1. CONFIGURACIONES ESTRUCTURALES

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Enlace Metálico

Un enlace metálico es un enlace químico que mantiene unidos los átomos (unión entre núcleos atómicos y los electrones de valencia, que se juntan alrededor de éstos como una nube) de los metales entre si.

Estos átomos se agrupan de forma muy cercana unos a otros, lo que produce estructuras muy compactas. Se trata de líneas tridimensionales que adquieren estructuras tales como: la típica de empaquetamiento compacto de esferas hexagonal compacta, cúbica centrada en las caras o la cúbica centrada en el cuerpo.

En este tipo de estructura cada átomo metálico está dividido por otros doce átomos (seis en el mismo plano, tres por encima y tres por debajo). Además, debido a la baja electronegatividad que poseen los metales, los electrones de valencia son extraídos de sus orbitales. Este enlace sólo puede estar en sustancias en estado sólido.

Los metales poseen algunas propiedades características que los diferencian de los demás materiales. Suelen ser sólidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio, y tienen un punto de fusión alto.

(1) Representación del enlace metálico

La vinculación metálica es la atracción electrostática entre los átomos del metal o cationes y los electrones deslocalizados.

El enlace metálico es característico de los elementos metálicos. Es un enlace fuerte, primario, que se forma entre elementos de la misma especie. Al estar los átomos tan cercanos unos de otros, interaccionan sus núcleos junto con sus nubes electrónicas, empaquetándose en las tres dimensiones, por lo que quedan los núcleos rodeados de tales nubes. Estos electrones libres son los responsables de que los metales presenten una elevada conductividad eléctrica y térmica, ya que estos se pueden mover con facilidad si se ponen en contacto con una fuente eléctrica. Los metales generalmente presentan brillo y son maleables. Los elementos con un enlace metálico están compartiendo un gran número de electrones de valencia, formando un mar de electrones rodeando un enrejado gigante de cationes. Muchos de los metales tienen puntos de fusión más altos que otros elementos no metálicos, por lo que se puede inferir que hay enlaces más fuertes entre los distintos átomos que los componen. La vinculación metálica es no polar, apenas hay diferencia de electronegatividad entre los átomos que participan en la interacción de la vinculación (en los metales, elementales puros) o muy poca (en las aleaciones), y los electrones implicados en lo que constituye la interacción a través de la estructura cristalina del metal. El enlace metálico explica muchas características físicas de metales, tales como maleabilidad, ductilidad, buenos en la conducción de calor y electricidad, y con brillo o lustre (devuelven la mayor parte de la energía lumínica que reciben).

Referencias:

1. http://actdomenico.wikispaces.com/ENLACE+MET%C3%81LICO
2. http://www.mim-us.es/estructuras_cristalinas/hc.html

-Donald R. Askeland. Pradeep P. Fulay. Webdelin J. Wright (2013)Ciencia e Ingeniería de Materiales.Sexta EdiciónCengage Learning.

LA SIGUIENTE PARTE NO SE IMPRIME ES CONSULTA:

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GENERALIDADES SOBRE METALES

Estimados alumnos :

Esta publicación es lo que se revisó la primera clase. Es material de consulta. NO SE IMPRIME.

METALES

Se denomina a los elementos químicos caracterizados por ser buenos conductores del calor y la electricidad. Poseen alta densidad y son sólidos a temperatura ambiente (excepto el mercurio); sus sales forman iones electropositivos (cationes) en disolución.

La ciencia de materiales define un metal como un material en el que existe un solapamiento entre la banda de valencia y la banda de conducción en su estructura electrónica (enlace metálico). Esto le da la capacidad de conducir fácilmente calor y electricidad,(tal como el cobre) y generalmente la capacidad de reflejar la luz, lo que le da su peculiar brillo. En ausencia de una estructura electrónica conocida, se usa el término para describir el comportamiento de aquellos materiales en los que, en ciertos rangos de presión y temperatura, la conductividad eléctrica disminuye al elevar la temperatura, en contraste con los semiconductores.

El concepto de metal se refiere tanto a elementos puros, así como aleaciones con características metálicas, como el acero y el bronce (Cobre y Estaño). Los metales comprenden la mayor parte de la tabla periódica de los elementos y se separan de los no metales por una línea diagonal entre el boro y el polonio. En comparación con los no metales tienen baja electronegatividad y baja energía de ionización, por lo que es más fácil que los metales cedan electrones y más difícil que los ganen.

En astrofísica se llama metal a todo elemento más pesado que el helio.

El primer gran avance se produjo con el descubrimiento del bronce, fruto de la utilización de mineral de cobre con incursiones de estaño, entre 3500 a. C. y 2000 a. C., en diferentes regiones del planeta, surgiendo la denominada Edad del Bronce, que sucede a la Edad de Piedra.

Otro hecho importante en la historia fue la utilización del hierro, hacia 1400 a. C. Los hititas fueron uno de los primeros pueblos en utilizarlo para elaborar armas, tales como espadas, y las civilizaciones que todavía estaban en la Edad del Bronce, como los egipcios

No obstante, en la antigüedad no se sabía alcanzar la temperatura necesaria para fundir el hierro, por lo que se obtenía un metal impuro que había de ser moldeado a martillazos. Hacia el año 1400 se empezaron a utilizar los hornos provistos de fuelle, que permiten alcanzar la temperatura de fusión del hierro, unos 1535 °C.

Henry Bessemer descubrió un modo de producir acero en grandes cantidades con un coste razonable. Tras numerosos intentos fallidos, dio con un nuevo diseño de horno (el convertidor Thomas-Bessemer) y, a partir de entonces, mejoró la construcción de estructuras en edificios y puentes, pasando el hierro a un segundo plano.

Poco después se utilizó el aluminio y el magnesio, que permitieron desarrollar aleaciones mucho más ligeras y resistentes, muy utilizadas en aviación, transporte terrestre y herramientas portátiles.

El titanio, es el último de los metales abundantes y estables con los que se está trabajando y se espera que, en poco tiempo, el uso de la tecnología del titanio se generalice.

Los elementos metálicos, así como el resto de elementos, se encuentran ordenados en un sistema denominado tabla periódica. La mayoría de los elementos de esta tabla son metales.

Los metales se diferencian del resto de elementos, fundamentalmente en el tipo de enlace que constituyen sus átomos. Se trata de un enlace metálico y en él los electrones forman una «nube» que se mueve, rodeando todos los núcleos. Este tipo de enlace es el que les confiere las propiedades de conducción eléctrica, brillo, etc.

Hay todo tipo de metales: metales pesados, metales preciosos, metales ferrosos, metales no ferrosos, etc. y el mercado de metales es muy importante en la economía mundial.

Propiedades

Los metales poseen ciertas propiedades físicas características, entre ellas son conductores de la electricidad. La mayoría de ellos son de color grisáceo, pero algunos presentan colores distintos; el bismuto (Bi) es rosáceo, el cobre (Cu) rojizo y el oro (Au) amarillo. En otros metales aparece más de un color; este fenómeno se denomina policromismo.

Otras propiedades serían:

·    Maleabilidad: capacidad de los metales de hacerse láminas al ser sometidos a esfuerzos de compresión.

·         Ductilidad: propiedad de los metales de moldearse en alambre e hilos al ser sometidos a esfuerzos de tracción.

·         Tenacidad: resistencia que presentan los metales al romperse o al recibir fuerzas bruscas (golpes, etc.)

·         Resistencia mecánica: capacidad para resistir esfuerzo de tracción, compresión, torsión y flexión sin deformarse ni romperse.

Suelen ser opacos o de brillo metálico, tienen alta densidad, son dúctiles y maleables, tienen un punto de fusión alto, son duros, y son buenos conductores (calor y electricidad).

La ciencia de materiales define un metal como un material en el que existe un traslape entre la banda de valencia y la banda de conducción en su estructura electrónica (enlace metálico). Esto le da la capacidad de conducir fácilmente calor y electricidad, y generalmente la capacidad de reflejar la luz, lo cual le da su peculiar brillo.

BIENVENIDA Y PROGRAMA

Estimados alumnos:

Les doy la bienvenida al curso de INGENIERÍA DE MATERIALES METÁLICOS.  ... Los invito a participar activamente en el desarrollo del curso. Les estaré enviando material para impresión para utilizar en clase y cualquier aviso para estar en comunicación. 

A CONTINUACIÓN LES ANEXO EL PROGRAMA DEL CURSO:

DATOS DE LA ASIGNATURA

Nombre de la asignatura : Ingeniería de Materiales Metálicos

Carrera : Ingeniería Mecánica

Clave de la asignatura : MEF-1013

SATCA1 3-2-5

PRESENTACIÓN

Caracterización de la asignatura.

Esta asignatura aporta al perfil del Ingeniero Mecánico la capacidad de Seleccionar y

emplear los materiales metálicos adecuados para: el diseño y fabricación de

elementos mecánicos; o para su uso en instalaciones industriales con base en el

conocimiento de sus propiedades, fomentando el desarrollo de las siguientes

competencias:

Aplicar herramientas matemáticas, computacionales y métodos experimentales en la

solución de problemas para formular modelos, analizar procesos y elaborar prototipos

mecánicos.

Seleccionar y emplear los materiales adecuados para: el diseño y fabricación de elementos

mecánicos; o para su uso en instalaciones industriales con base en el conocimiento de sus

propiedades.

Formar parte de grupos multidisciplinarios en proyectos integrales con una actitud que

fortalezca el trabajo de equipo, ejerciendo diversos roles contribuyendo con su capacidad

profesional al logro conjunto.

Observar y aplicar las normas y especificaciones nacionales e internacionales relacionadas

con el tratamiento adecuado de las materias primas, los productos terminados, así como los

materiales residuales, generados en los procesos industriales.

Aplicar sus conocimientos, habilidades y aptitudes para cursar estudios de posgrado.

La integración de esta asignatura se basa en el hecho de que los materiales metálicos

constituyen una buena parte de los materiales empleados en nuestra sociedad y están

presentes en todas aquellas situaciones que requieran de cierta estabilidad estructural. Y

aunque las propiedades mecánicas son el principal interés de estos materiales no hay que

olvidar otros usos como las aleaciones magnéticas o los materiales antifricción.

OBJETIVO GENERAL DEL CURSO

Seleccionar y emplear los materiales metálicos adecuados para el diseño y fabricación de

elementos mecánicos; o para su uso en instalaciones industriales con base en el

conocimiento de sus propiedades.

COMPETENCIAS PREVIAS

􀂃 Diferenciar los tipos de enlaces de los materiales

􀂃 Diferenciar las diversas estructuras cristalinas en los materiales

􀂃 Aplicar el conocimiento de la composición de la materia

􀂃 Diferenciar los diversos tipos de Imperfecciones y defectos en los materiales.

TEMARIO

1. Configuraciones estructurales

1.1. Imperfecciones cristalinas.

1.2. Defectos lineales.

1.3. Defectos superficiales.

1.4. Movimientos atómicos.

1.5. Difusión y mecanismos de difusión.

2. Propiedades generales de los materiales metálicos

2.1. Propiedades físicas.

2.2. Propiedades mecánicas.

2.3. Propiedades térmicas, eléctricas, químicas y reológicas.

3.Producción de arrabio y procesos de aceración

3.1. Concepto de metalurgia.

3.2. Proceso de prebeneficio de mineral de hierro.

3.3. Producción de arrabio.

3.4. Procesos de aceración.

4.Clasificación y selección de aceros

4.1. Por su contenido de Carbono.

4.2. Por sus elementos aleantes.

4.3. Por su grado de desoxidación.

4.4. Según SAE y AISI.

4.5. Según ASTM.

4.6. Normas y criterios de selección de aceros.

5. Transformación estructural

5.1. Construcción de los diagramas de fase.

5.2. Diagramas binarios y ternarios.

5.3. Diagrama Fe-C.

5.4. Tipos de tratamientos térmicos.

6. Metales y aleaciones no ferrosas

6.1. Producción, propiedades y usos de: Aluminio, Cobre, Titanio, Níquel, Plomo, Plata, Oro, Iridio, Platino, Rodio, Zinc.

6.2. Aleaciones antifricción, tipos y aplicaciones.

FUENTES DE INFORMACIÓN

1. Flin, richard a. Trojan paul k. Materiales de ingeniería y sus aplicaciones. México:

editorial mc graw hill, ultima edición.

2. Thornton, peter a. Colangelo vito j. Ciencia de materiales para ingeniería. Editorial

prentice - hall hispanoamericana. Ultima edición.

3. Askeland donal r. Ciencia e ingeniería de los materiales. Editorial grupo editorial

iberoamericana. Ultima edición.