CLASE-01-Introduccion-la Ingeniería Química y Los Materiales

8/17/2019 CLASE-01-Introduccion-la Ingeniería Química y Los Materiales

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA

CURSO: CIENCIA DE LOS MATERIALES

09/05/2013

ING. ALFREDO FERNANDEZ REYES MSC.

SEMESTRE 2013-01 1

Universidad Nacional de Piura

Ciencia de los Materiales Semestre 2013-I

“INTRODUCCIÓN, DESARROLLO HISTORICO, CLASIFICACION GENERAL Y

PERSPECTIVAS DE LOS MATERIALES”

Ingº. Alfredo Fernández Reyes MSc

DEFINICIÓN DE LA INGENIERIA:

El Consejo

de

Acreditación

para

la

Ingeniería

y la

Tecnología

(Acreditation Board for Engineering and Technology: ABET)

define a la In eniería como:

"La profesión en la cual el conocimiento de las

matemáticas y las ciencias naturales, adquirido

mediante el estudio, la experiencia y la

práctica, se aplica con buen juicio al

esarro o e maneras e u zar,económicamente, los materiales y las fuerzas

de la naturaleza en beneficio de la humanidad"

“RESPONSABILIDAD DEL DISEÑO Y SELECCIÓN DE LOS

MATERIALES”

Presentación

.

2.Desarrollo de la Ciencia de Materiales

3.Técnicas para Caracterización de Materiales

4.Clasificación de los Materiales

.

6. Conclusiones


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SEMESTRE 2013-01 2

Importancia de los Materiales

A través de la Historia es posible observar laimportancia que los materiales han tenido en la vidadel hombre. Si bien los primeros materiales que utilizófueron aquellos que estaban a su alcance, materialesnaturales, éstos fueron rápidamente modificados yadaptados a sus necesidades.

Tal ha sido el impacto de los materiales que algunasetapas de la civilización han sido denominadas por el

tipo e materia es que e om re uti iz , asrecordamos la Edad de Piedra (hasta 2000 AC), la Edadde Bronce(2000‐700 AC) y la Edad de Hierro(700AC‐100 DC).

Materiales Naturales

Edad de Piedra Edad de Hierro


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SEMESTRE 2013-01 3

Aparición del hombre

Edad de Piedra

Edad de Bronce

Edad de Hierro

Edad Media

Siglo XX

.

0

O

O

Tercer milenio

Desarrollo de la Ciencia de Materiales

• Durante algunos siglos, el desarrollo de laCiencia de Materiales fue muy lento. No fuesino hasta finales del Si lo XIX racias aldescubrimiento de los rayos‐X por WilhelmRoentgen en 1895 y a las aplicacionesrealizadas por Von Laue, en 1912, y por Bragg,en 1915, sobre la estructura cristalina, que laCiencia de Materiales logró un avance

impresionante.

• Gracias al conocimiento de la estructuracristalina, la Ciencia de Materiales avanzónotablemente.


Propiedades Estructura

Método de elaboración

Mediante el uso de un método de elaboración

propiedades, en principio, es posible elaborar

materiales hechos a la medida de nuestras

necesidades.


A partir de la Segunda Guerra Mundial muchas de lasnecesidades de la ingeniería mecánica, eléctrica,electrónica nuclear no fueron satisfechas ormateriales tradicionales. Sólo materiales de altatecnología pudieron cumplir con las exigentes

especificaciones del desarrollo industrial.

Es así como, a partir de la segunda mitad del Siglo XX, seobserva un desarrollo impresionante de los materiales:

• ,

•Metálicos,

•Polímetros,

•Semiconductores, y

•Materiales compuestos.


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SEMESTRE 2013-01 4

Técnicas para Caracterización de Materiales

Estructura –Composición –Propiedades• Estructura

– Caracterización estructural• Difracción de Rayos –X

• Método Rietveld

– Morfología y estructura

• croscop a

ec r n ca

e

arr o• Microscopía Electrónica de Transmisión

• Composición• Microscopía Electrónica de Barrido (EDS)

• Fluorescencia de Rayos –X

Difracción de Rayos‐X

Microscopía Electrónica

En base a su arreglo atómico, la materiaodía ser clasificada en dos randes

Clasificación de los Materiales

grupos:

– Aquel la que presentaba un orden atómico amuy corto alcance, materiales amorfos.

– Los mater iales que poseen un ordena largoalcance, materiales cristalinos.

Ésta es una clasif icación de los materialespor su estructura cristalina.


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SEMESTRE 2013-01 5

Clasificación de los Materiales

Materiales

• Amorfos: Desorden atómico

•Cristalinos: Orden a largo alcance

•

Por sucristalinidad

•Semiconductores•Polímeros•Materiales compuestos

Por suspropiedades

Técnicas para Caracterización de

MaterialesPROPIEDADES• Térmicas

• Análisis Térmico Diferencial• Temo‐gravimetría

• Mecánicas• Máquina Universal Instron

• Espectroscopia de Impedancias

• Magnéticas• Susceptómetro a.c.

• Ópticas

PERSPECTIVAS

DISEÑO DE MATERIALES

se o e mater a es epen e e nuestrahabilidad para combinar apropiadamente las

estructuras y Componentes con un método deelaboración adecuado, asimismo, a través de lamodificación de configuraciones atómicas y

convenientes.

PERSPECTIVAS ESPECÍFICAS

• Nuevas fuentes de energía (Componentes parace as e com usti e

• Mejoramiento del ambiente

• Reciclaje de materiales• Informática y comunicaciones• Purificación del agua• Sensorespiezoeléctricos• Sensoresmagn ticos• Sensorespara gases• Robótica• Salud (Biomateriales)


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SEMESTRE 2013-01 6

NUEVAS FUENTES DE ENERGÍA MEDIOS DE TRANSPORTE

COMPONENTES ELECTRÓNICOS Aislantes térmicos


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SEMESTRE 2013-01 7

Sensores

CONTROL DINÁMICO DE FUNCIONES

Sensores de estabilidad,

nivel de combustible,y control de navegación.

Efecto piezoeléctrico

Robótica


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SEMESTRE 2013-01 11

Medio Ambiente

PROCESAMIENTO

a er as r mas

Productos

Necesidades

Renacer de la

Productividad con

Mantenimiento delMedio Ambiente

Químicaverde



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SEMESTRE 2013-01 12

Universidad Nacional de Piura

Materiales para

Ingeniería

Semestre 2013-I“CIENCIA E INGENIERIA DE LOS

MATERIALES, CLASIFICACION DE LOS

TENDENCIAS DE USO ”

Ingº. Alfredo Fernández Reyes MSc

CIENCIA E INGENIERIA DE LOS

MATERIALES

MATERIALES EN INGENIERÍA

•

• CIENCIA DE LOS MATERIALES

• INGENIERIA DE LOS MATERIALES

• CIENCIA E INGENIERIA

DE

LOS

MATERIALES

• CLASIFICACION DE LOS

MATERIALES

• FUTURAS TENDENCIAS DEL USO DE

LOS MATERIALES


MATERIALES Y LA

INGENIERIA



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SEMESTRE 2013-01 13


M T RI L S

Producto natural o pocotransformado, empleados en

ING NI RI

Ciencia o arte de aplicarconocimientos científicos a la

procesos industriales.Son sustancias de las quecualquier cosa esta compuestao hecha.

invención, perfeccionamientoo utilización de la técnicaindustrial en todas susfacetas.

MATERIALES INGENIERIA

MATERIALES Y LA INGENIERIALos ingenieros de todas las especialidades

deben tener unos conocimientos básicos y aplicados

de los materiales de uso en ingeniería que le permita

el uso de materiales



CIENCIAS DE LOS MATERIALES

Asi com prend er su es truct ura

seleccionarlos

Comprende principios científicos para:

presentan varios temas de las

ciencias físicas y químicas

Comprender sus propiedades



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SEMESTRE 2013-01 14

MATERIALES EN

INGENIERÍA

INGENIERIA DE LOSMATERIALES

CIENCIAS DE LOS MATERIALES

• Se ocupa de la transformación y aplicaciones

de los materiales para su procesamiento

industrial en la fabricación de productos útiles.

• Tiene como finalidad la obtención y cambios

de los materiales, la ejecución y mejoramientode los procesos industriales.


CIENCIA E INGENIERIA DE

LOS MATERIALES

Ciencia de los materiales:Conocimientos básicos

de materiales.

Ingeniería de materiales:Conocimiento aplicado de

Materiales.

enc a e ngen er a e osMateriales:

Resultantes del conocimiento de

la estructura, propiedades, procesado y

comportamiento de materiales de ingeniería.


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SEMESTRE 2013-01 16

MATERIALES DE INGENIERÍA

• CERAMICOS: baja conductividad, duros , resistencia al impacto, ciertas condiciones de corrosión.

CLASIFICACION DE LOS MATERIALES

I.‐ DE ACUERDO A SUS

PROPIEDADES

Unidad 1 Introducción a las Propiedades de los Materiales.

CLASIFICACIÓN



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SEMESTRE 2013-01 17

CLASIFICACIÓN

METALES

Buena conductividad eléctrica y térmica, altaresistencia, rigidez, ductilidad. Son útiles en

aplicaciones estructurales o de carga. Lasaleaciones permiten una mejor combinación depropiedades.

CERÁMICOS

on usa os a menu o como a s an es. uer es yduros, aunque frágiles y quebradizos. Usualmentese utilizan como materiales de construcción.Ejemplos: Ladrillo, vidrio, porcelana, etc.

POLÍMEROS

Grandes estructuras moleculares creadas a partir de moléculas orgánicas. Baja conductividadeléctrica y térmica, reducida resistencia y debeevitarse su uso a temperaturas elevadas. Tienenm p es ap cac o nes, en r e e as es n o s

dispositivos electrónicos.

COMPUESTOS

Formados a partir de dos o más materiales de

distintos grupos, produciendo propiedades que no

se encuentran en ninguno de los materiales de

forma individual.

CLASIFICACION DE LOS

MATERIALES

II.‐ DE ACUERDO A SU ENLACE

QUÍMICO

ENLACES

• Metálicos. Son de tipo metálico. Los átomos de losmetales tienen pocos electrones en su última capa,

convierten en iones positivos.

• Cerámicos. Es principalmente iónico o covalente,en general una mezcla de ambos. El carácter iónicoaumenta con la diferencia en electronegatividad delos átomos que se unen.

• o meros. os e ec rones e va enc a oman par een enlaces covalentes; por ello, su conductividadeléctrica es bien baja. Este tipo de enlace es lafuerza que mantiene unidos entre sí los átomos nometálicos .



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SEMESTRE 2013-01 18

MATERIALES SEGÚN EL TIPO DE ENLACE

Te tra e d ro q u e re p re se n ta l a c o n tri b u c ión

re l a t iv a d e lo s d i fe r e n te s tip o s d e e n l a c e

p a ra la s c u a tro c a te g o ría s

fu n d a m e n ta le s d e m a te ria le s d e

n g e n e r a m e a e s, c e rám c a s,p o lím eros y se m i-c o nd uc tores)



.‐

ESTRUCTURA MOLECULAR

CRISTALINO Y AMORFOTodos los mater ialessólidos puedenclasificarse, de acuerdo a CLASIFICACIÓN

su estructura molecular,en cristalinos y amorfos.

Cristalino Amorfo

Las moléculas estánordenadas en 3 dimensiones,

que se llama ordenamientoperiódico.

Las moléculas se enmarañanen un completo

desorden.


CURSO CIENCIA DE LOS MATERIALES

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SEMESTRE 2013-01 19

.

MODERNA DE LOS

MATERIALES

FUTURAS TENDENCIAS AL

LOS MATERIALES

• Sustituir materiales metálicos y sus

aleaciones por plásticos cerámicos y

compues os por su a o cos o y

durabilidad).

• Los procesos de endurecimiento más

usados serán por láser, haz de

e ec rones, por n ucc n en

atmósferas controladas o al vació.

• Se investigarán intensamente las propiedades

de los materiales compuestos, así como se

crearan nuevos procesos o los conformados

de los mismos.

• Se pondrá mucho más énfasis en el

c n s s p p s c s

para la fabricación de piezas de formas

complicadas.


CURSO CIENCIA DE LOS MATERIALES

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SEMESTRE 2013-01 20

• Los tratamientos superficiales

tenderán a ser reemplazados por losrecubrimientos plásticos.

• Se darán mucha importancia al

reciclaje de los materiales debido a

que escasean en el mercado ciertos

elementos químicos que juegan un

papel preponderante en lasaleaciones.

•

metálicos y sus aleaciones por los plásticos,

cerámicos y compuestos, debido a su bajo

costo y durabilidad.

• Se intensificará la investigación de las

aleaciones superplásticas con una elevadaresistencia a la corrosión.

• Se intensificará el uso de los aceros

esferoidizados y colados en forma

continua para la fabricación de

e ementos e m quinas.

• Se ampliará y profundizará elconocimiento y la tecnología del

tratamiento térmico de

envejecimiento de las aleaciones

ligeras.

• Se espera un incremento notable del uso de

meta es y a eac ones geras espec a mente

aluminio y sus aleaciones Al‐Zn‐Mg‐Cu, Al‐Zn‐

Mg) en

la

fabricación

de

elementos

de

máquinas especialmente para la industria

automotriz y aeronaútica.



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SEMESTRE 2013-01 21

• La industria ha intensificado el uso demateriales poliméricos y cerámicos en

la fabricación de algunos tipos deelementos de máquinas debido a sumenor peso específico y costo conrespecto a los materiales metálicos.

• Los tratamientos térmicos se estansofisticando con el uso dem cropocesa ores que max m zan aeficiencia de los sistemas y controlanadecuadamente los procesos.

• Se han creado y se continuarán creando

nuevos m to os e an s s m crosc p cos y

macroscópicos de estos materiales; asi como

nuevos procesos tecnológicos de

conformación y tratamiento de los mismos.

• En los que se refiere a las perspectivas dedesarrollo de Conformado Mecanico sinarranque de viruta, se prevé un repuente

partes críticas, que reemplazarán a lasforjadas y fundidas y que tendran menorpeso y tamaño.

• Se pondrá mucho mas énfasis en el

para la fabricación de piezas de formascomplicadas.

• Los procesos de endurecimiento masu za os ser n por azer, az eelectrones, por inducción en atmosferas

controladas o al vacio.• Se haran mas frecuente el uso de medios

refri erantes oliméricos com uestosorgánicos solubles en agua.



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SEMESTRE 2013-01 22

• Se dará mucha importancia a lafabricaciónón de alambresmultifilamentarios y superconductores en

.

• La tecnologíaía de soldadura incrementarálos procesos automáticos y semi‐automáticos. Se mejorará la composiciónde los electrodos no solo para mejorar la

calidad de la soldaura, sino para hacercada vez mas ebil su dependencia en lashabilidades del operador.

• Dentro de los procesos de soldadura, el

aplicaciones, al igual que el ultrasonidopara el control de calidad de la misma.

• Se investigaran intensamente laspropiedades de los materiales

,

nuevos procesos de conformado de losmismos.

• Se incorporará cada vez con mayorintensidad la Computación y laRobótica (MECATRONICA) en elanálisis de los procesos internos delos materiales así como en losprocesos de conformado de losmismos.

• Los tratamientos superficialestenderán a ser reemplazados por losrecubrimientos plásticos.

• Se crearán nuevos rocesos deconformado para los materiales plásticos,cerámicos, compuestos y polvosmetálicos.

• Se dará mucha importancia al reciclaje delos materiales debido a ue escasean enel mercado ciertos elementos químicosque juegan un papel preponderante enlas aleaciones.



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SEMESTRE 2013-01 23

• Se dará mucho mas énfasis a la investigación

de las propiedades útiles de los materiales,

dando una

gran

preferencia

a los

materiales

altamente uros a los com uestos.

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