Cálculo de Parámetros Reticulares, FVE y Densidad en Fe, Cu, Mg y Ge
Introducción
Se presentan los cálculos de parámetros reticulares, factor de volumen empaquetado (FVE) y densidad para los siguientes elementos: Hierro (Fe) con estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo (BCC), Cobre (Cu) con estructura cúbica centrada en las caras (FCC), Magnesio (Mg) con estructura hexagonal compacta (HCP) y Germanio (Ge) con estructura de diamante cúbico (CD).
Desarrollo
1. Cálculos para Fe (BCC), Cu (FCC), Mg (HCP) y Ge (CD):
Se proporcionan los radios atómicos: rFe = 1.24 Å, rCu = 1.27 Å, rMg = 1.6 Å, rGe = 1.22 Å.
a) Parámetros reticulares:
- Fe (BCC): a = 4r / √3
- Cu (FCC): a = 4r / √2
- Mg (HCP): a = 2r, c = 1.633a
- Ge (CD): a = 8r / √3
b) Factor de Volumen Empaquetado (FVE):
- Fe (BCC): FVE = (2 * (4/3)πr³) / a³
- Cu (FCC): FVE = (4 * (4/3)πr³) / a³
- Mg (HCP): FVE = (6 * (4/3)πr³) / (3√3/2 * a² * c)
- Ge (CD): FVE = (8 * (4/3)πr³) / a³
c) Densidad:
- ρ = (n * A) / (Vc * NA)
- Donde ‘n’ es el número de átomos por celda unitaria, ‘A’ es el peso atómico, ‘Vc‘ es el volumen de la celda unitaria y ‘NA‘ es el número de Avogadro.
2. Representación del Plano (110) y la Dirección [101] en una Celda Unitaria.
Se debe dibujar una celda unitaria cúbica y en ella representar el plano (110) y la dirección [101].
3. Cálculo de la Densidad Planar y Lineal para el Plano (110) y la Dirección [101] en el Sistema FCC.
- Densidad Planar (110): Número de átomos centrados en el plano / Área del plano.
- Densidad Lineal [101]: Número de átomos centrados en la dirección / Longitud de la dirección.
4. Reacción Eutectoide en el Diagrama Fe-C.
En el diagrama Fe-C, la reacción eutectoide ocurre a 727°C y 0.77% de carbono. La austenita (γ) se transforma en perlita, una mezcla de ferrita (α) y cementita (Fe3C).
Productos:
- Ferrita (α)
- Cementita (Fe3C)
5. Proceso de Solidificación de un Acero 1010 en el Diagrama Fe-C.
Un acero 1010 (0.10% de carbono) al enfriarse desde la fase líquida, comenzará a solidificar formando austenita (γ). Al alcanzar la línea de liquidus, la austenita seguirá solidificando hasta la línea de solidus. Al cruzar la línea A3, comenzará a precipitar ferrita (α) proeutectoide. Finalmente, al llegar a la temperatura eutectoide (727°C), la austenita restante se transformará en perlita.
Cerámicos Avanzados: Características y Aplicaciones
1. Definición de Cerámicos Avanzados
Los cerámicos avanzados son materiales que combinan las características y ventajas de la cerámica tradicional, pero con propiedades mejoradas gracias a un control preciso de su composición, microestructura y procesado.
2. Cerámicos de Ingeniería
Algunos de los cerámicos de ingeniería más importantes son:
- Alúmina (Al2O3)
- Nitruro de silicio (Si3N4)
- Carburo de silicio (SiC)
- Circonia (ZrO2) combinada con algunos óxidos refractarios
3. Aplicaciones de la Alúmina
La alúmina se utiliza para contener metal fundido o para operar a alta temperatura donde se requiere buena resistencia mecánica y térmica.
4. Punto de Fusión de la Alúmina
La alúmina tiene un punto de fusión superior a los 2000°C.
5. Diferencias entre Cerámica Avanzada y Cerámica Tradicional
La diferencia principal radica en el control preciso de los polvos, las composiciones, el procesado y la microestructura en la cerámica avanzada. Esto permite obtener propiedades superiores en comparación con la cerámica tradicional. Como consecuencia, la cerámica estructural avanzada es más costosa que la cerámica tradicional.
Cerámicos Tradicionales: Definición, Composición y Aplicaciones
1. Definición de Cerámicos Tradicionales
Los cerámicos tradicionales son aquellos que tienen como base a los silicatos, principalmente los materiales arcillosos, los cementos y los vidrios. Ejemplos: vasijas de barro cocido, porcelana, ladrillos, tejas, vidrios.
2. Composición de los Cerámicos Tradicionales
Los cerámicos tradicionales normalmente se componen de tres componentes básicos: arcilla, sílice (pedernal) y feldespato. Se fabrican con materias primas de yacimientos naturales, con o sin proceso de beneficiación para eliminar impurezas.
3. Campos de Aplicación de los Cerámicos Tradicionales
Algunos ejemplos principales son: ladrillos y tejas en la industria de la construcción, porcelanas eléctricas en la industria eléctrica y vasijas de barro cocido y porcelana en la industria de los refractarios.
4. Características Principales de los Cerámicos Tradicionales
- El conformado puede ser manual y el proceso de cocción se realiza en hornos tradicionales (horno túnel, hornos ascendentes, etc.).
- La microestructura presenta un tamaño de grano grueso y una alta porosidad, visible al microscopio óptico de no muchos aumentos.
5. Proceso de Fabricación de los Cerámicos Tradicionales
Su fabricación se realiza con materias primas de yacimientos naturales, con o sin beneficio. El conformado puede ser manual y la cocción se realiza en hornos tradicionales. Presentan tamaños de grano grueso y alta porosidad.
Aceros: Tipos, Características y Propiedades
1. El Acero como Aleación: Características
Los aceros son aleaciones de hierro y carbono. El carbono es un elemento intersticial que se inserta en los huecos de las diferentes estructuras del hierro. En la austenita, el carbono se coloca en los intersticios octaédricos. La austenita (FCC) es una fase blanda, tenaz y amagnética. Sus propiedades mecánicas dependen del contenido de carbono, con una dureza típica de 300 HB, carga de rotura de 900-1100 MPa y alargamientos entre 30-60%.
2. Solución Sólida de Inserción de Carbono en Hierro: Ferrita
Se denomina ferrita a la solución sólida de inserción de carbono en hierro alfa (α). Los átomos de carbono ocupan los huecos octaédricos. La ferrita es magnética por debajo de 770°C y es el constituyente más blando de los aceros, con una dureza de 90 HB, resistencia mecánica de 300 MPa y alargamiento del 40%.
3. Aceros Inoxidables Austeníticos: Características
Los aceros inoxidables austeníticos tienen una estructura FCC a temperatura ambiente debido a un contenido suficiente de elementos gammágenos (níquel y/o manganeso). Son amagnéticos y mantienen buenas propiedades mecánicas a temperaturas criogénicas. No pueden ser endurecidos por tratamiento térmico.
4. Propiedades Mecánicas de los Aceros Microaleados
Los aceros microaleados, o aceros de alta resistencia y baja aleación (HSLA), son aceros de bajo contenido en carbono. Sus propiedades mecánicas dependen de la adición de microaleantes y del acondicionamiento de la austenita. Poseen un límite elástico superior a 500 MPa, gracias a un tamaño de grano ferrítico pequeño y al endurecimiento por precipitación de compuestos de niobio, vanadio y/o titanio.
5. Características de los Aceros Dúplex
Los aceros inoxidables dúplex o de estructura austenoferrítica combinan características de los aceros austeníticos y ferríticos. Poseen buena resistencia a la corrosión bajo tensión en medios con cloruros, ductilidad y tenacidad intermedias, y un límite elástico mayor que los aceros ferríticos y austeníticos. Sus propiedades dependen de las proporciones de las fases presentes (normalmente 50/50).