Materiales - Semana 1.pdf

Mg. LUIS R. LARREA COLCHADO

La ciencia de los materiales, nos va a permitir conocer los principales materiales utilizados a nivel industrial ; definiendo

sus

propiedades

y

analizando

sus

estructuras internas que cambian definitivamente el comportamiento del material ; generando así una la formación de nuevos materiales. Se puede considerar Material a todo lo que no es espiritual: todas las sustancias con las cuales están hechas las cosas y los seres. Madera, Plásticos, Metales, Vidrio, Cerámicas, Telas, el Cemento, etc. Son todos ellos considerados como materiales.

Mg. LUIS R. LARREA COLCHADO [email protected]

Mg. LUIS R. LARREA COLCHADO [email protected]

Mg. LUIS R. LARREA COLCHADO [email protected]

Los materiales han desempeñado un papel muy importante en la historia de la humanidad. Las eras históricas han sido nombradas de acuerdo a los materiales

 ERA ESPACIAL Y DEL SILICIO, etapa en la que vivimos dominada por la microelectrónica, y el uso de nuevos materiales de uso en ingeniería espacial, más ligeros y resistentes.

 Históricamente, la utilización de los materiales pasaron por un proceso de selección; desde un conjunto limitado de materiales se elegía el mas idóneo para una aplicación en particular.  Existen miles de materiales distintos, con características muy especiales; para satisfacer las necesidades de nuestra sociedad: aleaciones, pasticos (Polímeros), cerámicas y fibras.

Una de las mas populares bebidas refrescantes se envasa en recipientes fabricados con tres tipos de materiales: el envase de la izquierda es de vidrio (cerámico), los del medio son metálicos y el de la derecha es plástico (polímeros)

¿Qué son los Materiales? Los materiales pueden ser definidos como sustancias con las que algo esta hecho o compuesto. Ejemplos: acero, plástico, vidrio,

papel, aluminio …. Debemos recordar que nosotros obtenemos los materiales de la corteza terrestre y de la atmosfera. Siempre se ha utilizado materiales naturales.

Actualmente el

hombre los mejora, inventa y diseña así materiales nuevos.

Mg. LUIS R. LARREA COLCHADO [email protected]

Mg. LUIS R. LARREA COLCHADO [email protected]

Mg. LUIS R. LARREA COLCHADO [email protected]

¿ Por que es importante la Elección de los Materiales? • Al elegir un material habrá que tener en cuenta las siguientes aplicaciones.  Sus propiedades: dureza, flexibilidad, resistencia al calor...

 Las posibilidades de fabricación: las máquinas y herramientas de las que se dispone, la facilidad con que se trabaja...

 Su disponibilidad: la abundancia del material, la proximidad al lugar donde se necesita...

 Su precio  Su impacto sobre el medio ambiente: si contamina, es tóxico, o biodegradable

TIPOS DE PROPIEDADES

Mg. LUIS R. LARREA COLCHADO [email protected]

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

SENSORIALES

Color

FISICO-QUÍMICAS

Transparencia

MECÁNICAS

Brillo

Conductividad eléctrica Conductividad térmica

Mg. LUIS R. LARREA COLCHADO [email protected]

ECOLÓGICAS

Dureza

Fusibilidad

Toxicidad

Tenacidad Fragilidad

Ductilidad

Reciclabilidad

Elasticidad Plasticidad

Maleabilidad

Biodegradabilidad

Oxidación

Textura

TECNOLÓGICAS

Resistencia mecánica

PROPIEDADES FISICO - QUÍMICAS • Son las que están relacionadas con el comportamiento del material frente a acciones externas.

 Transparencia: Según el comportamiento de los materiales frente a la luz se clasifican en: transparentes, translúcidos y opacos.

 Oxidación: Hace referencia al comportamiento de un material cuando es sometido a la acción de agentes atmosféricos o químicos.

PROPIEDADES FISICO-QUÍMICAS  Conductividad térmica: Un material tiene alta conductividad térmica cuando deja pasar el calor por él.

 Conductividad eléctrica: Un material tiene alta conductividad eléctrica cuando deja pasar la corriente eléctrica por él. Entonces decimos que es conductor. En caso contrario, será aislante.

PROPIEDADES MECÁNICAS • Son las que están relacionadas con el comportamiento del material cuando se somete a esfuerzos.  Dureza:

Un material es duros o blando dependiendo si otros materiales puede rayarlo. Escala de Mohs.

 Tenacidad / Fragilidad:

Un material es tenaz si aguanta los golpes

sin romperse. Un material es frágil, cuando le damos un golpe se rompe.

 Elasticidad / Plasticidad: elástico cuando, al

Un material es

aplicarle una fuerza

externas se estira, y al retirarla vuelve a la posición inicial. Un material es plástico cuando al retirarle la fuerza continua deformado. Es opuesto a la elasticidad.

 Resistencia mecánica: Un material tiene resistencia mecánica cuando soporta esfuerzos sin romperse.

Mg. LUIS R. LARREA COLCHADO [email protected]

METÁLICOS FERROSOS

NO METÁLICOS NO FERROSOS

HIERRO

PESADOS:

LIGEROS:

ULTRALIGEROS:

ACERO

COBRE

ALUMINIO

MAGNESIO

FUNDICIONES

BRONCE

TITANIO

BERILIO

FERROALEACIONES

LATÓN

CONGLOMERADOS FÉRREOS

ESTAÑO PLOMO CINC CROMO NIQUEL

PLÁSTICOS

MADERA TEXTILES PÉTREOS Y CERÁMICOS

Sustancias inorgánicas formadas por uno o mas elementos ( Ejemplo: Hierro, Cobre, Aluminio) que tienen enlace metálico y a la vez estos pueden combinarse con elementos no metálicos ( Ejemplo: Carburo de Silicio, Oxido de Hierro). Propiedades: Buena Conductividad térmica y eléctrica Alta ductilidad Alta resistencia al impacto. Densidad relativamente alta La manera más general de clasificación de los materiales es la siguiente: FERROSOS: Acero, Hierro Fundido METÁLICOS

NO FERROSOS: Cobre, Aluminio, etc.

MATERIALES ORGÁNICOS: Producto del Petróleo NO METÁLICOS

INORGÁNICOS: Los minerales, El cemento, Grafito (Carbón Mineral)

Metales Ferrosos:

Los metales ferrosos como su nombre lo indica su principal componente es el fierro, sus principales características son su gran resistencia a la tensión y dureza. Las principales aleaciones se logran con el estaño, plata, platino, manganeso, vanadio y titanio. Los principales productos representantes de los materiales metálicos son: • Fundición de hierro gris • Hierro maleable • Aceros • Fundición de hierro blanco Su temperatura de fusión va desde los 1360ºC hasta los 1425ªC y uno de sus principales problemas es la corrosión.

Mg. LUIS R. LARREA COLCHADO [email protected]

Metales no Ferrosos:

Por lo regular tienen menor resistencia a la tensión y dureza que los metales ferrosos, sin embargo su resistencia a la corrosión es superior. Su costo es alto en comparación a los materiales ferrosos pero con el aumento de su demanda y las nuevas técnicas de extracción y refinamiento se han logrado abatir considerablemente los costos, con lo que su competitividad ha crecido notablemente en los últimos años. Los principales metales no ferrosos utilizados en la manufactura son: • Aluminio • Cobre • Magnesio • Níquel • Plomo • Titanio • Zinc Los metales no ferrosos son utilizados en la manufactura como elementos complementarios de los metales ferrosos, también son muy útiles como materiales puros o aleados de trabajo, por ejemplo el bronce (cobre, plomo, estaño) y el latón (cobre zinc).

Sustancia Inorgánicas formadas por elementos metálico y no metálicos unidos en forma de óxidos, nitruros carburos, silicatos, etc. Incluyendo minerales de arcilla, cemento y vidrio. Propiedades de los Cerámicos:

Aplicaciones:

Mg. LUIS R. LARREA COLCHADO [email protected]

Son compuestos orgánicos ( basado en carbono , hidrogeno y otros no metálicos) caracterizado por grandes estructuras moleculares, teniendo una base monómero que se repite. Poseen densidades bajas y extraordinaria flexividad. Propiedades de los Polímeros:

Mg. LUIS R. LARREA COLCHADO [email protected]

Códigos de los tipos de plásticos empleados en la fabricación de envases: Los plásticos tienen asignado un logotipo (un triángulo con flechas) acompañado del código numérico distinto que ayuda a identificarlo cuando se realiza una separación manual.

Son materiales diseñados a partir de mas de un tipo de material sin combinarse para obtener mejores propiedades. Propiedades de los Materiales Compuestos:

Mg. LUIS R. LARREA COLCHADO [email protected]

Aplicaciones de los Materiales Compuestos:

Silicona: compuesto de silicio e hidrógeno

Implantes en el corazón: muelles de Níquel-titanio

Prótesis de rodilla

En cirugía maxilofacial

Son aplicadas en industria aeronáutica, También en Construcción de embarcaciones, fibras de vidrio de uso industrial o aplicadas en cables de fibra óptica para las telecomunicaciones.

La investigación espacial nos ha dejado, entre otros beneficios, el desarrollo de nuevos materiales capaces de funcionar sin fallas en condiciones extremas como las que se encuentran en el espacio interestelar.

Reto de la ingeniería de materiales Desarrollar nuevos materiales con propiedades mejoradas (o comparables) y con menos impacto medioambiental