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Disposición atómica en aleaciones

1910
Metalúrgico analizando la disposición atómica en aleaciones bajo un microscopio en un laboratorio.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

Alloys are classified based on atomic arrangement. In substitutional alloys, atoms of the solute element replace atoms of the solvent in the crystal lattice, common when atomic sizes are similar. In interstitial alloys, smaller solute atoms, like carbon in iron, fit into the spaces (interstices) between the larger solvent atoms. This structural difference fundamentally dictates the alloy’s mechanical properties.

The distinction between substitutional and interstitial solid solutions is fundamental to physical metallurgy and alloy design. The type of solid solution that forms is primarily governed by the relative sizes of the solute and solvent atoms. Substitutional alloys typically form when the atomic radii of the two elements are within about 15% of each other, a guideline known as the Hume-Rothery size-factor rule. When a solute atom replaces a solvent atom, it introduces localized lattice strain, which impedes dislocation motion and thus increases the material’s strength and hardness, but often reduces its ductility. Examples include brass (zinc in copper) and bronze (tin in copper).

Las aleaciones intersticiales, por otro lado, se forman cuando los átomos de soluto son significativamente más pequeños que los átomos de disolvente, lo que les permite ocupar los sitios intersticiales dentro de la red cristalina sin desplazar un átomo de disolvente. Los átomos intersticiales comunes son hidrógeno, boro, carbono y nitrógeno. La presencia de estos átomos causa una distorsión reticular significativa, lo que proporciona un mecanismo muy eficaz para bloquear el movimiento de dislocación, lo que lleva a un aumento sustancial en la dureza y la resistencia. El ejemplo más destacado es el acero, donde los átomos de carbono ocupan sitios intersticiales en la red del hierro. La cantidad de carbono y su ubicación, que se puede controlar mediante tratamiento térmico, determina las propiedades finales del acero, desde acero dúctil con bajo contenido de carbono hasta acero duro y quebradizo con alto contenido de carbono.

UNESCO Nomenclature: 3308
- Metalurgia

Tipo

Principio físico

Ruptura

Fundacional

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • John Dalton’s atomic theory
  • Descubrimiento de estructuras cristalinas mediante difracción de rayos X por William Henry Bragg y William Lawrence Bragg
  • Conceptos básicos de mezclas y soluciones químicas
  • primeros estudios metalográficos de microestructuras metálicas

Aplicaciones

  • Diseño de aceros de alta resistencia (carbono intersticial en hierro)
  • Creación de latón resistente a la corrosión (zinc sustitutivo en cobre)
  • Desarrollo de plata esterlina para mayor durabilidad (cobre sustitutivo en plata)
  • Formulación de elementos calefactores de nicromo (níquel y cromo sustitutivos)

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

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Related to: substitutional alloy, interstitial alloy, crystal lattice, solid solution, solute, solvent, metallurgy, atomic arrangement, lattice strain, steel.

Contexto histórico

Disposición atómica en aleaciones

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(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

Invención, innovación y principios técnicos relacionados.

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