2. Materiales 2.5 Propiedades de Aleaciones

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1 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. – 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 – 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 – 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 – 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 – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

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

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

14 Fallas en cristales Faltantes En espacios intermedios Substituciones
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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 Deformaciones Los defectos afectan en forma directa las deformaciones
Elásticas Plásticas – 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 – 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) – 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) – 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 – 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) – 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] – 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) – 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 (%) – 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. – 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 (%) – 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 [%] – 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 (%) – UACH-Fisica en la Odontologia–2-5-Propiedades-de-Aleaciones-Version 05.09

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

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

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