C iencia de los materiales






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CIENCIA DE LOS MATERIALES

Unidad I

Metales y aleaciones.

Hierro y sus aleaciones conceptos básicos fundición gris y blanca aceros de bajo y alto carbón aceros inoxidables aceros para herramientas

Aplicaciones

Código ASTM.otros códigos y nomenclaturas

Metales y aleaciones no ferrosas

Conceptos básicos

Principales aleaciones de Cu, Al, Pb, Ni, Ti, Mg, Be, Cr, Mn, Mo, Sb, Sn, Zn,

Aplicaciones

Nomenclatura del código ASTM
UNIDAD II.

Definición de polímeros

Clasificación de polímeros.

Por su origen natural o artificial

Por su estructura orgánica o inorgánica

Por el tamaño de sus moléculas

Por su estructura fundamental

Por el método de fabricación

Por sus propiedades

Por sus aplicaciones

Consideraciones estructurales

Tipo de monómero

Grado de polimerización

Polímeros lineales

Polímeros ramificados de eslabón cruzado y escalonados

Angulo de enlace y longitud molecular

Configuración espacial
UNIDAD III

Definición y clasificación

Cerámicos no cristalinos

El estado vítreo

Entramado vítreo

Propiedades y aplicaciones

Cerámicos cristalinos

Relaciones estructurales

Imperfecciones en la estructura cerámica

Cristalinas

Refractarios

Diagramas de fase

Procesamiento

Características y aplicaciones

Cementitas

Diagrama de fase

Procesamiento

Características y aplicaciones

Otros semiconductores y aislantes

Superconductores

Ferritas

Electrolitos
UNIDAD IV

Materiales compuestos

Compuestos reforzados con partículas

Compuestos reforzados con fibras

Compuestos laminares

Concreto , asfalto y madera

INTRODUCCIÓN:

Los datos arqueológicos indican que en beneficio de la humanidad se ha dispuesto de “ MATERIALES INGENIERILES “ y se han utilizado desde el periodo neolítico ,que principio hace unos 10000 años A.C , inicialmente ,estos materiales consistieron de:

MADERA

PIEDRA

ARCILLA

METALES METEORICOS

HUESO
Mas tarde en Asia Menor se desarrolla la metalurgia del cobre y se obtuvieron objetos como:
ALFILERES

ALAMBRES

ANZUELOS

AGUJAS

NAVAJAS
El objeto de esta introducción condensada de los aspectos históricos de los materiales de ingeniera ,es el de mostrar que los metales ,los cerámicos y ciertos polímeros naturales no son por ningún motivo descubrimientos recientes ,algunos de estos materiales se han desarrollado y utilizado hace unos miles de años ,tal vez este quede mejor expresado en el pasaje siguiente del primer libro del antiguo testamento ( GENESIS XI ,3 ).

A continuación se vera la nomenclatura de los materiales para ingeniería con sus respectivas propiedades:
NOMENCLATURA DE LOS METALES:

Metales

Polímeros

Compuestos

Cerámicos
Prop. Mecánicas: Resistencia a las fuerzas

Metales:

Prop. Físicas: Conductividad térmica y eléctrica
Prop. Físicas: Resistencia al medio ambiente

Polímeros

Prop. Mecánicas: Resistencia al desgaste
Compuestos: Proporcionan propiedades que un solo material no puede dar.
Prop. Físicas: Alta resistencia a la temperatura y aislante

Cerámicos:

Prop Mecánicas: Resistencia a la compresión
Propiedades Mecánicas: Parte de la física que estudia el comportamiento de los materiales ,bajo la acción de fuerzas.

Propiedades Físicas: Torsión ,compresión ,tensión ,impacto etc.

USOS:

Metales: Fabricación de piezas mecánicas y estructuras

Polímeros: Fabricación de piezas mecánicas y uso domestico

Compuestos: Piezas electrónicas ,capacitores ,resistencias.

Cerámicos: Recubrimientos en hornos y refractarios
TIPOS DE MATERIALES.

Los materiales se clasifican según su uso en 4 grupos que son: Metales ,Cerámicos ,Polímeros y Materiales compuestos.
Metales: los metales y sus aleaciones que incluyen el acero son susceptibles de aceptar los siguientes materiales:
Aluminio

Magnesio

Zinc

METALES QUE INCLUYEN: Hierro Fundido

EL ACERO Titanio

Cobre

Níquel
Estos metales tienen como característica muy en general una adecuada conductividad eléctrica ,como térmica relativamente alta resistencia mecánica ,alta rigidez ,muy buena ductilidad y resistencia al impacto.
Son particularmente útiles en aplicaciones estructurales o de carga ,aunque en ocasionalmente se utilizan en forma pura ,sin embargo se prefiere el uso de combinaciones (aleaciones) para mejorar ciertas propiedades deseadas o permitir una mejor combinación entre ellos.
El hierro y el acero son ampliamente utilizados y baratos parecen poco llamativos con aleaciones del Cobre ya que es muy colorido ,estas aleaciones son ligeras y se utilizan en la aviación y en el área espacial ,sin embargo algunos de los materiales mas avanzados tales como el acero inoxidable que es resistente a la corrosión ,las aleaciones para servicios a altas temperaturas como en el caso de las turbinas de gas o del hierro dúctil para fundiciones están basadas en el metal de Hierro estos metales comprenden de los aceros de alta resistencia los de baja resistencia a los de fundición gris.
CERAMICOS: Los materiales cerámicos como ladrillos ,vidrio ,loza tienen escasa conductividad eléctrica y térmica aunque sus características es tener buena resistencia y una buena dureza ,son materiales muy dúctiles y poca resistencia al impacto por tal motivo son menos usados que los metales en aplicaciones estructurales son excelentes para altas temperaturas son materiales de excelentes condiciones para la corrosión muchos de ellos tienen propiedades ópticas y térmicas algunos de ellos son hermosos ,como la loza fina ,son muy útiles como los imanes cerámicos en la fabricación de televisores ,en las tuberías para alcantarillados y en ladrillos para construcción.
Ladrillo

CERAMICOS DE ESCASA Vidrio

CONDUCTIVIDAD TÉRMICA: Loza
POLIMEROS: Los polímeros son moléculas orgánicas gigantes ,son ligeras y resistentes a la corrosión buenos aislantes eléctricos ,pero tienen relativamente baja resistencia a la tensión y son adecuados para uso a alta temperatura.

Los polímeros se emplean en innumerables aplicaciones como son:
JUGUETES

PINTURAS

ADHESIVOS

NEUMATICOS (Ebonita)

EMPAQUES

POLIESTER
Dentro de ellos podemos incluir al plástico caucho ,ahora se utiliza en el poliéster y muchos tipos de adhesivos que se producen creando grandes estructuras moleculares ,a partir de moléculas orgánicas obtenidas del petróleo o productos agrícolas o “ POLIMERIZACIÓN “.
Los polímeros se clasifican en:

TERMOESTABLES

TERMOPLÁSTICOS

ELASTOMEROS
TERMOESTABLES: Este tipo de material no puede ser procesado después de que ya ha sido conformado en su totalidad.
TERMOPLÁSTICOS: Se comportan de manera plástica a altas temperaturas pero la naturaleza su enlace lo modifica naturalmente cuando la temperatura se eleva ,este proceso puede ser enfriado ,recalentado o conformado sin afectar el comportamiento del mismo.
ELASTOMERO: Este proceso tiene la capacidad de deformarse elásticamente en alto grado sin cambiar permanentemente su forma.
MATERIALES COMPUESTOS: Los materiales compuestos se producen cuando dos materiales se combinan para dar forma una combinación de propiedades que no pueden ser obtenidas en los materiales originales.

Estos materiales pueden ser seleccionarse para proporcionar combinaciones poco usuales en rigidez ,resistencia ,peso ,rendimiento a alta temperatura ,resistencia a la corrosión ,dureza o conductividad. Los materiales compuestos metal cerámica incluyen herramientas de corte de Carburo de Tungsteno y hasta cementados ;el Titanio es un proceso reforzador de las fibras de carburo ,el Silicio refuerza al acero y al esmaltado.
Los materiales compuestos se clasifican:
FIBRAS: Isotropicas ( vidrio ,vidrio-polímero )
PARTICULAS: Polímero ,ebonita

MATERIALES COMPUESTOS:

LAMINARES: Anisotropico ( Triplay )
COMPUESTO: Grava ,Mezcla ,Cemento
METALES Y ALEACIONES
INTRODUCCIÓN:

Lograr un entendimiento básico de los metales se necesita primero conocer su naturaleza de los diferentes átomos ,como están organizados en su estructura mecánica y los efectos del esfuerzo y la temperatura de esta estructura.

Como resultado de este trabajo podemos observar toda una gama de miles de aleaciones metálicas y así podemos entender rápidamente sus propiedades la razón por la cual podemos hacer esto a pesar de un infinito numero de composiciones posibles es porque las aleaciones tienen solo unas pocas estructuras metálicas y diferentes.


MATERIALES:



METALICOS NO METALICOS ( NO FERROSOS )
Son generalmente sólidos a excepción Estos materiales no tienen brillo del Mercurio ,la Plata ,el Cobre ,y el metálico como son la goma ,la Aluminio madera ,y los plásticos.

De la anterior clasificación nos interesa estudiar los materiales metálicos ya que la mayoría de las piezas que trabajamos caen dentro de esta clasificación.
Ahora bien los materiales los materiales metálicos se subdividen en dos:
FERROSOS NO FERROSOS

Aceros y fundiciones intervienen El cobre y el Zinc y el Aluminio no

en su composición un determinado intervienen en su composición

porcentaje de Carbono. el Hierro.
DEFINICIÓN DE ALEACIÓN:
Son los productos homogéneos con propiedades metálicas obtenidas de la mezcla de varios elementos ,de los cuales ,uno es siempre metal que se encuentra netamente superior frente a los otros.

Este metal el que se toma como base para clasificar las aleaciones de interés industrial ,además de tomar en cuenta el numero de elementos principales ,las aleaciones pueden ser binarias ,ternarias ,ó cuaternarias.
A continuación se muestran el diagrama de la chispa.


ALEACIONES DE HIERRO
El hierro y el acero son tan ampliamente usados y tan baratos que al principio no parecen tan llamativos comparados con las aleaciones de cobre llenas de colorido y las aleaciones livianas con aplicaciones poco comunes en la industria de la aleación y en la industria naval.

Para ilustrar un poco la importancia de las aleaciones de base de Hierro ,estudiemos la conformación de un automóvil como son la carrocería ,las puertas ,su estructura ,su guarda barro ,su contenido de carbono a continuación se muestra dicha conformación:

Obtención de los minerales puros, definición de clasificación de los minerales.
La metalurgia es la ciencia y el arte que se ocupa de la extracción de los metales y de sus características físicas mecánicas, dividida en dos partes:

A) metalurgia no ferrosos: cobre, estaño, níquel, plata, plomo y zinc.
B) metalurgia ferrosa: obtención del hierro y sus principales aleaciones.
Se llama mineral al estado natural en que los metales se encuentran en la corteza terrestre, ya sea el estado de alta pureza(metales nativos) o formando compuestos químicos, los metales nativos y los minerales metálicos(menas) se encuentran mezclados con otros productos de nulo valor (gangas) como la piedra caliza, arena sílice, feldespatos, arcilla, etcétera.

Los minerales e dividendos grupos: minerales oxidado (alumina, cuprita, calamina) y minerales sulfurados (antimonita, galeana ,blenda).

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