Ciencia e ingeniería de materiales : estructura, transformaciones, propiedades y selección / José Antonio Pero-Sanz Elorz.

CONTENIDO
CAPITULO INTRODUCTORIO: Los materiales estructurales naturales, cerámicos, polímeros y compuestos 1
Materiales estructurales naturales 1
Metales 3
Los cinco metales principales 5
Hierro 6
Aluminio 7
Cobre 11
Zinc 12
Plomo 13
Metales cuya producción anual es inferior a 10(6) Ton. 15
Níquel 16
Magnesio 17
Estaño 19
Otros doce metales estratégicos 21
El Silicio 21
Titanio 22
Metales refractarios 23
Metales para la industria nuclear 25
Zirconio 26
Berilio 27
Metales preciosos 28
Cerámicas 30
Cerámicas tenaces 32
Polímeros Orgánicos 34
Polímeros termoplásticos 36
Polímeros termoestables 39
Elastómeros 40
Espumas (Polímeros expandidos) 40
Resumen de propiedades generales de los polímeros orgánicos 41
Materiales Compuestos 41
Materiales compuestos, de matriz polimérica 43
Materiales compuestos, de matriz metálica 44
Los MMCs 44
Otros compuestos de matriz metálica 45
Materiales compuestos, de matriz cerámica 47
El Hormigón 47
Cerámicas reforzadas con fibras 48
CAPITULO I: Solidificación de un metal puro. Consideraciones generales 53
Introducción 53
Del estado gaseoso al cristalino 55
Principales sistemas cristalinos de los metales 57
Temperatura de solidificación 66
CAPITULO II: La solidificación de un metal puro. Cinética del cambio de fase 75
Energía libre de superficie 75
Nucleación homogénea. Tamaño crítico del núcleo 82
Carácter discontinuo de la solidificación 83
Velocidad de nucleación 86
Velocidad de crecimiento de los núcleos 89
Solidificación por enfriamiento continuo 93
Curvas de solidificación 93
Crecimiento de núcleos con flujo direccional de calor 96
CAPITULO III: Aleaciones. Insolubilidad total y solubilidad 101
Insolubilidad total entre dos metales (A y B) 101
A y B carecen de afinidad entre sí 102
A y B forman un compuesto intermetálico Ax By 104
A y B -no afines en estado sólido- presentan afinidad eutéctica 107
Solubilidad 110
Soluciones sólidas de sustitución 110
Soluciones sólidas de inserción 111
Solubilidad total y parcial 114
Diagrama de equilibrio para solubilidad total 117
CAPITULO IV: La solidificación invariante 123
Introducción 123
Sistema en equilibrio 124
Reacción eutéctica binaria 127
Comentarios sobre algunas eutécticas binarias 129
Eutécticas anormales. Sistema Al-Si 133
Eutécticas con S 136
Eutéctica Cu-O. Tipos de Cobres comerciales 138
Reacción peritéctica binaria 141
Reacción monotéctica binaria 145
Reacción sintéctica binaria 149
Otras reacciones invariantes 151
CAPITULO V: Heterogeneidades físicas en la solidificación 155
Factores influyentes en la estructura columnar 155
La contracción por solidificación 161
Rechupe y contracción sólida 161
Desprendimiento gaseoso durante la solidificación 169
Generalidades 169
Sopladuras originadas por CO en los aceros 172
Macroestructura de los lingotes de acero 175
Aptitud para el moldeo 179
Colabilidad 179
Compacidad 180
Agrietabilidad en caliente 182
Solidificación a presión 183
Colada y procesado de aleaciones semisólidas 184
CAPITULO VI: Solidificación de inequilibrio. Heterogeneidades químicas 189
Solidificación progresiva y solidificación por zonas 189
Solidificación progresiva 189
Solidificación por zonas 192
Segregación mayor 194
Segregación radial centrípeta 194
Primer supuesto 196
Segundo supuesto 197
Subenfriamiento constitucional y estructura columnar 202
Segregación radial inversa 204
Segregación vertical 205
Segregaciones locales 207
Segregaciones producidas por gases 207
Segregaciones por periodicidad en la cristalización 209
Segregaciones en grietas 209
Indices de segregación mayor 210
Microsegregación 211
Tratamiento térmico de homogeneización 213
Inequilibrio por reacción eutéctica y peritéctica 214
Solidificación rápida 217
CAPITULO VII: Transformaciones de equilibrio en estado sólido 223
Transformaciones por variación en la solubilidad 223
El proceso de precipitación 223
Hipertemple y maduración 228
Fases terminales y fases intermedias 234
Transformaciones por cambio alotrópico 244
Transformaciones por cambio de alotropía y de solubilidad 247
Transformaciones orden-desorden 254
CAPITULO VIII: Transformaciones en estado sólido en el sistema Fe-C 259
Transformación de equilibrio en el sistema Fe-C metaestable 259
Geometría de los constituyentes simples del sistema Fe-C 259
Cinética de la transformación austenita-ferrita 262
Diagrama metaestable Fe-C 266
Estructuras micrográficas por enfriamiento de equilibrio 268
Determinación aproximada de la carga de rotura en aceros binarios ferrito-perlíticos 274
Enfriamientos a velocidades superiores al equilibrio 275
Influencia de los elementos de aleación en el diagrama Fe-C metaestable 278
Transformaciones de inequilibrio en el enfriamiento de la austerita 286
La reacción perlítica 286
La reacción bainítica 289
La transformación martensítica 293
Curvas T.T.T. (Transformación, Temperatura, Tiempo) 299
Transformaciones por calentamiento 303
Revenido de la martensita 303
Revenido de la bainita y de la perlita 306
Formación de austenita por calentamiento 307
Tratamientos térmicos de los aceros 311
El enfriamiento en los tratamientos térmicos con austenización previa 311
La curva TTT 312
Severidad del agente refrigerante 312
Tamaño de la pieza 314
El temple 315El normalizado 316
Recocidos supercríticos 317
Tratamientos térmicos subcríticos 322
Recocido subcrítico 322
Tratamientos isotérmicos 323
El patenting 323
El austempering 324
El martempering 325
Los tratamientos termoquímicos 327
CAPITULO IX: Diagramas ternarios 333
Interpretación de diagramas temarios 333
Representación gráfica 333
Equilibrio de dos fases 335
Equilibrio de tres fases 337
Equilibrio de cuatro fases 341
Aleaciones de bajo punto de fusión 342
Los diagramas ternarios en Metalografía 345
Sistema Pb-Sb-Sn 347
El Sistema temario Fe-C-Cr 359
El Cromo en las aleaciones férreas 359
El diagrama ternario Fe-C-Cr 361
Estructura micrográfica y márgenes de composición 367
Sistema ternario Si02-Al203-Ca0 372
Refractariedad. Resistencia al choque térmico 373
Cerámicas ácidas y cerámicas básicas 374
Los componentes simples Si02, Al203, Ca0 375
La sílice cristalina 375
Vidrios de sílice 376
La alúmina, Al203. Refractarios de alúmina 378
La cal, Ca0 379
El diagrama binario Si02-Al203 380
Refractarios de mullita 380
Refractarios aluminosos y cerámicas silicoaluminosas 381
El diagrama binario Si02-Ca0 384
Refractarios siliciosos 386
El sistema ternario Si02-Al203-Ca0. Escorias y refractarios para la obtención de aceros 387
Escorias básicas 387
Refractarios básicos 389
CAPITULO X: Fundamentos metalúrgicos de la deformación plástica en frío. Teoría de las dislocaciones 393
Introducción 393
Geometría de los cristales 396
Indices de Miller de los cristales cúbicos 396
Relaciones entre índices de direcciones y planos 398
Notación vectorial 400
Indices de Miller de los cristales no cúbicos 401
Geometría de las dislocaciones 403
Movimiento de las dislocaciones 408
Movimiento por deslizamiento 409
Movimiento no conservativo. Trepado de las dislocaciones 413
Movimiento por deslizamiento cruzado 416
Codos en las dislocaciones 417
Fuentes de dislocaciones (Frank-Read) durante la deformación 422
Energía de una dislocación 424
Campo elástico de una dislocación 429
Dislocación de Shockley y defectos de apilamiento 433
Dificultad de las dislocaciones ensanchadas para moverse por deslizamiento cruzado y por trepado 438
La barrera de Lomer-Cottrell 441
Dislocaciones imperfectas de Frank 445
Reacciones entre dislocaciones. Nomenclatura de Thomson 447
CAPITULO XI: Acritud. Bases metalúrgicas del comportamiento y propiedades mecánicas en frío 453
Endurecimiento por deformación en frío: acritud 453
Acritud en el monocristal 453
En el agregado policristalino 455
El ensayo de tracción 455
Curva convencional de tracción 456
Alargamiento total hasta rotura, AT 459
Curva real de tensiones-deformaciones 461
Coeficiente "n" 464
Estructura y límite elástico 465
Anelasticidad, Efecto Snoek, Efecto Bauschinger 469
Estructura y coeficiente "n" de acritud 473
Rotura en el ensayo de tracción 476
Estructura y alargamiento total por tracción en frío 478
Microestructura y tenacidad 480
La fatiga 486
Envejecimiento por atmósferas de Cottrell 492
Envejecimiento de aceros por strain aging 494
Endurecimiento por solución sólida de sustitución 497
Endurecimiento por precipitación. Endurecimiento estructural 498
Endurecimiento por lagunas 500
Consideraciones complementarias 502
CAPITULO XII: Recristalización. Deformación a alta temperatura. Tratamientos termomecánicos 507
Introducción 507
Restauración 516
Recristalización primaria 517
Acritud y temperatura de recristalización 517
Consideraciones sobre la nucleación de los granos recristalizados 518
Efecto de las impurezas 521
Textura de recristalización primaria 523
Consideraciones complementarias sobre la recristalización primaria 525
Cinética de la recristalización 528
Crecimiento del grano recristalizado 528
Recristalización secundaria 532
Recristalización terciaria 533
Recocidos de restauración 533
Deformación a alta temperatura 536
Tensiones de fluencia en la deformación a alta temperatura 540
El conformado en caliente (TH mayor que 0,75 TE) 542
Mejoras por conformado en caliente de las estructuras de solidificación 545
Estructura bandeada 546
Deformación por fluencia 552
Super plasticidad 558
Tratamientos termomecánicos con transformación de fase 562
Tratamientos termomecánicos en aceros 562
Tratamientos termomecánicos en aleaciones de aluminio 569
CAPITULO XIII: La elección de materiales estructurales 575
Propiedades mecánicas compuestas, mapas para la elección de materiales 576
Materiales para vigas 583
Geometría de la sección y comportamiento mecánico 584
Geometría y rigidez (resistencia a la deformación elástica) 585
Geometría y resistencia a la deformación plástica 587
Comparación entre materiales para vigas 590
Minimizar peso con igual rigidez 590
Minimizar peso con igual resistencia a la deformación plástica 591
Selección por peso sin riesgos de rotura inestable 592
Materiales para columnas 592
Geometría de la sección y pandeo 593
Comparación entre materiales para columnas 594
Materiales para depósitos a presión 595
Geometría y comportamiento a la presión 595
Materiales para depósitos 597
Depósitos esféricos. Minimo peso para una rigidez determinada 597
Depósitos esféricos. Mínimo peso sin riesgo de deformación plástica 598
Depósitos esféricos. Mínimo peso sin riesgo de fractura inestable 598
El precio de coste, factor para la elección del material 599
Mapas de materiales y coste 602
Otros supuestos 603
Elección por propiedades múltiples. Análisis atributivo 606
Materiales resistentes a fatiga: aceros bonificados 608
Consideraciones sobre temperatura de servicio y comportamiento de los materiales 612
Conclusiones complementarias 615
ANEXOS
1. Vocabulario español-inglés-francés 619
2. Cuestionario y problemas 625
3. Factores de conversión de algunas unidades 657