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ESCUELA: UNIVERSIDAD VERACRUZANA (FACULTAD DE INGENIERIA.)

MAESTRO: ING. FRANCISCO ORTIZ MARTINEZ

EXPERIENCIA EDUCATIVA: CIENCIA DE LOS MATERIALES.UNIDAD 1

DESGASTE DE MATERIALESDESGASTE: es el dao superficial sufrido por los materiales despus de determinadas condiciones de trabajo a los que son sometidos. Los mecanismos de dao en los materiales se deben principalmente a deformacin plstica, formacin y propagacin es el dao superficial sufrido por los materiales despus de grietas, corrosin y/o desgaste.

Ideas sencillas prevenir o combatir el desgaste son:1.Mantener baja la presin de contacto.2.Mantener baja la velocidad de deslizamiento.3.Mantener lisas las superficies de rozamientos.4.Usar materiales duros.5.Asegurar bajos coeficientes de friccin.6.Usar lubricantes.

TIPOS DE DESGASTE

Abrasivo.Adhesivo.Por cavitacin.por fatiga de contacto.Por erosin.Por deslizamiento.FrettingDesgaste abrasivo.

La norma ASTM G40-92 define el desgaste abrasivo como la prdida de masa resultante de la interaccin entre partculas o asperezas duras que son forzadas contra una superficie y se mueven a lo largo de ella.

La diferencia entre desgaste abrasivo y desgaste por deslizamiento es el grado de desgaste entre los cuerpos involucrados (mayor en el desgaste abrasivo), ya sea por la naturaleza, tipo de material, composicin qumica, o por la configuracin geomtrica.TIPOS DE DESGASTE ABRASIVOa de los cuerpos : En abrasin a de los cuerpos, el desgaste es causado por rugosidades duras pertenecientes a una de las superficies en contacto

a tres cuerpos: El desgaste es provocado por partculas duras sueltas entre las superficies que se encuentran en movimiento relativo.

Ejemplo: de desgaste abrasivo a dos cuerpos, se tiene un taladro penetrando una roca, mientras que a tres cuerpos se puede citar el desgaste sufrido por las mandbulas de una trituradora al quebrar la roca, o por la presencia de partculas contaminantes en un aceite que sirve para lubricar de las superficies en contacto deslizante.

Desgaste por fatiga de contacto.

Este tipo de desgaste ocurre cuando piezas son sometidas a elevados esfuerzos, los cuales provocan la aparicin y propagacin de grietas bajo la accin repetitiva de estos.

Gras e Inglebert (1988), seala que la fatiga se debe al aparecimiento de transformacin micro estructurales o de cohesiones localizadas que conducen al dao de las superficies.DESGASTE POR FATIGA DE CONTACTO.

Desgaste por cavitacin.

El problema de cavitacin surgi con el desarrollo de los barcos a vapor en el inicio de este siglo. Con la fabricacin de barcos capaces de alcanzar mayores velocidades, algunos de ellos comenzaron a presentar un desgaste severo y localizado en sus hlices.En 1915 en Inglaterra se estudio este fenmeno y se llego a la conclusin que el desgaste era provocado por repetidos golpes hidrulicos que alcanzaban la superficie de las hlices durante su funcionamiento.Desgaste por cavitacin.Existen dos maneras para lidiar con el problema de cavitacin: uno es el desarrollo de materiales ms resistentes y otro, es el diseo equipos hidrulicos evitando cadas de presin muy bruscas.

Representacin esquemtica del fenmeno de nucleacin y colapso de micro-burbujas y la emisin de ondas de choque.Desgaste adhesivo.

El desgaste adhesivo ocurre como resultado de la destruccin de los enlaces entre las superficies unidas, permitiendo que parte del material arrancado se transfiere a la superficie del otro. As la superficie que gana material aumenta su rugosidad con el agravante de que cuando el movimiento continua, se genera desgaste abrasivo contra la otra superficie.Desgaste erosivo.

La erosin es un fenmeno por medio del cual el material es removido de una superficie durante la accin de partculas duras o de fluidos que la alcanzan. Las partculas impactan las superficies a diferentes velocidades y ngulos de incidencia, donde el desgate se da a travs de diferentes mecanismos.

Desgaste erosivo.

Las primeras publicaciones sobre erosin aparecieron en 1946, en ella se utilizaron 233 referencias de trabajos resueltos en industrias particulares.

Desgaste erosivo.

DESGASTE EROSIVO A SECO. DESGASTE EROSIVO EN MEDIO ACUOSO. Desgaste por fretting

El desgaste por fretting ocurre entre dos superficies en contacto (no necesariamente movindose tangencialmente), las cuales experimentan pequeas oscilaciones cclicas (del orden de 1 a 100 m). Cuando algunas vibraciones aparecen en las superficies en contacto, ocurren pequeos deslizamientos en la direccin del movimiento relativo, esos pequeos deslizamientos son causa de desgaste por fretting. El desgaste por fretting es comnmente estudiado en laboratorios, utilizando un sistema esfera-plano, donde son aplicadas tanto carga normal como carga tangencial.Desgaste por fretting

Fretting-movimiento oscilatorio de pequea amplitud.Amplitud por encima de 1m y menor que 100 a 300m.El fenmeno esta asociado ala aparicin de grietas en la regin afectada, lo que ocasiona reduccin de la resistencia a fatiga del material, en caso que el componente experimente esfuerzos cclicos.Desgaste por fretting

Desgaste por frettingDesgaste por deslizamiento

El desgaste por deslizamiento es aquel en el cual hay un movimiento relativo entre dos superficie en contacto con una carga aplicada, donde el dao de la superficie no ocurre por riscado debido ala penetracin de las asperezas o por partculas externas.

FRICCIN

La fuerza de friccin es la fuerza tangencial resistente que acta en la interface de dos cuerpos y es la resultante de la accin de una fuerza externa aplicada a un cuerpo que se mueve o tiende a moverse sobre otro. El coeficiente de friccin es la razn entre la fuerza tangencial, resistente al movimiento entre dos cuerpos y la fuerza normal N aplicada a estos cuerpos.= Ff / N

Tribologa: Ciencia que estudia la relacin entre el desgaste, la friccin y la lubricacin.

La Tribologa deriva de la palabra griega tribos, frotar o rozar. Para entender a la tribologa se requiere de conocimientos de fsica, de qumica y de la tecnologa de materiales. Las tareas del especialista en tribologa (triblogo) son las de reducirla friccin y desgaste para conservar y reducir energa, lograr movimientos ms rpidos y precisos, incrementar la productividad y reducir el mantenimiento.La lubricacin consiste en la introduccin de una capa intermedia de un material ajeno entre las superficies en movimiento, cuya funcin es disminuir la friccin y el desgaste. El trmino lubricante es muy general, y puede estar en cualquier estado material: lquido, slido, gaseoso e incluso y semislido o pastoso.

Factores

Los factores a considerar en diseo son tcnicos y econmicos: cargas aplicadas y condiciones de servicio. condiciones de instalacin y posibilidad de mantenimiento. tolerancias de fabricacin y funcionamiento; vida exigida y vida til. costos de instalacin y mantenimiento.La lubricacin por pelcula fluida ocurre cuando dos superficies opuestas se separan completamente por una pelcula lubricante y ninguna aspereza est en contacto. La presin generada dentro el fluido soporta la carga aplicada, y la resistencia por friccin al movimiento se origina completamente del cortante del fluido viscoso.Superficies Concordantes.

Las superficies concordantes se ajustan bastante bien una con otra con un alto grado de conformidad geomtrica, de manera que la carga se transfiere a un rea relativamente grande.

Superficies No concordantes.

Muchos elementos de maquinas lubricados por una pelcula fluida tienen superficies que no concuerdan entre si. Entonces un rea pequea de lubricacin debe soportar todo el peso de la carga.

UNIDAD 2

CORROSION EN METALESCorrosin en metalesCorrosin: es la integracin gradual de un metal (aleacin) con su medio ambiente, lo que ocurre al involucrarse procesos elctricos, fsicos y qumicos que desembocan en el deterioro del material.Tipos de corrosin

Corrosin por grietas o fisuras (Crevice corrosin)

Esta forma de corrosin se caracteriza por un intenso ataque localizado en grietas expuestas a agentes corrosivos como los compuestos clonados.

Corrosin por picadura (Pitting)

Esta forma de corrosin es la disolucin localizada y acelerada de un metal, esto como resultado de la ruptura de la pelcula de xido.

Corrosin por picadura (Pitting)

Muchas aleaciones como el acero inoxidable, son tiles solo por que producen en forma espontnea una pelcula pasivado de xido, la cual reduce en forma importante la tasa de corrosin.Corrosin bajo tensin (Stress Corrosin Cracking)

La corrosin por stress mecnico es otro tipo de corrosin localizada, se reconoce por la presencia de fracturas de la estructura metlica. En la superficie del metal se producen fisuras muy pequeas de forma ramificada. La cantidad de ramificacin es tiene directa relacin con la concentracin del medio corrosivo y el nivel de tensiones del metal.

Corrosin intergranular

Los aceros inoxidable ausenticos, como el AISE304, contienen un porcentaje importante de carbono, el cual est en estado slido a temperatura ambiente, por lo tanto desde el punto de vista termodinmico el acero inoxidable es estable.

Corrosin galvnica

La corrosin galvnica se presenta por el contacto entre dos metales con potencial es de oxidacin diferentes. Esto lo vemos muy a menudo en algunos tornillos que remachan estructuras bastante ms nobles que ellos.Corrosin galvnica

Corrosin exfoliacin

Definimos como corrosin por exfoliacin a un tipo de corrosin intersticial que se inicia sobre una superficie limpia, pero que va penetrando hacia el interior del metal. La diferencia entre la corrosin por picadura y la corrosin por exfoliacin radica en que, en esta ltima, el ataque tiene una apariencia laminar.Corrosin exfoliacin

Agresividad atmosfrica a nivel mundial

Control de la corrosin

Diseo.Modificacin del ambiente corrosivo.Uso de materiales resistentes al medio corrosivo.Aplicacin de recubrimientos.Proteccin catdica y andica.

UNIDAD 3Sistemas anticorrosivosProteccin catdica

Tipos de proteccin catdica:Con nodo de sacrificioCon corriente impresa

Proteccin catdica con nodos de sacrificio

La proteccin catdica consiste en obligar a la estructura a funcionar como un ctodo en una celda de corrosin, mediante la manipulacin y modificacin de factores electroqumicos. Un nodo galvnico, tambin llamado nodo de sacrificio, si se conecta elctricamente a una estructura sumergida descargar una corriente que fluir a travs del electrolito hasta la estructura que se pretende proteger.Proteccin catdica con nodos de sacrificio

Proteccin catdica con nodos de sacrificioPropiedades tcnica y econmica de los nodos de sacrificio:Tener un potencial de disolucin lo suficientemente negativo para polarizar la estructura (en el caso de la cero a - 0.8V).El material debe tener un elevado rendimiento elctrico en A / h kg.El metal ser de fcil adquisicin y deber poder fundirse en diferentes formas y tamaos.El metal deber tener un costo razonable, de modo que unido con otras caractersticas electroqumicas se puede conseguir la proteccin a un costo razonable por amperio / ao.

Proteccin catdica con nodos de sacrificioPropiedades qumica de los nodos de sacrificio:Potencial de disolucin.Rendimiento de corriente.Polarizacin.Homogeneidad de la corrosin andica. La norma A.S.T.M.B6-46 y la especificacin norteamericana U.S. Mil-A 18001 H define la composicin para nodos de aleacin de zinc, magnesio y aluminio.

Proteccin catdica con nodos de sacrificioDensidad de corriente de proteccin en distintos medios:

Proteccin catdica con nodos de sacrificio

Densidad de corriente de proteccin en distintos medios:Clculo del nmero de nodos y su duracin.Para conocer el nmero de nodos que se van a necesitar para llevar a efecto la proteccin catdica, es fundamental determinar la intensidad total de corriente necesaria, la superficie a proteger y conocer la densidad de corriente de proteccin. La intensidad total necesaria para proteger est dada por: Total corriente = densidad de corriente X rea a proteger

Proteccin catdica con nodos de sacrificio

Los nodos galvnicos se recomienda generalmente para estructuras pequeas. Para grandes instalaciones, por ejemplo plataformas martimas, debe hacerse una cuidadosa evaluacin tcnica y econmica que tenga en cuenta que el costo inicial ser muy alto, si el diseo se efecta para una vida til larga. Cuando el diseo se realiza para una vida til corta, hay que tener en cuenta la reposicin peridica de los nodos, como en el caso de las embarcaciones.Proteccin catdica con corrientes impresa

Este sistema de proteccin catdica utiliza la corriente suministrada por una fuente de corriente continua para imprimir corriente necesaria para la proteccin de una estructura. Este procedimiento consiste en unir elctricamente la estructura que se trata de proteger con el polo negativo de un rectificador de corriente y el positivo con un electrodo (o nodo) auxiliar que cierra el circuito. Los electrodos auxiliares se hace de chatarra de hierro, aleacin de ferro silicio, grafito, titanio platinado, etc. Los componentes que un sistema de proteccin catdica con corriente impresa son: un nodo dispersor, una fuente de corriente continua, y cable portador de la corriente.

DesventajaDesventaja

Desventajas y ventajas

Recubrimientos anticorrosivos.

Un materialanticorrosivoes un material que sirve para proteger una superficie de unproceso dedegradacin llamadocorrosin. Lacorrosin es un procesoelectroqumico complejo y difcil de controlar tambin pasa por el tiempo ya que se descomponen las materias y es irreparable.El proceso deevitar la corrosinde manera ms efectiva compete a las tcnicas de modificacin de superficie, limpiar la superficie y pintarlaLapintura anticorrosivapara metales tiene como principal razn evitar su corrosin. En el mundo se gastan cantidades impresionantes en elcontrolde la corrosin, pues sin control se caeran lospuentes, lasmontaas rusas, lossemforos, losautos, etc. se destruiran, ya que todos se degradaran paulatinamente sin una pintura que los recubra.

Recubrimientos anticorrosivos

UNIDAD 4Polmeros Estructura de los polmeros

Estructura de los polmeros

Tipo de polmeros segn la estructura de la cadena

PLASTICOS

NO PLASTICOS

Procesos de manufactura de materiales de plsticos.

Procesos de manufactura de materiales de plsticos.

Procesos de manufactura de materiales de plsticos.

Procesos de manufactura de materiales de plsticos.

Procesos de manufactura de materiales de plsticos.

Procesos de manufactura de materiales de plsticos.

UNIDAD 5ENSAYOS MECNICOS DE LOS PLSTICOS

Tipos de ensayos de caracterizacin.

Tipos de ensayos de caracterizacin.

Tipos de ensayos de caracterizacin.

Tipos de ensayos de caracterizacin.

Tipos de ensayos de caracterizacin.

Densmetro

MFI

Ensayo de traccin.

Ensayo de impacto Charpye Izod.

Ensayo de impacto de cada de bola

Ensayos climticos

Ensayo de olor

Ensayo resistencia a la luz

UNIDAD 6OTROS MATERIALES EN INGENIERA.

Nuevos materiales.

Seleccin de un material.

Seleccin de un material.

Nuevos materiales.

Fibra de carbono

Fibra de carbono

Fibra de carbono

Aerogel

AerogelEl Aerogel ss una sustancia coloidal similar al gel, en el cual el componente lquido es cambiado por un gas, obteniendo como resultado un slido de muy baja densidad (3 mg / cm 33 kg / m3 ) y altamente poroso, con ciertas propiedades muy sorprendentes, como su enorme capacidad de aislante trmico. Familiarmente se le denomina humo helado, humo slido o humo azul debido a su naturaleza semi-transparente, sin embargo, tiene al tacto una consistencia similar a la espuma

AEROGELMateriales sper durosUn material sper duro es un material tanto o ms fuerte que el diamante. Slo las nanovarillas de diamante agregado han demostrado ser ms duras que el diamante. El dibororrenio es ms duro que el diamante slo en ciertas direcciones, pero es mucho ms blando en otras, debido a su extrema anisotropa. La fullerita ultradura, el hetero diamante, y el nitruro de boro cbico tienen una dureza cercana o comparable a la del diamante. Se ha predicho que el nitruro de carbono beta sera ms duro que el diamante, si fuera posible su sntesis.Materiales sper duros

Los materiales sper duros:Carburo de cromo.Carburo de titanio.Carburo de wolframio.Fullereno.Material super duroNitruro de boro

Fibra pticaLa fibra ptica es un medio de transmisin empleado habitualmente en redes de datos; un hilo muy fino de material transparente, vidrio o materiales plsticos, por el que se envan pulsos de luz que representan los datos a transmitir. El haz de luz queda completamente confinado y se propaga por el ncleo de la fibra con un ngulo de reflexin por encima del ngulo lmite de reflexin total, en funcin de la ley de Snell. La fuente de luz puede ser lser o un LED.Fibra pticaDaniel Colladon fue el primero en describirla "fuente de luz en el artculo que en 1842 titul On there flections of a ray of light inside a parabolic liquid stream. Ilustracin de este ltimo artculo de Colladon, en1884.

Fibra pticaLas fibras se utilizan ampliamente en telecomunicaciones, ya que permiten enviar gran cantidad de datos a una gran distancia, con velocidades similares a las de radio o cable. Son el medio de transmisin por excelencia al ser inmune a las interferencias electromagnticas, tambin se utilizan para redes locales, en donde se necesite aprovechar las ventajas de la fibra ptica sobre otros medios de transmisin.

Vidrios sper resistentesSu descubrimiento se debe al accidente de un cientfico, quien en su laboratorio, al carsele al suelo el matraz que estaba utilizando, comprob que la pelcula de plstico no solo evit que su matraz se rompiera en aicos, si no que contuvo el lquido sin derrame alguno.

Materiales compuestos

Materiales compuestosLos materiales compuestos que cumplen las siguientes caractersticas:*Estn formados de 2 o ms componentes distinguibles fsicamente y separables mecnicamente.*Presentan varias fases qumicamente distintas, completamente insolubles entre s y separadas por una interface.*Sus propiedades mecnicas son superiores a la simple suma de las propiedades de sus componentes (sinergia).*No pertenecen a los materiales compuestos aquellos materiales polifsicos, como las aleaciones metlicas, en las que mediante un tratamiento trmico se cambian la composicin de las fases presentes.

Cermicos cristalinos : Se obtienen a partir de slice fundida. Tanto el proceso de fusin como el de solidificacin posterior son lentos, lo que permite a los tomos ordenarse en cristales regulares. Presentan una gran resistencia mecnica y soportan altas temperaturas, superiores a la de reblandecimiento de la mayora de los vidrios refractarios.

VitroceramicosEl proceso de las vitrocermicas:*RECOCIDO: calentamos el vidrio hasta el punto de recocido.*Templado: calentar el vidrio (620-640 C) y enfriar rpidamente.*Intercambio de iones (templado qumico).

Propiedades de las vitrocermicas:

Propiedades de las vitrocermicas:Coeficiente de dilatacin trmica bajo.Excelente resistencia al choque trmico.Buena conductividades trmicas.Elevada durabilidad qumica.Gran resistencia mecnica.Alta tenacidad y dureza.Mayor resistencia mecnica que el vidrio.

Vitroceramicos