Los materiales de uso tecnico y sus propiedades.

Los materiales de uso tecnico y sus propiedades.

Iván Ruiz de Apodaca

Índice

01 Estructura interna de los materiales

02 Solidificación de los metales

03 Transformaciones y constituyentes del acero

01

Estructura interna de los materiales

Nivel más fundamental de la materia, compuesto por átomos con electrones, protones y neutrones. La configuración electrónica de cada átomo determina el tipo de enlace que puede formar y, por ende, sus propiedades físicas y químicas.

A. Estructura Atómica

¿Por qué es importante las estructura interna de los materiales?

La disposición de los átomos y moléculas en un material define su resistencia, elasticidad, conductividad y otras propiedades. Comprender esta estructura permite diseñar materiales más eficientes y mejorar su rendimiento en aplicaciones industriales, tecnológicas y científicas.

B. Estructura cristalina y amorfa

Cristalina: Los átomos están organizados en un patrón repetitivo y ordenado en el espacio. Existen distintos sistemas cristalinos, como cúbico, hexagonal y tetragonal. Materiales con estructura cristalina incluyen: -Metales (hierro, aluminio, cobre) → Buena conductividad y resistencia mecánica. -Sales (NaCl) → Alta dureza y fragilidad. -Diamante → Red covalente extremadamente fuerte. Amorfa: No hay un orden definido a largo plazo. Los átomos están distribuidos de manera aleatoria o semiordenada. Ejemplos de materiales amorfos: -Vidrios → No tienen una estructura ordenada, lo que les da transparencia y fragilidad. -Polímeros → Plásticos con estructuras amorfas o parcialmente cristalinas.

-Acero inoxidable → Contiene hierro, cromo y níquel, combinando resistencia y anticorrosión. -Compuestos cerámicos → Materiales diseñados con diferentes fases para aumentar su dureza o resistencia térmica.

Muchos materiales contienen más de una fase, lo que mejora sus propiedades.

FASE

GRANULAR

-Los bordes de grano afectan la resistencia mecánica y la conductividad.-Aceros y aleaciones metálicas → Mayor resistencia mecánica si se controlan los tamaños de grano. -Cerámicas → Frágiles, pero resistentes a altas temperaturas.

Muchos materiales sólidos están compuestos por múltiples granos o cristales pequeños unidos en una red policristalina.

C. Estructura granular y de fase

Enlaces Químicos y Propiedades

Principales tipos de enlaces: -Enlace Iónico (NaCl, cerámicas) Se forma por la atracción electrostática entre iones con carga opuesta. Materiales con enlaces iónicos son duros y frágiles y tienen altos puntos de fusión. -Enlace Covalente (diamante, silicona) Los átomos comparten electrones, formando una red fuerte y estable. Materiales con enlaces covalentes tienen gran dureza y baja conductividad eléctrica. -Enlace Metálico (cobre, hierro, aluminio) Electrones deslocalizados permiten el flujo de corriente y calor. Materiales con enlaces metálicos son conductores y maleables.

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Solidificación de los metales

¿Qué es la solidificación de los materiales?

La solidificación es el proceso por el cual un material pasa del estado líquido al estado sólido al enfriarse. Durante este proceso, los átomos o moléculas del material se organizan en estructuras más ordenadas, formando cristales o redes amorfas, dependiendo del tipo de material y la velocidad de enfriamiento. La solidificación es fundamental en la fabricación de metales, vidrios, cerámicas y plásticos, ya que determina la resistencia, dureza y otras propiedades del material final.

Proceso de solidificación

Nucleación

Crecimiento de cristales

Enfriamiento y formación de la microestructura

Tipos de solidificación

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Solidificación Cristalina

Ocurre cuando los átomos se organizan en una estructura ordenada y repetitiva. Se encuentra en metales, aleaciones y algunos polímeros semicristalinos.

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Solidificación Amorfa

Se da cuando los átomos quedan en una disposición desordenada. Ejemplo: vidrios y algunos polímeros, que no tienen una estructura cristalina definida.

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Solidificación Policristalina

Se forman múltiples pequeños granos o cristales en distintas direcciones. Presente en la mayoría de los metales y cerámicas.

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Transformaciones y constituyentes del acero

Perlita Es una mezcla laminar de ferrita y cementita.Se forma al enfriar lentamente la austenita hasta 727°C.Tiene una combinación de resistencia y ductilidad. Bainita Se forma al enfriar la austenita a temperaturas intermedias (250-550°C).Tiene una estructura más fina que la perlita, con buena resistencia y tenacidad. Martensita Se obtiene con un enfriamiento rápido (temple) de la austenita.Es dura y frágil, ideal para herramientas y piezas de alto desgaste.Se puede mejorar con tratamientos como el revenido, que reduce la fragilidad.

Las principales transformaciones ocurren al enfriar el acero desde altas temperaturas

Austenita (γ-Fe)Es una solución sólida de carbono en hierro gamma (γ), estable a temperaturas altas (> 727°C en aceros al carbono). Es dúctil y resistente, pero no magnética y se transforma en otras fases al enfriarse. Ferrita (α-Fe) Es una fase de hierro alfa (α) con poca solubilidad de carbono. Aparece al enfriar la austenita por debajo de los 727°C, a parte es blanda, dúctil y magnética. Cementita (Fe₃C) Es un carburo de hierro muy duro y frágil. Forma parte de la perlita y otros constituyentes del acero.

Constituyentes del acero

Los principales microconstituyentes dependen del tratamiento térmico y la composición:

• Ferrita → Blanda y dúctil.
• Cementita (Fe₃C) → Dura y frágil.
• Perlita → Equilibrio entre resistencia y ductilidad.
• Bainita → Resistente y tenaz.
• Martensita → Muy dura, pero frágil sin revenido.

Muchas gracias