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2. Materiales 2.5 Propiedades de Aleaciones Comprender las distintas fases que presentan las aleaciones y sus propiedades física. Objetivos: www.gphysics.net.

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1 2. Materiales 2.5 Propiedades de Aleaciones Comprender las distintas fases que presentan las aleaciones y sus propiedades física. Objetivos: – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version Dr. Willy H. Gerber Instituto de Fisica Universidad Austral Valdivia, Chile

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

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

4 Ligazones covalentes - Se comparten electrones Propiedades típicas - Duros, quebradizos - Buenos aislantes - Transparentes Ligazones covalentes – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

5 Ligazones metálicas - Se comparten un mar de electrones Propiedades típicas - Dúctiles - Buenos conductores eléctricos - Buenos conductores térmicos Ligazones metálicas – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

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

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

8 Nivel de energías Ligazones Covalentes Iónicos Metálicos Puentes de Hidrogeno Van der Waals Densidad de energía [GJ/m 3 ] Ejemplos Diamantes Sales y cerámicas Metales Agua Plásticos Energías de Ligazón – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

9 Formación de cristalesFormación de estructuras amorfas Estructura – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

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

11 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 Tipos de cristales – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

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

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

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

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

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

18 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) Aleaciones – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

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

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

21 Apliquemos al diagrama del agua Gas Liquido Solido Presión Temperatura (C) 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) Ejemplo – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

34 Transporte en el Agua Difusión de sustancias (sin corriente). 34 – 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/m 2 s] Constante de difusión [m 2 /s] Variación de concentración [mol /m 3 ] Distancia entre los puntos en que se mide la concentración [m] 35 – 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 [m 2 /s] Tiempo transcurrido [s] Camino recorrido [m] 36 – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

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


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