickers usa un penetrador de diamante con forma de pirámide, sobre el cual se aplica una carga controlada. Se mide la longitud de las dos diagonales de la huella cuadrada resultante.
34
¿En qué consiste el ensayo de dureza Knoop? ¿Y el ensayo Rockwell?
El ensayo Knoop utiliza un penetrador de diamante con forma de pirámide rómbica. Se aplica una carga (entre 25 gramos y 5 kilogramos) y se mide la longitud de la hendidura resultante bajo un microscopio. La dureza Knoop se calcula con una fórmula que relaciona la carga y las dimensiones de la hendidura.
En contraste, el ensayo Rockwell ofrece una lectura de dureza directa. Emplea diferentes penetradores (cono de diamante o esferas de acero) y cargas, dependiendo del material y el rango de dureza. El procedimiento implica aplicar una precarga seguida de una carga mayor, y la dureza se determina por la diferencia en la profundidad de penetración. Existen varias escalas Rockwell que se adaptan a distintos materiales (B para ferrosos, C para no ferrosos), lo que lo convierte en un ensayo muy utilizado en la industria por su rapidez y facilidad de uso.
35
¿Cuáles son los puntos de interés de la curva esfuerzo-deformación resultante de un ensayo de tracción?
Límite de proporcionalidad elástico; Límite de elasticidad práctico; Límite de fluencia; Resistencia máxima a la tracción; Rotura de la probeta.
36
¿En qué consiste el ensayo de tenacidad de Charpy?
Se realiza con una probeta normalizada apoyada horizontalmente en dos extremos. Un péndulo golpea la probeta en el punto medio de su cara no entallada desde una altura predeterminada. Se mide la energía absorbida por la probeta durante la fractura, restando la energía potencial inicial del péndulo de la energía final después del impacto.
Sólo se ensayan metales con el péndulo de Charpy.
37
¿En qué consiste el ensayo de tenacidad de IZOD?
En este ensayo, la probeta se sujeta verticalmente por un extremo, dejando el otro libre para ser impactado por un martillo.
38
¿En qué consiste un ensayo de fatiga?
Consiste en someter una probeta a una carga variable de amplitud constante para determinar el número de ciclos necesarios para que se produzca una fisura o una cantidad determinada de propagación. Evalúa la capacidad del material para resistir cargas cíclicas repetidas y determina cuántos ciclos puede soportar antes de fallar por fatiga a un nivel de esfuerzo dado.
39
¿Qué es el límite de fatiga obtenido en un ensayo de fatiga?
Límite de fatiga (o límite de resistencia a la fatiga): Para ciertos materiales como los aceros, la curva S-N se vuelve horizontal a un nivel de esfuerzo, lo que indica que por debajo de este umbral el material puede soportar un número infinito de ciclos sin fallar (vida infinita).
40
¿Qué es un ensayo de creep?
Consiste en evaluar los efectos de cargas de larga duración por debajo del límite elástico del material. El creep es la deformación plástica que ocurre en un material sometido a cargas pequeñas pero constantes durante un tiempo prolongado.
41
¿Qué estudia la cristalografía y cómo se relaciona con los sólidos cristalinos?
La cristalografía estudia las formas geométricas y la disposición de los átomos en los sólidos cristalinos. Estos se organizan a partir de unidades fundamentales llamadas celdas unitarias.
42
¿Cómo se forman los sólidos cristalinos?
Se forman a partir de un proceso de nucleación y crecimiento. Un pequeño ordenamiento de átomos con estructura rígida crece en tres direcciones hasta encontrarse con otros núcleos en crecimiento, formando límites de grano.
43
¿Qué son los parámetros de red y cómo se utilizan para definir las estructuras cristalinas?
Son las dimensiones de la celda unitaria: longitudes de los lados (a, b, c) y ángulos entre ellos (α, β, γ). Definen diferentes estructuras cristalinas como la cúbica.
44
¿Cuáles son las formas cristalinas más comunes en los metales?
Principalmente la cúbica y la hexagonal.
45
¿Cuántas estructuras cristalinas básicas existen y cómo se relacionan con las celdas unitarias?
Existen 14 estructuras cristalinas dentro de 7 sistemas cristalinos, definidas según la disposición de los átomos en sus celdas unitarias.
46
¿Qué representa el concepto de parámetro de red en términos de la disposición atómica?
Está asociado a la distancia entre los planos atómicos en una red cristalina y determina el patrón de ordenamiento de los átomos.
47
¿Qué es el modelo de la bola sólida y cuál es su utilidad?
Es un modelo que considera los átomos como esferas sólidas, simplificando la visualización de estructuras cristalinas.
48
¿Cómo se determina experimentalmente el parámetro de red?
Se determina mediante difracción de rayos X usando la ley de Bragg.
49
Explica brevemente la ley de Bragg y su relación con la difracción de rayos X.
La ley de Bragg relaciona el ángulo de incidencia de los rayos X con la distancia entre los planos atómicos y la longitud de onda de los rayos X: nλ = 2d sen(θ).
50
¿Cuáles son las tres estructuras cristalinas comunes en los metales y cómo se describen en el modelo de la esfera sólida?
1. BCC: Átomos en vértices y uno en el centro del cubo. 2. FCC: Átomos en vértices y en el centro de cada cara. 3. HCP: Seis átomos en la parte superior e inferior, tres en el medio.
51
¿Por qué se dice que las estructuras BCC, FCC y HCP son compactas y qué propiedades confieren a los metales?
Son compactas porque resultan de la unión metal-metálica de corto alcance y del apilamiento denso de átomos, lo que les confiere una buena capacidad de deformación plástica.
52
¿Qué es el radio atómico y cómo se relaciona con el parámetro de red en BCC, FCC y HCP?
Es la mitad de la distancia entre el centro de dos átomos que forman una unión química. Se puede calcular a partir del parámetro de red determinando dónde dos átomos se tocan en la estructura cristalina: - FCC: r = (√2 * a) / 4 - BCC: r = (√3 * a) / 4 - HCP: r = a / 2.
53
¿Cómo se definen las direcciones cristalográficas usando índices de Miller?
Como vectores desde el origen de la celda unitaria hasta un punto con coordenadas enteras. Se representan como [xyz].
54
¿Cómo se definen los planos cristalográficos usando índices de Miller?
1. Seleccionar un plano que no pase por el origen de coordenadas. 2. Determinar intersecciones del plano con los ejes. 3. Calcular los inversos de los puntos obtenidos. 4. Reducirlos a los enteros más pequeños. Expresarlos como (hkl). Si una intersección es negativa, se indica con una barra sobre el número (h̅kl).
55
¿Qué es la densidad lineal y cómo se calcula?
Es el número de átomos cuyos centros están contenidos a lo largo de una dirección específica en la celda unitaria, dividido por la longitud de esa dirección.
56
¿Qué es la densidad plana y cómo se calcula?
Es el número de átomos cuyos centros están contenidos en un plano específico de la celda unitaria, dividido por el área de ese plano.
57
¿Qué es el factor de empaquetamiento atómico (FEA) y cómo se calcula?
Es la fracción del volumen de la celda unitaria ocupada por átomos: FEA = (N° de átomos * Volumen de un átomo) / Volumen de la celda unitaria.
58
Valores típicos del FEA para BCC, FCC y HCP
- BCC: 0.68
- FCC: 0.74
- HCP: 0.74.
59
¿Qué son los defectos cristalinos y por qué son importantes en los materiales metálicos?
Son imperfecciones que, junto con el tipo de estructura cristalina, afectan las propiedades mecánicas, como la resistencia y la deformación plástica.
60
¿Cuáles son los tres tipos principales de defectos cristalinos?
1. Puntuales: Vacancias, átomos intersticiales o sustitucionales. 2. Lineales: Dislocaciones. 3. Superficie: Límites de grano.
61
¿Cómo afectan los límites de grano a la resistencia mecánica?
Actúan como barreras para el movimiento de dislocaciones, dificultando el deslizamiento y aumentando la resistencia mecánica del material.
62
¿Qué es la deformación elástica y cómo se relaciona con el módulo de elasticidad?
Es una deformación que desaparece cuando se retira la carga aplicada. El módulo de elasticidad (o módulo de Young) es una medida de la rigidez de un material y representa la relación entre el esfuerzo aplicado y la deformación elástica resultante en la región lineal del diagrama esfuerzo-deformación. Un módulo de elasticidad más alto indica un material más rígido.
63
¿Qué es la deformación plástica y cuáles son sus mecanismos principales?
Es una deformación permanente que ocurre cuando se supera el límite elástico del material, y que ocurre por deslizamiento o maclado.
64
¿Qué es un sistema de deslizamiento?
Un sistema de deslizamiento está formado por un plano de deslizamiento (generalmente el plano de máxima densidad plana) y una dirección de deslizamiento (generalmente la dirección de máxima densidad lineal dentro de ese plano).
65
¿Cuántos sistemas de deslizamiento tienen FCC, HCP y BCC?
- FCC: 12
- HCP: 3
- BCC: no presenta planos ni direcciones preferenciales.
66
¿Qué es el esfuerzo cortante crítico resuelto y cuándo ocurre la deformación plástica por deslizamiento?
El esfuerzo cortante crítico resuelto (τ) es el componente del esfuerzo aplicado que actúa en la dirección de deslizamiento y sobre el plano de deslizamiento.
La deformación plástica por deslizamiento comienza cuando el esfuerzo cortante resuelto alcanza el valor del esfuerzo cortante crítico resuelto.
67
¿Qué es el maclado y en qué materiales es común?
Es un mecanismo de deformación donde una parte del cristal se orienta especularmente respecto a otra. Se da principalmente en BCC.
68
¿Qué son las soluciones sólidas y cómo afectan la resistencia de los metales?
Son mezclas homogéneas de átomos dentro de una red cristalina. Aumentan la resistencia mecánica.
69
¿Qué y cuáles son las reglas de Hume-Rothery para soluciones sólidas sustitucionales?
Las Reglas de Hume Rothery definen las condiciones (necesarias pero no suficientes) bajo las cuales la solubilidad de un sólido en otro es posible.
1. Radio atómico similar (< 14%).
2. Misma estructura cristalina.
3. Electronegatividad similar.
4. Valencia similar (igual cantidad de electrones en la última órbita).
70
¿Cómo ocurre la difusión en estado sólido?
La difusión ocurre más fácilmente a través de los límites de grano debido a su estructura más abierta.
71
Describe los diferentes tipos de defectos puntuales.
Los diferentes tipos de defectos puntuales incluyen: 1. Vacancias: La ausencia de un átomo en un sitio de la red cristalina. 2. Átomos intersticiales: Átomos ubicados en los espacios entre los átomos de la red. 3. Autointersticiales: Un átomo de la misma especie que el resto de la red ubicado en un sitio intersticial. 4. Átomos sustitucionales: Átomos de una especie diferente que reemplazan a los átomos de la matriz.
72
¿Cómo se forman las vacancias y cómo varía su concentración con la temperatura?
Las vacancias se forman durante el proceso de solidificación. La concentración de vacancias en equilibrio aumenta exponencialmente con la temperatura.
73
¿Qué son las dislocaciones y cómo se introducen en los materiales cristalinos?
Las dislocaciones son defectos lineales en la disposición regular de los átomos en una red cristalina. Se introducen durante la solidificación del material o por deformación plástica.
74
Describe los dos tipos principales de dislocaciones: de borde y de tornillo.
1. Dislocación de borde: Se la puede ilustrar haciendo un corte parcial a través de un cristal perfecto, separándolo y rellenándolo con un plano adicional.
2. Dislocación de tornillo: Se la puede ilustrar haciendo un corte parcial a través de un cristal perfecto, torciéndolo y desplazándolo un lado del corte sobre otro una distancia de un parámetro de red.
75
¿Qué son los límites de grano?
Los límites de grano son las interfaces que separan cristales individuales dentro de un material policristalino.
76
¿Qué características presentan los límites de grano en términos de ordenamiento atómico y energía?
Los límites de grano son zonas de desorden atómico, con mayor energía y baja densidad.
77
¿Qué son los límites de grano?
Los límites de grano son las interfaces que separan cristales individuales (granos) dentro de un material policristalino, donde cada grano tiene una orientación cristalográfica diferente. Se consideran defectos de superficie porque son imperfecciones bidimensionales que interrumpen la periodicidad de la red cristalina.
78
¿Qué características presentan los límites de grano en términos de ordenamiento atómico, energía y propiedades?
Los límites de grano son zonas de desorden atómico, con una alta densidad de dislocaciones y átomos fuera de sus posiciones de red. Presentan:
▪ Alta energía.
▪ Baja densidad atómica.
▪ Alta movilidad atómica (difusividad).
▪ Mayor reactividad química en comparación con el interior de los granos.
▪ La difusión en estado sólido ocurre mayormente a través de los límites de grano.
79
¿Qué características le confiere el agregado de un aleante a un material (solución sólida)?
Al agregar un aleante en la red cristalina de un metal, se produce:
• Aumento de la resistencia mecánica por efecto de la interferencia con el movimiento de las dislocaciones.
• Aumento de la dureza.
• Reducción de la conductividad.
80
¿Qué metales tienen una celda FCC?
Los metales con celda FCC son:
• Pd: PALADIO
• Cu: COBRE
• Ir: IRIDIO
• Pb: PLOMO
• Pt: PLATINO
• Al: ALUMINIO
• Au: ORO
• Ni: NIQUEL
• Ca: CALCIO
• Sr: ESTRONCIO
• Ac: ACTINIO
• Fe: HIERRO (AUST)
• Ag: PLATA.
81
¿Qué metales tienen una celda BCC?
Los metales con celda BCC son:
• Fe: HIERRO (ALFA)
• Ro: RODIO
• Mo: MOLIVDENO
• Na: SODIO
• Li: LITIO
• Ra: RADIO
• Ba: BARIO
• Ta: TANTALIO
• Tg: TUGSTENO
• V: VANADIO
• Cr: CROMO
• Rb: RUBIDIO.
82
¿Qué metales tienen celdas tipo HCP?
Los metales con celdas tipo HCP son:
* Tl: TALIO.
* Be: BERILIO
* Ti: TITANIO
* Te: TELURIO
* Co: COBALTO
* Se: SELENIO
* Mg: MAGNESIO
* C: CARBONO
* Cd: CADMIO
* Zr: CIRCONIO
* Zn: ZINC
83
¿Cómo se relaciona el Factor de Empaquetamiento Atómico con las propiedades de un material?
Un mayor FEA significa que se tiene una estructura más compacta, por lo cual la densidad del material será mayor. Además, una estructura compacta significa una buena capacidad de deformación plástica.
84
¿Qué información se puede obtener de un material en un ensayo de tracción?
Se puede obtener información acerca de:
* Su módulo de elasticidad, y por lo tanto su rigidez.
* La deformación final que experimenta, y por ende su capacidad de deformación plástica.
* Su límite elástico.
* Su límite de rotura.
