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GRUPO 03
(Triki)
.
TIPOS DE MATERIALES:
*Metálicos:
-Buenos conductores térmicos y 
eléctricos.
-Opacos a la luz visible.
-Resistentes a las deformación.
*Poliméricos:
-Familiares desde los plásticos al caucho.
-Compuestos( elementos no metálicos)(c,h…).
-Poseen densidades bajas y extraordinaria 
flexibilidad 
*Cerámicos:
-Compuestos por metales y no metales.
- (Arcilla, cemento, vidrio,.. ).
-Son aislantes eléctricos y térmicos.
-Resistentes a elevadas temperaturas, son 
duras y muy frágiles.
*Compuestos:
-Formados por mas de un tipo de material( fibra 
de vidrio).
-Alcanzan mejor combinación de características.
-Fibra de vidrio(resistente debido al vidrio y 
flexible debido al polímero ).
*Electrónicos: 
• Poca producción y extremadamente avance 
tecnológico.
• El mas importante es el (silicio puro).
• Se emplea mas en computadoras y equipos 
industriales que emplean circuitos 
integrados.
Competencia de los materiales :
- Competencia en los mercados actuales y nuevos.
-Se hace procesados en los materiales de modo que el 
costo reduzca.
Avances de la ciencia y l atecnologia en el 
futuro:
*materiales inteligentes:
-capacidad de detectar estímulos ambientales 
externos(temperatura, luz, humedad,etc).
-formado por detectores y accionadores .
Endoprótesis
*Nanomateriales:
-Pueden ser (metálicos, polímeros, cerámicos, 
electrónicos o compuestos).
-Son materiales con dimensiones externas o estructuras 
internas con propiedades que se ponen de manifiesto a 
escalas que van desde 1 a 100 nanómetros.
Cristalinos : metales , celestita , pirita, etc.
Amorfos : cuarzo, vidrio , plástico , etc. 
Redes espaciales y Celda unitaria:
Sistemas Cristalinos y Redes
Estructura Cristalina Metálicas
La mayoría son:
• FCC
• BCC
• HCP
Estructura Cristalina Cúbica Centrada 
en el Cuerpo
Estructura Cristalina Cúbica Centrada 
en las Caras
Estructura Cristalina Hexagonal 
Compacta
Direcciones en las Celdas Unitarias 
Cúbicas
Índices de Miller
Densidad Volumétrica
Densidad Planar
Densidad Lineal
Polimorfismo y Alotropía
Difracción Rayos X
FORMACIÓN DE NÚCLEOS 
ESTABLES EN METALES 
LÍQUIDOS
CRECIMIENTO DE CRISTALES 
DE UN METAL LÍQUIDO Y 
FORMACIÓN DE UNA 
ESTRUCTURA GRANULAR
ESTRUCTURA GRANULAR DE 
LAS FUNDICIONES 
INDUTRIALES
SOLUCIONES 
SÓLIDAS 
METÁLICAS
SOLUCIONES 
SÓLIDAS 
SUSTITUCIONALES
SOLUCIONES 
SÓLIDAS 
INTERSTICIALES
IMPERFECCIONES 
CRISTALINAS
1. DEFECTOS PUNTUALES
2. DEFECTOS LINEALES (DISLOCACIONES)
3. DEFECTOS PLANARES
4. DEFECTOS VOLUMÉTRICOS
TÉCNICAS 
EXPERIMENTALES PARA LA 
IDENTIFICACIÓN DE 
MICROESTRUCTURAS Y 
DEFECTOS 
METALOGRAFÍA ÓPTICA
MICROSCOPIA ELECTRÓNICA 
DE BARRIDO (SEM)
MICROSCOPIA ELECTRONICA 
DE TRANSMISIÓN (TEM)
5.1 CINÉTICA EN LOS PROCESOS SÓLIDOS
Coordenadas de reacción vs energía:
Ludwig Eduard Boltzmann
Svante August Arrhenius
Representación típica de Arrhenius de 
datos de velocidad experimentales.
Ecuación de Arrhenius
Q
RT
Velocidad  Ce
5.2 DIFUSIÓN ATÓMICA EN SOLIDOS
5.2.1 Difusión en sólidos en general
“Difusión es transferencia o migración de átomos de una red a 
otra” 
5.2.2 Mecanismos de la difusión
Mecanismos de la difusión sustitucional o por vacantes
Mecanismos de la difusión intersticial
5.2.2 Difusión en estado estacionario
Flujo de difusión o velocidad de difusión: 
𝐽 =
𝑀
𝐴𝑡
Donde:
J: Flujo de difusión
M: Masa (o número de átomos)
t: Tiempo
A: Área de difusión
Si consideramos la forma diferencial de la expresión, quedaría :
𝐽 =
1
𝐴
×
𝑑𝑀
𝑑𝑡
A. PRIMERA LEY DE FICK
Donde:
J: es el flujo de difusión
c: concentración 
D: Difusividad
Dependen de muchos factores:
• Tipo de mecanismo de difusión.
• Temperatura 
• Tipo de estructura cristalina de la red matriz
• Tipo de defectos cristalinos
• Concentración de las especie q se difunden
Caso Especial:
Cuando D es independiente de c
B. SEGUNDA LEY DE FICK
5.2.2 Difusión en estado no estacionario
Condiciones límite: (Sólido semi infinito)
• 𝑷𝒂𝒓𝒂 𝒕 = 𝟎, 𝑪 = 𝑪𝟎 𝒂 𝟎 ≤ 𝒙 ≤ ∞
• 𝑷𝒂𝒓𝒂 𝒕 > 𝟎, 𝑪 = 𝑪𝒔 𝒑𝒂𝒓𝒂 𝒙 = 𝟎
𝑪 = 𝑪𝟎 𝒑𝒂𝒓𝒂 𝒙 = ∞
B. SEGUNDA LEY DE FICK
5.3 Aplicaciones Industriales De Los Procesos De Difusión
5.3.1 Endurecimiento superficial del acero por 
carburación con gas
5.3.2 Difusión de impurezas en obleas de silicio para 
circuitos integrados:
5.4 Efectos De La Temperatura En La Difusión En 
Los Sólidos
I. Procesamiento de Metales y 
Aleaciones
 I.1. Fundición.-
I.2 Laminación en caliente y en frío
Laminación en caliente Laminación en frío
I.3. Extrusión
I.4. Forja
I.5. Otros procesos.-
Trefilado de alambre Embutición profunda
II. Tensión y Deformación de Metales
II.1. Deformación elástica y plástica.-
II.2. Tensión de ingeniería y 
deformación convencional
-Tensión en Ingeniería.-
-Deformación convencional.-
II.3 Coeficiente de Poisson.-
II.4 Tensión de cizalladura y deformación 
de cizalladura.-
III. Ensayo de Tracción y Diagrama 
Tensión-Deformación convencional.-
-Diagrama de Tensión- Deformación.-
III.1. Valores de propiedades mecánicas 
obtenidos del ensayo de tracción.-
Módulo de Elasticidad(o de Young).-
-Límite elástico.-
-Resistencia a la tracción(UTS).-
-Porcentaje de Alargamiento.-
-Porcentaje de estricción.-
III.2. Comparación de curvas tensión-
deformación.-
III.3. Tensión Real y Deformación 
Real.-
IV. Dureza y ensayo de dureza.-
V. Deformación Plástico de 
monocristales metálicos
V.1. Bandas de 
deslizamiento en 
líneas de 
deslizamiento en la 
superficie de cristales 
metálicos.-
V.2. Deformación plástica de cristales 
metálicos por el mecanismo de 
deslizamiento
V.3. Sistemas de deslizamientos.-
V.4. Tensión de cizalladura crítica en 
monocristales metálicos.-
V.5.Ley de Schmid.-
V.6. Maclado.-
Diferencias entre maclado y 
deslizamiento.-
VI. Deformación Plástica de metales 
policristalinos.-
VI.1. Efecto de los límites de grano sobre la 
resistencia de metales.-
ecuación de Hall-Petch:
Comparación de curva tensión-deformación 
de monocristalinos y policristalinos.-
VI.2. Efecto de la deformación plástica en la forma de 
los granos y el ordenamiento de dislocaciones.-
VI.3. Efecto de la deformación plástica en 
frío en el incremento de la resistencia de 
los metales.-
VII. Endurecimiento de los metales por 
disolución sólida.-
-Factos de tamaño relativo
-Orden a corto alcance
VIII. Recuperación y recristalización de los 
metales deformados plásticamente.-
VIII.1. Recuperación.-
VIII.2. Recristalización.-
IX.Superplasticidad en metales.-
X. Metales
Nanocristalinos.-
7.1.1.Fractura dúctil
 La fractura dúctil de un metal tiene lugar después de una intensa 
deformación plástica, con una alta absorción de energía antes de 
la rotura.
 Además , el proceso tiene lugar lentamente a medida que la grieta 
se extiende.
FRACTURA MUY DUCTIL EN LA CUAL LA 
PROBETA DE EXTRICCION LLEGA ASTA UN 
PUNTO
FRACTURA MODERADAMENTE DUCTIL 
DESPUES DE CIERTA EXTRICCION
7.1- FRACTURA DE LOS METALES
Pueden reconocerse tres etapas 
distintas en la fractura dúctil: 
1. La muestrapresenta una estricción y se 
forman cavidades en la zona de estricción (a y 
b)
2. Las cavidades formadas se juntan generando 
una fisura en el centro de la probeta que se 
propaga hacia la superficie de la misma y en 
dirección perpendicular al esfuerzo aplicado 
(c)
3. cuando la fisura se aproxima a la superficie, la 
dirección de la misma cambia a 45° respecto 
al eje de la tensión y se genera una fractura del 
tipo cono y copa (d y e). 
FRACTURA COPA-CONO EN UNA 
ALEACION DE ALUMINIO
7.1.2. Fractura frágil
 Se produce usualmente a lo largo 
de planos cristalográficos 
característicos, denominados 
planos de exfoliación 
Presenta una rápida propagación 
de la grieta
La deformación plástica es muy 
poca
La dirección del movimiento de la 
grieta es casi perpendicular a la 
dirección de la tención aplicada y 
produce una fractura 
relativamente plana 
FRACTURA FRAGIL DE UNA 
LEACION METALICA QUE MUESTRA 
SURCOS RADIALES QUE EMANAN 
DEL CENTRO DEL ESPECIMEN 
FRACTURA FRAGIL EN UNA 
FUNDICION DE HIERRO FERRICO 
DUCTIL
7.1.3.Tenacidad Y Prueba De Impacto
La tenacidad es una medida de la cantidad de energía 
que un material puede absorber antes de fracturarse
Esta propiedad es de importancia en la ingeniería 
cuando se considera la
capacidad que tiene un material para soportar un 
impacto sin que se produzca la fractura.
PRUEBA DE IMPACTO
Esquema de un aparato estándar para la prueba de impacto.
7.1.4.Temperatura de transición
Una de las funciones primarias de los ensayos de charpy es determinar si el 
material experimenta un transición dúctil – frágil al disminuir la temperatura, 
y, si es así, en que intervalo de temperatura ocurre.
La transición de dúctil a frágil es un importante elemento a tomar en cuenta en 
la selección de materiales para componentes que funcionan en ambientes fríos
Efecto de la temperatura en la energía absorbida durante el impacto para 
diferentes tipos de materiales
Influencia del contenido de carbono de un acero sobre 
la curvas de energía absorbida en el impacto frente a la 
temperatura para probetas de charpy entalladas en V
7.1.4.Resistencia a la fractura
7.2- FATIGA DE LOS METALES
Esfuerzos cíclicos
Cambios estructurales básicos que 
tienen lugar en un metal dúctil
durante el proceso de fatiga.
Factores de importancia que afectan la 
resistencia a la fatiga de los
metales
En muchos tipos de aplicaciones las piezas metálicas 
sometidas a esfuerzos cíclicos o repetitivos se rompen 
por la fatiga que sufren debido a un esfuerzo mucho 
menor de lo que la pieza puede soportar durante la 
aplicación de un esfuerzo estático sencillo.
Algunas estimaciones de las fallas de las máquinas se 
atribuyen en un 80 por ciento de la acción directa alas 
fallas por fatiga.
7.2- FATIGA DE LOS METALES
Fractura por fatiga de un eje fabricado con acero
se usan numerosos tipos de ensayo para determinar los ciclos 
de resistencia del material. La prueba de fatiga más 
comúnmente utilizada a menor escala es la prueba de fatiga 
por flexión alternante rotativa. En el cual la probeta se 
somete a esfuerzos alternos de tensión y compresión de la 
misma magnitud durante la rotación.
Diagrama esquemático de una máquina de fatiga por flexión rotativa de 
R. R. Moore
Curvas de esfuerzo en comparación con número de 
ciclos (SN) correspondientes a una falla por fatiga 
para una aleación de aluminio 2014-T6 y un acero de 
contenido medio de carbono 1047.
Gráficas de esfuerzos de fatiga versus número de ciclos. 
a) Ciclo de esfuerzos totalmente invertido.
b) Ciclo de esfuerzos repetidos con amáx y amín iguales. 
c) Ciclo de esfuerzos con valores al azar.
7.2.1. Esfuerzos cíclicos
Esfuerzo medio:
Amplitud del esfuerzo
Rango del esfuerzo
Relación de esfuerzos
Los ciclos de esfuerzo variable se caracterizan por un cierto 
número de parámetros, siendo los más importantes los siguientes
7.2.2. Cambios Estructurales Básicos que Tienen 
lugar en un Metal Dúctil Durante El Proceso 
de Fatiga
 Inicio de la fisura
Crecimiento de fisuras en las bandas de 
deslizamiento
Crecimiento de fisura en planos sometidos a 
intenso esfuerzo cortante
Máxima deformación en el punto de fractura
7.2.3. Factores de importancia que afectan 
la resistencia a la fatiga de los Metales
Concentración de esfuerzos
Aspereza superficial.
Estado de la superficie
Medio ambiente
7.3. VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN 
DE LAS FISURAS POR FATIGA
Esquema de sistema del sistema de 
registro de fisura mediante medición 
del potencial de una corriente 
eléctrica directa en la prueba de 
fatiga con alto número de ciclos 
utilizando una probeta de tipo 
compacto
7.3.1. Correlación entre la propagación de la fisura por fatiga 
con esfuerzo y longitud de la fisura
a) Probeta en forma de placa delgada con una fisura en el borde sometida a 
esfuerzo
cíclico.
b) Representación gráfica de la longitud de fisura frente al número de ciclos 
de
esfuerzo para los esfuerzos 1 y 2 (2 > 1).
7.3.2. Representación gráfica 
de la velocidad de 
crecimiento de fisura 
por fatiga vs el factor de 
intensidad-esfuerzo.
7.3.3. Calculo de los ciclos de resistencia a la fatiga
7.4.1. La Fluencia en los metales
7.4. FLUENCIA Y ESFUERZO DE 
RUPTURA EN LSO METALES
7.4.2. La Prueba de fluencia
7.4.3. La Prueba de ruptura por fluencia 
7.5. REPRESENTACION GRÁFICA DE DATOS 
DE FLUENCIA Y ESFUERZO – TIEMPO DE 
RUPTURA – TEMPERATURA UTILIZANDO EL 
PARÁMETRO DE LARSEN-MILLER
7.6. CASOS PARA EL ESTUDIO DE FALLAS 
EN COMPONENTES METÁLICOS