Imperfecciones o Defectos
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8/11/2019 Imperfecciones o Defectos
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Defectos
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Imperfecciones Cristalinas
En la realidad no existen cristales perfectos.
Las imperfecciones o defectos afectan las propiedades
mecnicas (conformacin en fro de aleaciones), qumicas
(corrrosin) y elctricas (conductores).
Las imperfecciones pueden ser clasificadas como:
Defectos puntuales o de dimensin cero (Vacancias).
Defectos de lnea o de una dimensin (dislocaciones).
Defectos de dos dimensiones (defectos planares) que incluyen
superficies externas y superficies de lmite de grano. Defectos macroscpicos tridimensionales o de volumen (poros,
fisuras, e inclusiones).
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Imperfecciones Cristalinas
Las imperfecciones pueden ser introducidas por el
movimiento de los tomos o inoes cuando ganan energa alcalentarse, durante el procesamiento del material o por la
introduccin de otros tomos
Las impurezas: son elementos o compuestos que se
presentan a partir de las materias primas o delprocesamiento (el efecto es perjudicial)
Los dopantes son compuestos o elementos que se adicionan
de manera intencional buscando un efecto benfico sobre
las propiedades. (El efecto es til: el P y el B se adicionan acristales de silicio para mejorar o alterar las propiedades
elctricas del Si puro)
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Imperfecciones Cristalinas
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Defectos puntuales: a) vacancias, b)
tomo intersticial, c)tomo
sustitucional pequeo, d) tomo
sustitucional grande
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Defectos puntuales Vacancias
La vacancia es formada debido a la prdida de un tomo.
La vacancia raramente excede 1 tomo en 10000 y se forma
durante la solidificacin por la movilidad de los tomos.
La Energa de formacin es 1 ev.
Las vacancias seforman tambin por
deformaciones
plsticas, enfriami-
entos rpidos o
bombardeos con
partculas.
Red cristalina mostrando vacancias
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Defectos Puntales - Intersticiales
Algunas veces un tomo de un cristal puede ocupar un
hueco intersticial.
Estos defectos no ocurren naturalmente
Se pueden introducir en la estructura por irradiacion.
Causan distorsin estructural.
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Defectos puntuales intersticiales en una red metlica compacta
Intersticial
H impureza y C
dopante en el Feparaproducir el acero
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Defectos Puntales - Sustitucional
Algunas veces un tomo de un cristal puede reemplazarun
tomo o un ion por un tipo distinto de tomo o de ion.
Alteran las distancias interatmicas
Ej de dopantes: P y B en el Si.
Aumentan la resistencia del material metlico, pero
tambien aparecen en los materiales cermicos: MgO
adicionado al NiO.
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Defectos puntuales sustitucionales en una red metlica
compacta
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IMPORTANCE OF ALLOYING INTO THEPROPERTIES
The effects of several alloy
elements on the yield strength of
copper.
What can youconclude about
it?
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Defectos Puntuales en Cristales Inicos
Son complejos, debido a la necesidad de mantener la
neutralidad elctrica.
La presencia de estos defectos en los cristales inicos,
aumenta su conductividad elctrica
Los tomos de impurezas de tipo sustitucional o intersticial
son tambin defectos puntuales y se presentan en cristalescon enlaces metlicos o covalentes (ej, Si puro, afecta mucho
su conductividad elctrica para aplicaciones en dispositivos
electrnicos)
Las impurezas inicas son tambin defectos puntuales encristales inicos
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Tipos de defectos
1. Cuando dos iones de carga opuesta faltan se crea una
divacante aninica-catinicaque se conoce como defecto deSchottky. (slo para materiales onicos en cermicos)
2. Si un cation se mueve aun sitio intersticial se crea una
vacante catinica en la posicin inicial del catin. Este par de
defectos vacante-intersticiose llama defecto de Frenkel.
(materiales inicos pero tambien en metales y materiales
enlazados con enlaces covalentes
Defecto de Schottky y de Frenkel en un cristal inico en dos dimensiones
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Defectos Lineales (Dislocaciones)
Son defectos que provocan una distorsin en la red
centradaen torno a una lnea.
Las dislocaciones se crean durante
LaSolidificacin
En la Deformacin Plstica
Muy tiles para explicar la deformacin y
endurecimiento de los materiales metlicos
Los diferentes tipos de defectos de lnea sn Dislocacin de arista
Dislocacin helicoidal
Dislocacin mixta
4-22
C i ht Th M G Hill C i I P i i i d f d ti di lC i ht Th M G Hill C i I P i i i d f d ti di l
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Dislocacin de Arista
Creada por la insercin de un medio plano de tomos.
La distancia del desplazamiento de los tomos alrededor de la dislocacin
se llama Vector de Burgers b y es perpendicular a la lnea dedislocacin de
arista.
4-23
Burgers vector
C i ht Th M G Hill C i I P i i i d f d ti di lC i ht Th M G Hill C i I P i i i d f d ti di l
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Dislocacin de Arista
Las dislocaciones son defectos de no equilibrio y almacenan
energa en la regin distorsionada de la red cristalinaalrededor de la dislocacin. (La velocidad de movimiento de
las dislocaciones es cercana a la velocidad del sonido)
La dislocacin de arista presenta una regin de tensin o
compresindnde se encuentra el medio plano adicional yuna regin de esfuerzo a la tensin debajo del medio plano
adicional de tomos.
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Dislocacin Helicoidal
Creadas por la aplicacin de esfuerzos de corteen un cristal
perfecto que han sido separadas por un plano cortante.
La Distorsin es en forma de rampa en espiral de tomos.
Existe una regin de esfuerzo cortante alrededor de la
dislocacin helicoidal en la que se almacena energa.
El vector de Burgers es paralelo a la linea de dislocacin.
4-24Formacin de una dislocacin helicoidal
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Dislocacin Mixta
La mayora de las dislocaciones
en los cristales son del tipomixto
Las Dislocaciones tiene unarreglo atmico irregular y
cuando son observadas en elmicroscopio electrnico se
observan como lneas oscuras.
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Vista de dislocacines en hierro deformado14% a 195 0C
Dislocaciones mixtas
en un cristal
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Deslizamiento
Las dislocaciones no se mueven de manera fcil en materiales
con enlace covalentes ( Si o los polmeros) Se rompen antes
de apreciar un deslizamiento.
Los materiales con enlace inico incluyendo cermicas comoel MgO son resistentes al deslizamiento. (durante el
deslizamiento los iones con carga similar tambien deben
pasar cerca unos de otros lo que ocasiona repulsin (Falla
quebradiza)
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TAREA: Determinar cual es la:
Importancia de las dislocasiones
yla influencia de la estructura cristalina
en los materiales
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Defectos Planares
Snlmites de granos, maclas, torsiones y fallas de
apilamiento.
La superficie libre o externa de un material es tambin un
defecto: Los tomos de la superficie estn enlazados a otrostomos por un slo lado , tiene un menor nmero de vecinos
y tienen un mayor estado de energa.
Los Nanomateriales tienen pequeos aglomerados de
tomos, los cules son altamente reactivos.
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Lmites de Granos
Los lmites de grano separan a los granos.
Formados en la solidificacin debido al crecimiento
simultneo de cristales juntndose unos con otros.
Los tomos en la frontera de grano tienen altas de energa.
Los lmites de grano disminuyen la plasticidad dificultado el
movimiento de dislocacin.
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Fronteras
de granos
Acero
inoxidable
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Maclas o bordes de Maclas (Twins)
Macla:Es un regin en la que existe una imgen de
espejo de la estructura a travs de un plano o borde. Formadas durante deformacin plstica y durante el
proceso de recristalizacin.
Los bordes pares o gemelos refuerzan el metal.
Ocurreslo en aleaciones FCCTwin
Plane
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Tamao de los Granos
4-27
Nmero del tamao del granoASTM (American Societyfor Testing and Materials)
1
2
n
N
N = nmero de granos por plg2
n = tamao de grano
Tomados a una amplificacin de 100X (Metalografa)
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py g p , q p p ypy g p , q p p y
Tamao de los Granos
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Nmero del tamao del granoASTM (American Societyfor Testing and Materials)
1
2
2100
nMN
N = nmero de granos por plg2
n = tamao de grano
Cuando las amplificaciones son diferentes a 100x
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py g p q p p ypy g p q p p y
Nmero de granos
Granos enteros: 8
Medios granos: 15
Granos totales: 8 + 15/2 = 15,5
1
1
2
3
4
8
5
6
7
2
15
14
4 5
6
7
8
910111213
3
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Segn la American Society for Testing Materials (ASTM):
n= 2N-1@100x
Siendo: n = nmero de granos en una pulgada cuadrada a 100 x
N = nmero de grano ASTM (E 112)
Tamao de la micrografa: (77 mm * 101 mm)
n = Granos totales / (tamao micrografa/25,42) =
= 15,5 / [(77*101)/(25,4*25,4)] = 1,3 granos/inch2
1,3 = 2N-1 log 1,3 = (N-1) log 2; N = (log 1,3/log 2) + 1 = 1,4
N 1 ASTM
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ASTM 9 ASTM 9,5
ASTM 10
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Tamao de los Granos
La ecuacin de Hall-Petch relaciona el tamao de grano con
el esfuerzo de fluencia (y)
d = dimetro promedio de los granos
0y K = constantes para el metal (tensin de friccin que se
opone al movimiento de las dislocaciones, medida de la
extensin del apilamiento de dislocaciones frente a las
barreras, respectivamente)
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2/1
0
Kdy
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Propiedades del tamao de los de Granos
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Efecto de los tamaos de los granos sobre el lmite
elstico del acero a temperatura ambiente
![Defectos - FCEIAadruker/Defectos[1].pdf · DEFECTOS RETICULARES. Vacancias At. Intersticiales PUNTUALES At. Sustitucionales Frenkel Crowdion LINEALES Dislocaciones Bordes de grano](https://static.fdocuments.in/doc/165x107/5eb6f2c18d2cad232722cf75/defectos-fceia-adrukerdefectos1pdf-defectos-reticulares-vacancias-at-intersticiales.jpg)
