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2 . Materiales 2.5 Propiedades de Aleaciones

2 . Materiales 2.5 Propiedades de Aleaciones. Dr. Willy H. Gerber Instituto de Fisica Universidad Austral Valdivia, Chile. Objetivos:. Comprender las distintas fases que presentan las aleaciones y sus propiedades física.

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2 . Materiales 2.5 Propiedades de Aleaciones

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  1. 2. Materiales2.5 Propiedades de Aleaciones Dr. Willy H. Gerber Instituto de Fisica Universidad Austral Valdivia, Chile Objetivos: Comprender las distintas fases que presentan las aleaciones y sus propiedades física. www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  2. Ligazones entre átomos y moléculas • Ligazones primarios • Iónicos • Covalentes • Metálicos • Ligazones secundarios • Van der Waals • Puente de Hidrogeno www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  3. Ligazones iónicas • Ligazones iónicos • Entre partículas cargadas • Propiedades típicas • Duros, quebradizos • Buenos aislantes • Transparentes www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  4. Ligazones covalentes • Ligazones covalentes • Se “comparten” electrones • Propiedades típicas • Duros, quebradizos • Buenos aislantes • Transparentes www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  5. Ligazones metálicas • Ligazones metálicas • Se “comparten” un “mar” de electrones • Propiedades típicas • Dúctiles • Buenos conductores eléctricos • Buenos conductores térmicos www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  6. Ligazones tipo Van der Waals • Ligazones tipo Van der Waals • Origen electrostático • Débil www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  7. Ligazones por puente de Hidrogeno • Ligazones tipo puente de Hidrogeno • Origen polarización • Débil www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  8. Energías de Ligazón Nivel de energías Ligazones Covalentes Iónicos Metálicos Puentes de Hidrogeno Van der Waals Densidad de energía [GJ/m3] 1000 30-100 30-150 8 2 Ejemplos Diamantes Sales y cerámicas Metales Agua Plásticos www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  9. Estructura Formación de cristales Formación de estructuras amorfas www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  10. Cristales Body-Centered Cubic BCC Face Centered Cubic FCC Hexagonal Close Packed HPC www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  11. Tipos de cristales • Aluminio — FCC • Cromo — BCC • Cobre — FCC • Fierro (alpha) — FCC • Fierro (gamma) — BCC • Fierro (delta) — BCC • Plomo — FCC • Nickel — FCC • Plata — FCC • Titanio — HCP • Tungsteno — BCC • Zinc — HCP www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  12. Solidificación Propiedades mecánicas Van a depender de la estructura granular Formación de un solido Formación de núcleos Crecimiento de cristales www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  13. Dislocaciones Otra inhomogeneidad: Dislocaciones Existen planos de dislocación Los planos se mueven bajo esfuerzo de cizalla www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  14. Fallas en cristales Faltantes En espacios intermedios Substituciones www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  15. Efecto de inserciones en Cobre Modulo de Elasticidad [psi] % de inserción www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  16. Deformaciones Los defectos afectan en forma directa las deformaciones Elásticas Plásticas www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  17. Mezclas Por ello se pueden “crear” materiales con propiedades mecánicas “especiales” mezclando elementos o introduciendo impurezas Ejemplo son Ni y Cu … Mezcla liquida Mezcla solida www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  18. Aleaciones El problema es que algunos no se dejan mezclar en cualquier proporción, tienen limite de “solubilidad”, sobre 30% Zn surge una segunda fase: Solución solida Segunda fase (Aleación) www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  19. Diagrama de Fase Al existir mas de una fase es útil estudiar el “diagrama de fases”. Ejemplo simple del agua: Liquido Equilibrio entre fases Presión Gas Solido Fases Temperatura (C) www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  20. Regla de Gibbs De las ecuaciones que se establecen para estudiar como están en equilibro distintas fases surge la regla de fases de Gibbs: Numero de variables de las componentes Ecuaciones por fase Variables p, T Grados de libertad Numero de componentes Numero de fases www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  21. Ejemplo Apliquemos al diagrama del agua Liquido A: K=1, P=1 -> F=2 (p,T) B: K=1, P=2 -> F=1 p=p(T) C: K=1, P=3 -> F=0 (punto) Presión Gas Solido Temperatura (C) www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  22. Ecuación del Gas Un gas se rige por la ecuación: Presion [Pa] Volumen [m3] Numero de moles [moles] Constante del Gas [8.314 J/mol K] Temperatura [K] www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  23. Ecuación de Clausius Clapeyron Apliquemos al diagrama del agua Liquido Presión Solido Variacion de presion [Pa] Variacion de temperatura [K] Calor latente o entalpía del cambio de fase [J] Temperatura [K] Variacion de volumen [m3] Gas Temperatura (C) www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  24. Coexistencia liquido solido Zona de coexistencia o cambio de fase Limite del liquido F=1 c=c(T) Limite del solido Variables T (p constante) F=2 (T,c) Temperatura (C) K=2 (Cu, Ni) Concentración de Ni (%) www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  25. Obtencion del Diagrama de Fase Se enfria desde una temperatura dada la mezcla…. Temperatura [C] Temperatura [C] Tiempo … el cambio de fase se detecta como un cambio en ;a velocidad de enfriamiento. www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  26. Proporciones Contenido de Cu (%) Proporciones en la fase mezcla Temperatura (C) Contenido de Ni (%) www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  27. Propiedades Mecánicas Temperatura [C] Cu refuerza Ni Ni refuerza Cu Módulos [psi] Elongación [%] Concentración [%] www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  28. Eutéctico Diagrama de fase con dos zonas mixtas: eutéctico Liquido Temperatura (C) Solido Au (100%) Si (100%) Contenido Si (%) www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  29. El problema: metales varios Distintas estructuras www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  30. Diagramas mas complejos Diagramas de fases mas complejos L Temperatura (C) Contenido Sn (%) www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  31. Efectos % Aleación www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  32. Efectos www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  33. Difusión Los procesos de cambio de fase pueden ser lentos pues en parte ocurren por difusión: www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  34. Transporte en el Agua Difusión de sustancias (sin corriente). www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  35. Transporte en el Agua - Difusión Ley de Fick: Flujo de partículas [mol/m2s] Constante de difusión [m2/s] Variación de concentración [mol /m3] Distancia entre los puntos en que se mide la concentración [m] www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  36. Transporte en el Agua - Difusión Significado de la constante de Difusión: Constante de difusión [m2/s] Tiempo transcurrido [s] Camino recorrido [m] www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

  37. Contacto Dr. Willy H. Gerber wgerber@gphysics.net Instituto de Fisica Universidad Austral de Chile Campus Isla Teja Casilla 567, Valdivia, Chile www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

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