UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES

FACULTAD DE INGENIERIA

MATERIALES Y PROCESOS DE MANU FACTURA

(IND 241)

DOCENTE:

ING. FRANZ ZENTENO

ESTUDIANTE:

UNIV. DELGADILLO QUISBERT JOSEPH ADRIAN

CARRERA:

INGENIERIA INDUSTRIAL

AÑO:

2015

HISTORIA DE LOS MATERIALES

OBJETIVO. Realizar un revisión histórica de los principales materiales utilizados en la manufactura

HISTORIA DE LOS MATERIALES

Conocer la importancia y algunas aplicaciones que se dan a estos materiales Adquirir un conocimiento básico sobre los materiales utilizados en la manufactura

MARCO TEORICO.-

HISTORIA.-Primer período

(Desde hace 2,5 millones de años hasta el año 3000 a. C.)

Materias o materiales más representativos utilizados en esa época: Herramientas de piedra. Madera. Huesos. Cuernas. Cestos. Cuerdas. Cuero.

Ventajas e inconvenientes que supusieron su descubrimiento: Adquisiciones tecnológicas como fuego, herramientas, vivienda, o ropa. Evolución social. Revolución económica desde un sistema recolector-cazador, hasta un sistema parcialmente

productor. Revolución hacia un sistema económico productivo: agricultura y ganadería.

Segundo período(Desde el 5000 a. C. hasta el 1500 a. C.)

Materias o materiales más representativos utilizados en esa época: Cobre. Cerámica.

Ventajas e inconvenientes que supusieron su descubrimiento: Auge de la metalurgia calcolítica balcánica. Intensificación de la producción. Nuevos modelos de ocupación del territorio. Especialización artesanal. Incremento de los intercambios. Estratificación social. Aumento de la productividad en la agricultura. Revolución de los productos derivados. Incremento y diversificación de la producción y los intercambios.

Tercer período(Desde el 2000 a. C. hasta el -0 a. C.)

Materias o materiales más representativos utilizados en esa época: Bronce.

Ventajas e inconvenientes que supusieron su descubrimiento: Mejoraron las técnicas constructivas navales. Sustitución de los enterramientos colectivos por otros individuales, que pasaron a situarse en el

interior de los poblados. Aumento de la riqueza y de la diferenciación social. 

Producción de armas.

Cuarto período(Desde el 800 a. C. hasta el 1000 d. C.)

Materias o materiales más representativos utilizados en esa época: Hierro. Plata. Oro.

Ventajas e inconvenientes que supusieron su descubrimiento: Herramientas más resistentes y baratas. Producción de armas, útiles e construcción, etc.

Quinto período(1900: Revolución Industrial)Materias o materiales más representativos utilizados en esa época:

Metales Carbón Vapor 

Ventajas e inconvenientes que supusieron su descubrimiento: La economía basada en el trabajo manual fue reemplazada por otra dominada por la industria y

la manufactura. Mecanización de las industrias textiles y el desarrollo de los procesos del hierro. La expansión del comercio fue favorecida por la mejora de las rutas de transportes y

posteriormente por el nacimiento del ferrocarril. Producción y desarrollo de nuevos modelos de maquinaria. La economía basada en el trabajo manual fue reemplazada por otra dominada por la industria y

la manufactura. Producción en serie. Grandes diferencias económicas entre la sociedad. Cambio climático. 

CLASIFICACION.-La ciencia de materiales clasifica a todos los materiales en función de sus propiedades y su estructura atómica. Son los siguientes:

Metales Cerámicas Polímeros Materiales compuestos Semiconductores

Algunos libros hacen una clasificación más exhaustiva, aunque con estas categorías cualquier elemento puede ser clasificado.

Ejemplo de la estructura de un polímero, concretamente el polietileno

Aplicaciones y relación con la industriaUna de las técnicas relacionada con esta ciencia es el moldeo de lingotes.Los avances radicales en los materiales pueden conducir a la creación de nuevos productos o nuevas industrias, pero las industrias actuales también necesitan científicos de materiales para incrementar las mejoras y localizar las posibles averías de los materiales que están en uso. Las aplicaciones industriales de la ciencia de materiales incluye la elección del material, su coste-beneficio para obtener dicho material, las técnicas de procesado y las técnicas de análisis.Además de la caracterización del material, el científico o ingeniero de materiales (aunque haya una diferencia, muchas veces el ingeniero es científico y viceversa) también debe tratar la extracción y su posterior conversión en materiales útiles. El moldeo de lingotes, técnicas de fundido, extracción en alto horno, extracción electrolítica, etc., son parte del conocimiento requerido en un ingeniero metalúrgico.Dejando aparte los metales, polímeros y cerámicas son también muy importantes en la ciencia de materiales. Los polímeros son un material primario usado para conformar o fabricar plásticos. Los plásticos son el producto final después de que varios polímeros y aditivos hayan sido procesados y conformados en su forma final. El PVC, polietileno, etc., son ejemplos de plásticos.Y por lo que respecta a los cerámicos, se puede citar la arcilla, así como su modelado, secado y cocido para obtener un material refractario.

Ámbitos

La estructura cristalina es una parte esencial en esta ciencia. Esta por ejemplo es una FCCLa ciencia de materiales abarca muchísimos temas, desde la estructura atómica, propiedades de los diferentes materiales, procesos y tratamientos.Este sería un resumen a gran escala:

Estructura atómica y enlaces interatómicos Estructura de sólidos cristalinos Imperfecciones en estructuras cristalinas Procesos de difusión atómica Propiedades de los materiales Dislocaciones y mecanismos de endurecimiento Rotura Diagramas de fases Transformaciones de fases Tratamientos térmicos Aleaciones

Clasificación de los materiales     La manera más general de clasificación de los materiales es la siguiente:

a. Metálicos Ferrosos No ferrosos

b. No metálicos Orgánicos Inorgánicos

Metales FerrososLos 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.

Metales no FerrososPor 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 los que por sus propiedades físicas y de ingeniería cubren determinadas exigencias o condiciones de trabajo, por ejemplo el bronce (cobre, plomo, estaño) y el latón (cobre zinc).

Materiales no Metálicosa. Materiales de origen orgánico b. Materiales de origen inorgánico

Materiales orgánicosSon así considerados cuando contienen células de vegetales o animales. Estos materiales pueden usualmente disolverse en líquidos orgánicos como el alcohol o los tretracloruros, no se disuelven en el agua y no soportan altas temperaturas. Algunos de los representantes de este grupo son:

Plásticos Productos del petróleo Madera

Papel Hule Piel

 Materiales de origen inorgánicoSon todos aquellos que no proceden de células animales o vegetal o relacionados con el carbón. Por lo regular se pueden disolver en el agua y en general resisten el calor mejor que las sustancias orgánicas. Algunos de los materiales inorgánicos más utilizados en la manufactura son:

Los minerales El cemento La cerámica El vidrio El grafito (carbón mineral)

 Los materiales sean metálicos o no metálicos, orgánicos o inorgánicos casi nunca se encuentran en el estado en el que van a ser utilizados, por lo regular estos deben ser sometidos a un conjunto de procesos para lograr las características requeridas en tareas específicas. Estos procesos han requerido del desarrollo de técnicas especiales muy elaboradas que han dado el refinamiento necesario para cumplir con requerimientos prácticos. También estos procesos aumentan notablemente el costo de los materiales, tanto que esto puede significar varias veces el costo original del material por lo que su estudio y perfeccionamiento repercutirán directamente en el costo de los materiales y los artículos que integraran.Los procesos de manufactura implicados en la conversión de los materiales originales en materiales útiles para el hombre requieren de estudios especiales para lograr su mejor aplicación, desarrollo y disminución de costo. En la ingeniería la transformación de los materiales y sus propiedades tienen un espacio especial, ya que en casi todos los casos de ello dependerá el éxito o fracaso del uso de un material.

METALES.-Todos los materiales están integrados por átomos los que se organizan de diferentes maneras, dependiendo del material que se trate y el estado en el que se encuentra. Cuando un material se encuentra en forma de gas, sus átomos están más dispersos o desordenados (a una mayor distancia uno de otro) en comparación con los átomos de ese mismo material pero en estado líquido o sólido. Existen materiales en los que sus átomos siempre están en desorden o desaliniados aún en su estado sólido, a estos materiales se les llama materiales amorfos, un ejemplo es el vidrio, al que se considera como un líquido solidificado. En el caso de los metales, cuando estos están en su estado sólido, sus átomos se alinean de manera regular en forma de mallas tridimensionales. Estas mallas pueden ser identificadas fácilmente por sus propiedades químicas, físicas o por medio de los rayos X. Cuando un material cambia de tipo de malla al modificar su temperatura, se dice que es un material polimorfo o alotrópico. Cada tipo de malla en los metales da diferentes propiedades, no obstante que se trata del mismo material, así por ejemplo en el caso del hierro aleado con el carbono, se pueden encontrar tres diferentes tipos de mallas: la malla cúbica de cuerpo centrado, la malla cúbica de cara centrada y la malla hexagonal compacta. Cada una de estas estructuras atómicas tienen diferentes números de átomos, como se puede ver en las siguientes figuras.

Malla cúbica de cuerpo centrado

Malla cúbica de cara centrada

Malla hexagonal compacta

La malla cúbica de cuerpo de cuerpo centrado. Es la estructura que tiene el hierro a temperatura ambiente, se conoce como hierro alfa. Tiene átomos en cada uno de los vértices del cubo que integra a su estructura y un átomo en el centro. También se encuentran con esta estructura el cromo, el molibdeno y el tungsteno.La malla cúbica de cara centrada aparece en el hierro cuando su temperatura se eleva a aproximadamente  a 910ºC, se conoce como hierro gamma. Tiene átomos en los vértices y en cada una de sus caras, su cambio es notado además de por los rayos X por la modificación de sus propiedades eléctricas, por la absorción de calor y por las distancias intermoleculares. A temperatura elevada el aluminio, la plata, el cobre, el oro, el níquel, el plomo y el platino son algunos de los metales que tienen esta estructura de malla.La malla hexagonal compacta se encuentra en metales como el berilio, cadmio, magnesio, y titanio. Es una estructura que no permite la maleabilidad y la ductilidad, es frágil.Otra de las características de los metales que influye notablemente en sus propiedades es el tamaño de grano, el cual depende de la velocidad de enfriamiento en la solidificación del metal, la extensión y la naturaleza del calentamiento que sufrió el metal al ser calentado.

CERAMICOS Y VIDRIOS.-El aluminio es un metal común, pero el óxido de aluminio, un compuesto de aluminio y oxigeno (Al2O3), es característico de una familia completamente distinta de materiales para ingeniería: los materiales cerámicos. El óxido de aluminio tiene dos ventajas principales sobre el aluminio metálico. La primera es que el óxido de aluminio es químicamente estable en una gran variedad de ambientes severos, en los que el aluminio metálico se oxidaría. De hecho, un producto normal de reacción en la degradación química del aluminio es el óxido, con una mayor estabilidad química. La segunda ventaja es que el cerámico de óxido de aluminio tiene una temperatura de fusión significativamente mayor a 2020°C que el aluminio metálico (660°C). esto hace del óxido de aluminio un refractario bastante común(esto es, un material resistente a las altas temperaturas, ampliamente utilizado en la construcción de hornos industriales).Puesto que tiene mejores propiedades químicas y mayor resistencia a altas temperaturas, ¿Por qué no se utiliza el al203 en ciertas aplicaciones, como por ejemplo en motores de automóviles, en lugar del aluminio metálico? La respuesta a esta pregunta se encuentra en la propiedad más desfavorable de los cerámicos: su fragilidad. El aluminio y otros metales tiene alta ductilidad, una propiedad deseable que les permite soportar cargas de impacto relativamente severas sin romper, mientras que el óxido de aluminio y otros cerámicos no pueden hacerlo. Esta fragilidad elimina a los cerámicos de la selección de muchas aplicaciones estructurales.Los recientes desarrollos en la tecnología de los cerámicos están haciendo aumentar la utilización de estos materiales en aplicaciones estructurales, no por eliminar su inherente fragilidad, sino incrementando su resistencia hasta valores lo suficientemente elevados y aumentando su resistencia a la fractura. Un ejemplo de estos nuevos cerámicos es el nitruro de silicio (Si3N4), como principal candidato para la fabricación de motores de alta temperatura y alta eficiencia energética, una aplicación impensable para los cerámicos tradicionales.El óxido de aluminio es un cerámico tradicional característico, siendo otros buenos ejemplos del óxido de magnesio (MgO) y la sílice (SiO2). Además el SiO2 constituye la base de la amplia y

compleja familia de los silicatos, que incluye las arcillas y los materiales arcillosos. El nitruro de silicio (Si3N4), mencionado anteriormente, es un importante cerámico no oxidito empleado en toda serie de aplicaciones estructurales. La mayor parte de los cerámicos con importancia son compuestos químicos constituidos por al menos un elemento metálico y uno de los cinco elementos no metálicos que se indican (C,N,O,P o S). Hay que tener en cuenta que muchos cerámicos comerciales incluyen compuestos con más de dos elementos, al igual que una aleación metálica comercial está constituida por muchos elementos. Una diferencia entre los materiales metálicos y los cerámicos es que, mediante técnicas de procesado bastante simples, muchos cerámicos pueden fabricarse en forma no cristalina, es decir, con sus átomos dispuestos de forma irregular y aleatoria. El término general para denominar a los sólidos no cristalinos con composiciones comparables a las de los cerámicos cristalinos es vidrio. La mayoría de los vidrios comunes son silicatos; el vidrio ordinario de ventana está compuesto por aproximadamente un 72 por ciento en peso de sílice (SiO2) siendo el resto principalmente oxido de sodio (Na2O) y oxido de calcio (CaO). Los vidrios y los cerámicos cristalinos tiene en común la fragilidad. La importancia de los vidrios en la ingeniería reside en otras propiedades, como su capacidad para transmitir la luz visible (así como la radiación ultravioleta e infrarroja) y su inercia química.Un material menos tradicional lo constituye unan tercera categórica, las vitroceramicas. Algunas formulaciones de vidrio (como los aluminosilicatos de litio) se puede desvitrificar totalmente (esto es, experimentan una transformación desde el estado vítreo al estado cristalino) mediante un tratamiento térmico adecuado. Si se conforma la pieza mientras el metal está en su forma vítrea pueden obtenerse formas complicadas. La estructura microscópica de alta calidad (con un tamaño de grano fino y sin porosidad) proporciona un producto con una resistencia mecánica superior a la de muchos cerámicos cristalinos tradicionales. Una ventaja adicional es que los compuestos de aluminosilicatos de litio suelen tener bajos coeficientes de expansión termina, lo que los hace resistentes a la fractura por cambios rápidos de temperatura. Esta es una ventaja importante en aplicaciones como utensilios de cocina.

POLIMEROS.-El mayor impacto de la moderna tecnología sobre la vida cotidiana ha sido realizado por categoría de materiales denominados polímeros. Un nombre alternativo para esta categoría es el de plásticos, que describe la gran conformidad de muchos polímeros durante su fabricación. Estos materiales artificiales o sintéticos constituyen una rama especial de la química orgánica. Es fácil encontrar ejemplos de productos baratos y funcionales fabricados con polímeros. El monómero es un polímero es una molécula individual de hidrocarburo, como por ejemplo el etileno. Los polímeros son moléculas de cadena larga formados pro muchos monómeros unidos entre sí. El polímero comercial más común es el polietileno (-C2H4-) n, donde n puede variar entre 100 y 1000. Muchos polímeros importantes, incluido el polietileno, son simplemente compuestos de carbono e hidrogeno. Otros contiene oxigeno (como los acrílicos), nitrógeno (como los nylons), flúor (como los plásticos florados), o los silicio (como las siliconas). Como su nombre indica los plásticos comparten, normalmente, con los metales la propiedad mecánica de la ductilidad. A diferencia de los cerámicos frágiles, los polímeros son a menudo una alternativa de bajo coste o de baja densidad frente a los metales en aplicaciones estructurales. Entre las propiedades importantes relacionadas con el enlace químico están la menor resistencia en comparación con los metales, y la menor temperatura de fusión y mayor reactividad química que los cerámicos y vidrios. A pesar de sus limitaciones, los polímeros son materiales muy útiles y versátiles. En la pasada década se ha experimentado un progreso en el desarrollo de polímeros para ingeniería, con resistencia y rigidez suficientemente altas para permitir que sustituyan a ciertos metales tradicionalmente estructurales. Un buen ejemplo es el panel de la carrocería de un automóvil.

MATERIALES COMPUESTOS.-Las tres categorías anteriores de materiales estructurales para ingeniería (metales, cerámicos y polímeros) contienen varios elementos y compuestos que pueden ser clasificados por enlace químico. Existen además un importante conjunto de materiales obtenidos por una combinación de materiales individuales pertenecientes a las categorías previas. Este cuarto grupo es el de los materiales compuestos, y quizá el mejor ejemplo lo constituya el pastico reforzado de fibra de vidrio. Este material compuesto, formado por una serie de fibras de vidrio embebidas en una matriz polimérica, es bastante común. El plástico reforzado con fibra de vidrio es un material compuesto característico y bastante bueno, que reúne lo mejor de sus componentes dando lugar a n producto superior a cualquiera de dichos componentes por separado. La alta resistencia de las fibras de vidrio para producir un material resistente, capaz de soportar la carga habitual requerida en un material estructural. El plástico reforzado con fibra de vidrio es el prototipo de muchos materiales sintéticos reforzados con fibras. La madera es un excelente ejemplo de una material natural con propiedades mecánicas útiles debido a su estructura con fibras. El hormigo es un ejemplo bastante común de un material compuesto de granular. En él la arena y la grava refuerzan una matriz compleja de cemento de silicato.

SEMICONDUCTORES.-Mientras los polímeros son materiales técnicos, visibles pro el público, y con un gran impacto en la sociedad contemporánea, los semiconductores son relativamente invisibles, aunque su impacto social es comparable. La tecnología ha revolucionado claramente la sociedad, pero a su vez la electrónica de estado sólido está revolucionando la propia tecnología. Un grupo relativamente pequeño de elementos y compuestos tiene una importante propiedad eléctrica, la semiconductivilidad, de manera que son ni buenas conductores eléctricos ni buenos aislantes eléctricos. En lugar de ello, su capacidad para producir electricidad es intermedia. Estos materiales se denominan semiconductores y, en general, no entran dentro de alguna de las cuatro categorías de materiales estructurales basadas en el enlace atómico. Como se explicó anteriormente, los metales son inherentemente buenos conductores eléctricos. Los cerámicos y polímeros (no metálicos) son generalmente malos conductores pero buenos aislantes. Los tres elementos semiconductores son: (Si, Ge y Sn) .El silicio (Si) y germanio (Ge), usados con profusión como elementos semiconductores, son excelentes ejemplos de ese tipo de materiales. El control preciso de la pureza química permite controlar exactamente sus propiedades electrónicas. A medida que se han ido desarrollando técnicas para producir variaciones en la pureza química en zonas muy pequeñas, se han podido obtener complicados circuitos electrónicos en superficies excepcionalmente diminutas. Estos microcircuitos son la base de la revolución de la tecnología. Entre los ejemplos se incluyen al arseniuro de galio, que se emplea como un rectificador par alta temperatura y en al fabricación de cristales de láser, y el sulfuro de cadmio (CdS), que se utiliza como una célula solar bajo coste para transformar la energía solar en energía eléctrica utilizable. Los distintos compuestos obtenidos a partir de estos elementos muestran similitudes con muchos de los compuestos cerámicos. Con adiciones de determinadas impurezas, algunas cerámicos pueden presentar un comportamiento semiconductor por ejemplo el óxido de cinc (ZnO), que se utiliza ampliamente como fosforo en las pantallas de televisiones en color.CONCLUCIONES.-

Se llegó a comprender y entender más sobre el proceso de manufactura y de diferentes materiales

También se pudo conocer los diferentes compuestos q se utilizan para obtener los productos que hoy en día utilizamos en diferentes ámbitos de la vida cotidiana

Se pudo observar que existe una infinita variedad de productos que se pueden obtener si se pone más interés al desarrollo científico, de producción y fabricación se puede llegar a acelerar el desarrollo de nuestro país

Espero q en un futuro lleguemos a tener industrias manufactureras en nuestro país y demostrar así la calidad q existe en

BIBLIOGRAFIA.-

http://es.slideshare.net/mymAJark/savedfiles?s_title=ciencia-de-materiales&user_login=doramaria39- Ciencia de materiales

Introducción a la ciencia de los materiales para ingenieros de James F. Shackelford. Universidad de Almeria- fabricación industrial ; apuntes. Autor: Alejandro Lopez Martinez