Apuntes de Ingenieria de Materiales a 12 13 II Parte 4

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE

SAN LUIS POTOSI

REA MECANICA Y ELECTRICA

Ingeniera de Materiales A Pgina. 1 M.I. Sergio Villanueva Bravo

Diagrama Fe-Fe3C

PERLITA: Estructura formada mediante un enfriamiento muy lento y que est compuesta de una matriz de ferrita ( hierro ) y embebidas en ella, laminillas de cementita (Fe3C).

Diagramas TTT


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(Tiempo temperatura Transformacin)

BAINITA: Constituyente bifsico el cual contiene ferrita y cementita y que se forma de aceros tratados isotermicamente a temperaturas relativamente bajas La bainitas pueden ser : Bainita superior Bainita inferior


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Covalente

Fuerzas de Van der Waals

Enlace

MARTENSITA: Fase metaestable, atrmica de una transformacin, sin difusin, formado por un movimiento coordinado de tomos

POLMEROS Es una macromolcula con pesos moleculares de 1 x 104 g/mol. Compuesta principalmente de Carbono e Hidrgeno, Caractersticas:

Baja conductividad elctrica.

Baja conductividad trmica.

Bajo punto de fusin.

Bajas propiedades mecnicas.

Diversidad en cuanto a su fragilidad, ductibilidad,

maleabilidad.


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Estructura del

polmero

Comportamiento

del polmero

Mecanismo por adicin

Mecanismo por condensacin

Lineal

En Red

Elastmeros

Termoendurecible (Termoestable)

Termoplstico

Mecanismo de

polimerizacin

Clasificacin de polmeros.

Mecanismo de polimerizacin por adicin. Ocurre cuando una molcula original tiene un doble enlace entre los tomos de carbono. El enlace doble, es un enlace no saturado, cambindose a un enlace simple por la presencia de temperatura, etc. Los tomos de carbono estn unidos, pero pueden unrseles tomos adicionales.

Mero.


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Trifuncionales

Bifuncionales

Funcionalidad

Es la unidad que contiene enlaces no saturados para cada tomo de carbono.

Funcionalidad. Nmero de sitios en los cuales pueden unrseles nuevas molculas al mero. Los meros trifuncionales producen polmeros ms resistentes que los meros bifuncionales.

Crecimiento de una cadena por adicin. Generalmente se requiere el uso de un iniciador que generalmente es H2O2 (Perxido de Hidrgeno).

Terminacin de cadena.

1) Cuando los grupos OH se unen en los extremos de la cadena.

2) Cuando dos cadenas se combinan.

Es posible regular el tamao de las cadenas mediante el control de la adicin del iniciador. La forma de las cadenas influye en los polmeros.

Forma de la cadena. Las cadenas polimricas se pueden torcer y girar debido a la naturaleza tetradrica del enlace covalente. El tomo puede estar en cualquier punto siempre y cuando cumpla la condicin de estar en un ngulo de 109.5.


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Las cadenas se tuercen y giran en respuesta a factores externos como la temperatura o la ubicacin de la siguiente unidad de repeticin al agregarse a la cadena.

Formacin de cadenas por mecanismo de condensacin. Tambin conocido como polimerizacin de crecimiento por pasos. Reduce estructuras y propiedades similares a las de los polmeros lineales por adicin. Sin embargo, el mecanismo de adicin requiere por lo menos de 2 monmeros distintos que participan en la reaccin. Por ejemplo, la produccin de polister utilizando etilenglicol y dimetiltereftalato. La longitud de la cadena del polmero depende de la facilidad con la cual se pueden difundir los monmeros hacia los extremos e intervenir en la reaccin de condensacin. El crecimiento de la cadena termina cuando ya no llegan ms monmeros al extremo de la cadena para continuar la polimerizacin.


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Grado de polimerizacin. Representa la longitud promedio de un polmero lineal y se define como el nmero de unidades de repeticin dentro de la cadena.

Polmeros Termoplsticos. Son aqullos que pueden ser recalentados y refundidos muchas veces, puesto que no se forman productos secundarios. Durante su procesamiento, al igual que los metales, este tipo de polmeros puede soportar tanto deformaciones elsticas como plsticas.


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Deformacin Plstica y Elstica. Cuando se aplica un esfuerzo, la deformacin elstica se debe a dos mecanismos: estiramiento y distorsin en los enlaces de la cadena y el movimiento recuperable en los enlaces de la cadena. La deformacin plstica de los polmeros ocurre cuando las cadenas, en el polmero, se deslizan unas sobre otras rompiendo los dobles enlaces de Van der Waals. La facilidad con la que ocurre una deformacin permanente est relacionada con la viscosidad del polmero. Los polmeros con una alta viscosidad requieren de mayores esfuerzos para causar una deformacin plstica. El comportamiento del polmero depende tambin de la estructura de la cadena del polmero.


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Mecanismos de deformacin en polmeros: a) Deformacin elstica por enfriamiento de los

enlaces covalentes entre carbonos de la cadena principal. b) Deformacin elstica o plstica

por desenrollado de la cadena principal. c) Deformacin plstica por deslizamientos. Temperatura de degradacin (Td). Limita la utilidad del polmero y representa la temperatura superior a la cual un polmero puede ser conformado en forma til; ya que, a temperaturas superiores a Td, los enlaces covalentes entre los tomos en la cadena lineal pueden destruirse llevando al polmero a quemarse o carbonizarse.

Comportamiento de los Polmeros.

Polmero en forma lquida a Tf.

Polmero amorfo (estado plstico).

Polmero vtreo (estado rgido).


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A la temperatura de fusin Tf, o por encima de ella, los enlaces entre las cadenas retorcidas y entrelazadas son dbiles. Si se aplica una fuerza, las cadenas se deslizan unas sobre otras y el polmero fluye casi sin deformacin elstica.

Resistencia y mdulo elstico. Por debajo de la temperatura de fusin, las cadenas de los polmeros siguen retorcidas y entrelazadas. El polmero se comporta de manera cauchtica, esto es cuando se le aplica una fuerza, puesto que ocurre una deformacin tanto plstica como elstica, pero el polmero ha quedado deformado permanentemente por el movimiento de las cadenas. A temperaturas menores la unin entre las cadenas es ms fuerte, volvindose el polmero ms rgido y resistente y observa un comportamiento correoso.

Polmeros Vtreos. Por debajo de la temperatura de transicin vtrea Tg, el polmero lineal se hace duro y frgil como el vidrio, el arreglo de las cadenas sigue


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siendo amorfo. En este punto ciertas propiedades como la densidad y el mdulo de elasticidad, cambian a una velocidad diferente.

Polmeros Cristalinos. Aparecen por debajo de la temperatura de fusin Tf y se forman cuando las cadenas retorcidas y entrelazadas se organizan en estructuras compactas y ordenadas, teniendo como resultado un aumento en la densidad del polmero.

Deformacin y falla de los Polmeros Termoplsticos. Cuando se aplica un esfuerzo externo, ocurren a la vez deformaciones plsticas y elsticas. El comportamiento mecnico est ntimamente ligado, a la manera en que las cadenas se mueven entre s bajo carga. La deformacin es ms complicada en este tipo de polmeros que en la mayora de los metales y materiales cermicos, ya que el proceso de deformacin depende del tiempo y la rapidez de la aplicacin de la carga.

Comportamiento plstico de los Termoplsticos Amorfos. Estos polmeros se deforman plsticamente cuando se excede el esfuerzo de cedencia. Para lograrlo, las cadenas se estiran, giran, se deslizan y desenmaraan bajo la carga, causando la deformacin permanente.

Viscoelasticidad. Deformacin de un polmero por flujo viscoso de las cadenas o segmentos de cadenas, al aplicar un esfuerzo. La capacidad del esfuerzo para provocar el deslizamiento de las cadenas y la deformacin plstica estn relacionadas con el tiempo y la rapidez de la deformacin. Si el esfuerzo se aplica lentamente (una rapidez de deformacin lenta) las cadenas se deslizan fcilmente de un lado a otro; si se aplica con rapidez, no ocurre deslizamiento y el polmero se comporta de manera frgil.

Termofluencia. El polmero se deforma con esfuerzos reducidos cuando se aplica un esfuerzo constante y sufre con rapidez una deformacin conforme los segmentos de la cadena se deforman, as que la deformacin no llega a un valor constante.


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En vez de esto, debido a la baja viscosidad, la deformacin se sigue incrementando con el tiempo conforme las cadenas se deslizan una sobre otra. Esta condicin describe la termofluencia del polmero y ocurre para algunos polmeros incluso a temperatura ambiente. La velocidad de termofluencia se incrementa ante esfuerzos y temperaturas superiores produciendo la viscosidad.

Impacto. A velocidades muy altas de deformacin, los valores de impacto son pobres. Los polmeros pueden tener una temperatura de transicin, a bajas temperaturas se puede observar un comportamiento frgil, en tanto que a temperaturas ms elevadas un comportamiento dctil.

Microcavidades. En los termoplsticos se crean microcavidades, cuando las regiones de deformacin plstica aparecen en direccin perpendicular al esfuerzo aplicado, pueden crecer hasta extenderse a travs de toda la seccin transversal de la pieza del polmero. Pero dichas cavidades, no son grietas y de hecho pueden continuar soportando el esfuerzo.

Ramificacin.


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Ocurre cuando un tomo unido a la principal cadena lineal es removido y reemplazado por otra cadena lineal. Normalmente la ramificacin reduce la tendencia a la fiscalizacin y evita el acomodamiento compacto de las cadenas.

Cristalizacin y deformacin. Promover la cristalizacin ayuda tambin a incrementar su densidad, su resistencia al ataque qumico y sus propiedades mecnicas; incluso a temperaturas ms altas, debido a la unin ms fuerte de las cadenas. La deformacin alinea y endereza las cadenas produciendo una orientacin preferencial. Esta caracterstica se utiliza para producir fibras con propiedades mecnicas en la direccin de la fibra que excede a las de muchos metales y materiales cermicos.

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