CLase 5 de ingenieria de materiales

1. INGENIERIA DE LOS MATERIALES
DEFECTOS E IMPERFECCIONES CRISTALINAS
Dr. Ing° Fortunato Alva Dávila
Lima, abril del 2014

2. DEFECTOS E IMPERFECCIONES CRISTALINAS
Los cristales contienen varios tipos de defectos e
imperfecciones, que afectan a sus propiedades físicas y
mecánicas, también influyen en algunas propiedades de los
materiales a nivel de aplicación en ingeniería, como la
capacidad de formar aleaciones en frío, conductividad
eléctrica y la corrosión.
Las imperfecciones se clasifican según su geometría y forma:
Defectos puntuales
Defectos lineales, llamados también dislocaciones
Defectos de dos dimensiones

3. DEFECTOS PUNTUALES
VACANTE
Es un hueco creado por la pérdida de un
átomo que se encontraba en esa posición.
Puede producirse durante la solidificación,
por perturbaciones locales durante el crecimiento
de los cristales.
Puede producirse por reordenamientos
atómicos en el cristal ya formado como
consecuencia de la movilidad de los átomos.
(Figura 4.1)

4. VACANTE
Figura 4.1.vacante
El número de vacantes en equilibrio Nv para una
cantidad dada de material, se incrementa con la
temperatura de acuerdo a la ecuación:

5. VACANTE
Q
-
KT
NV =
N
Donde:
NV = es el número de vacantes por metro cúbico
N = es el número de puntos en la red por metro cúbico
Q = es la energía requerida para producir una vacancia
(J/átomo)
T = es la temperatura en °K
K = es la constante de Boltzmann de los gases
(1,38 x 10-23 J/átomo°K)
Las vacantes son las imperfecciones más comunes
en los cristales. Se dan hasta una por cada 10 000
átomos.
Las vacantes pueden transladarse cambiando su
posición con sus vecinos.

6. DEFECTOS PUNTUALES
DEFECTOS INSTERSTICIALES
Se produce cuando, un átomo extra se inserta dentro de la
estructura de la red en una posición que normalmente no está
ocupada, formando un defecto llamado “Defecto intersticial”.
Figura 4.2 Defecto intersticial

7. DEFECTO FRENKEL
Es una imperfección combinada Vacancia –
Defecto intersticial. Ocurre cuando un ión
salta de un punto normal dentro de la red a un
sitio intersticial dejando entonces una vacancia.
(Fig.4.3)
Figura 4.3. Defecto Frenkel

8. DEFECTO SCHOTTKY
Es un par de vacancias en un material con
enlaces iónicos. Para mantener la neutralidad,
deben perderse de la red tanto un catión
como un anión.
Figura 4.4. Defecto Schottky

9. DEFECTOS DE LINEA (DISLOCACIONES)
d) Son defectos que dan lugar a una distorsión de la
red centrada en torno a una línea. Se crean durante
la solidificación de los sólidos cristalinos o por
deformación plástica, por condensación de vacantes.
Hay dos tipos de dislocaciones:
a)Las de cuña y
b)Las helicoidales.
c)También puede darse una combinación de ambas,
denominada dislocación mezcla.

10. DEFECTOS DE LINEA (DISLOCACIONES)
DISLOCACIÓN DE CUÑA
Se crea por la intersección de un medio plano adicional de
átomos, como se muestra en la figura, justo encima del símbolo
“T” invertida. La “T” invertida , indica una dislocación de cuña
o arista .
Fig. 4.5. Dislocación de cuña

11. r U
DEFECTOS DE LINEA (DISLOCACIONES)
DISLOCACIÓN HELICOIDAL
Esta dislocación se forma cuando se aplica un esfuerzo de
cizalladura en un cristal perfecto que ha sido separado por un
plano cortante.
r U
Figura 4.6. Formación de una dislocación helicoidal. (a) Un cristal perfecto es cortado por un
plano y se aplican esfuerzos cortantes paralelos al plano de corte de arriba y abajo
formando una dislocación en helicoidal, (b) Se presenta una dislocación helicoidal con su
desplazamiento o vector de Burgers b paralelo a la línea de dislocación

12. - SIGNIFICADO DE LAS DISLOCACIONES
Los deslizamientos atómicos pueden ocurrir en
cerámicos y polímeros, estos procesos son
particularmente útiles para entender el
comportamiento mecánico de los metales.
Primero: El deslizamiento atómico explica porque la
resistencia de los metales es mucho más baja
que el valor teórico predicho de los enlaces
metálicos. Cuando los deslizamientos ocurren, solo
una pequeña fracción de todos los enlaces
metálicos a lo largo de la interfase necesita ser roto
y la fuerza requerida para deformar el metal es
pequeña.

13. SIGNIFICADO DE LAS DISLOCACIONES
Segundo: Los deslizamientos proveen ductilidad
en los metales. Si no estuvieran presentes las
dislocaciones, una barra de hierro sería frágil y los
metales no podrían ser moldeados por varios
procesos tales como forjado.
Tercero: Es posible controlar las propiedades
mecánicas de un metal o aleación interfiriendo
con el movimiento de las dislocaciones.

14. DEFECTOS SUPERFICIALES
Los defectos superficiales son los límites o bordes o planos
que dividen un material en regiones, cada una de las cuales
tienen la misma estructura cristalina pero diferente
orientación.
Figura 4.7 Ilustración esquemática mostrando las diversas etapas en la
solidificación de metales: (a) formación de núcleos, (b) crecimiento de los
núcleos hasta formar cristales y (c) Unión de cristales para formar granos y
límites de granos asociados

15. BORDES DE GRANO
Se puede definir como la superficie que separa los
granos individuales de diferentes orientaciones
cristalográficas en materiales policristalinos.
El límite de grano es una zona estrecha en la cual los
átomos no están uniformemente separados, o sea que
hay átomos que están muy juntos causando una
compresión, mientras que otros están separados
causando tensión.