UNIDAD 1

MATERIALES PARA

INGENIERA

Material: sustancia de la que cualquier cosa est compuesta o hecha

MATERIALES PARA INGENIERA

Clasificacin clasica de los materiales

Materiales metlicos

Materiales polimricos

Materiales cermicos

Materiales compuestos

Buenas propiedades mecnicas,

mala resistencia a la corrosin

Buena maleabilidad y

deformabilidad, se degradan

Alta dureza, alta fragilidad

Propiedades que dependen de

los materiales mixtos utilizados

Materiales Aplicaciones Propiedades

Metales Alambres, tubos, piezas

de automviles

Alta conductividad elctrica,

Resistentes y dctiles a

temperatura ambiente

Cermicos Vidrios, ladrillos, loza Aislante trmico y elctrico ,

frgiles, alta dureza, alta

resistencia

Polmeros Recipientes plsticos,

carcasas telfonos

Bajo peso, baja resistencia, alta

resistencia a la corrosin

Compuestos herramientas de corte,

recipiente para reactores

Ligeros, resistentes, dctiles,

con resistencia a las altas

temperaturas

Otras clasificaciones de los materiales

En funcin de sus aplicaciones Materiales para la salud

Materiales para la energa

Materiales para aplicaciones aeronutica

Materiales para microelectrnica

En funcin de nueva propiedades fsicas o qumicas

Materiales magnticos

Nanomateriales

Biomateriales

Materiales metlicos

Sustancias inorgnicas que estn compuestas de uno o ms elementos metlicos (aleaciones)

Tabla peridica de los elementos

Los tomos estn dispuestos de manera ordenada

Buenos conductores elctricos y trmicos

Resistentes y dctiles a temperatura ambiente (pueden ser conformados con facilidad)

Materiales metlicos

Son opacos a la luz visible

La superficie pulida tiene apariencia lustrosa

Los metales se dilatan y se contraen con la diferencia de temperatura

Tiene una elevada capacidad de oxidacin

Ej.: Acero, aluminio, magnesio, zinc, hierro fundido, titanio, cobre, nquel, etc.

Materiales metlicos

Metales ferrosos

Metales no ferrosos

Aceros (Fe, C, Ni, Cu..)

Fundiciones (Fe, Si, C, Mn..)

Aluminio y sus aleacionesCobre y sus aleacionesMagnesio y sus aleacionesNquel y aleaciones base nquelAleaciones de zinc, plomo y estaoTitanio y aleaciones de titanioetc

Materiales metlicos

UsosMateriales metlicos

Materiales inorgnicos constituidos por elementos metlicos y no metlicos cohesionados qumicamente

Materiales cermicos

Tabla peridica de los elementos que forman compuestos cermicos

Tipos de materiales cermicos

Materiales cermicos

Cristalinos, no cristalinos o mezcla de ambos

La mayora de los cermicos tienen elevada dureza y alta resistencia a la compresin

Se caracterizan por tener escasa conductividad, tanto elctrica como trmica.

Propiedades

Son frgiles, tiene escasa resistencia al impacto

Bajo peso, alta resistencia al calor, a la corrosin y al desgaste Propiedades aislantes

Ejemplo: xidos, nitruros, carburos, minerales de arcilla, cemento, vidrio

Materiales cermicos

Polmeros

Materia prima de los polmeros Sustancias naturales

Petrleo Carbn mineral

CelulosaGas natural

Caucho

C H N OCl

S

Polmeros

Tabla peridica donde se indican los elementos asociados a los principales polmeros comerciales

CaractersticasPolmeros

Baja densidad y

extraordinaria flexibilidad

Alta resistencia elctrica

y trmica

Tienen buena relacin

resistencia peso

Muy buena resistencia a las

sustancias corrosivas.

Polmeros

La polimerizacin se

produce cuando las

molculas pequeas

llamadas monmeros,

se combinan para

producir molculas

ms largas (polmeros)

Termoplsticos

Termoestables

Elastmeros

Segn sus aplicacin y su comportamiento a temperatura, se

clasifican en:

Polmeros termoplsticos

Los plsticos termoplsticos se obtienen de compuestos derivados del petrleo, estos materiales se ablandan cuando se calientan y se pueden moldear, dndoles nuevas formas que se mantienen al enfriarse.

Polmeros termoestables

Los plsticos termoestables proceden de descompuestos derivados del petrleo. Al someterlos al calor, se vuelven rgidos, por lo que solo se les puede calentar una sola vez. En general presentan una superficie dura y resistente y son ms frgiles que los termoplsticos.

Polmeros (termoplsticos

o termoestables, con

pocos enlaces cruzados)

que tienen una

deformacin elstica

mayor al 200%.

Elastmeros

Ventajas y desventajas de los polmeros frente a los metales

Ventajas

Desventajas

Livianos

Mayor resistencia a la corrosin y a los agentes qumicos

Baja resistencia mecnica

Baja resistencia al calor

Baja resistencia a la degradacin

No son reciclables

Materiales compuestos

Constan de dos o mas materiales fsicamente distintos y separables

mecnicamente (difieren en forma y composicin qumica y son

insolubles entre s)

Materiales Compuestos

Pueden fabricarse mezclando los distintos materiales de tal

forma que la dispersin de un material en el otro pueda hacerse de

manera controlada

Las propiedades son superiores, y posiblemente nicas en algn

aspecto especifico, a las propiedades de los componentes por

separado

Con los compuestos se fabrican materiales ligeros, resistentes, dctiles, con resistencia a las altas temperaturas que no pueden obtenerse de otro modo.

Tambin se pueden fabricar herramientas de corte muy resistentes al impacto que de otra manera seran quebradizas.

Para ingeniera, los materiales compuestos ms importantes son:- Plsticos reforzados con fibras- Hormign- Asfalto- Madera- Materiales compuestos de matriz metlica y matriz cermica

De qu estn hechos los autos?

La era de los nuevos materiales

Aquellos tiempos en los que el hierro y la madera eran los materiales predominantes en la construccin de un coche han pasado a la historia. Ahora hablamos del magnesio, del aluminio o de las fibras de carbono.

Materiales electrnicos o semiconductores

Los semiconductores tienen propiedades elctricas intermedias

entre los conductores y los aislantes elctricos.

No son importantes por su volumen pero s son

extremadamente importantes por su avanzada tecnologa.

La informacin hoy da se transmite por luz a travs de

sistemas de fibras pticas, los semiconductores convierten las

seales elctricas en luz y viceversa.

El ms importante de los materiales electrnicos es el silicio

puro, al que se puede modificar para cambiar sus caractersticas

elctricas. Con estos materiales se han podido crear fabricar los

circuitos integrados que han revolucionado la industria

electrnica y de ordenadores

Tabla peridica donde se indica los elementos semiconductores y los elementos que forman compuestos semiconductores (columnas III/V y II/VI)

Relacin entre estructura, propiedades y procesamiento

Procesamiento

Estructura Propiedades

ProductoFinal

resistencia mecnica ductilidad rigidez del material resistencia al impacto fatiga termofluencia desgaste

Propiedades de los materiales

Propiedades mecnicas Determinan como responde un material al aplicrsele una fuerza o

esfuerzo. Influyen en la facilidad con que puede ser conformando. Las ms comunes son:

Propiedades fsicas

Determinan como se comporta un material desde el punto de vista elctrico, magntico, ptico, trmico y elstico.

Dependen tanto de la estructura como del procesamiento de los materiales.

Propiedades qumicas

Comprenden las fuerzas de enlace (debido a la composicin) y su comportamiento ante medios agresivos (corrosividad).Pequeos cambios en la composicin pueden alterar fuertemente las propiedades fsicas.

Importancia de las propiedades fsicas

Instrumentos pticos

Conductores

Aislantes

Almacenamientode datos

Estructura cristalinaEstructura atmica

Estructura granular de hierro (x100) Estructura multifasica del hierro (perlita x400)

Estructura

Estructura

Estructura atmica: La distribucin de los electrones

alrededor del ncleo atmico afecta los comportamientos

elctricos, magnticos, trmicos, pticos y la resistencia a la

corrosin Tambin determina que un material sea un metal, un

cermico o un polmero.

Arreglo atmico o estructura cristalina: se refiere a la

organizacin de los tomos en el espacio e influye en las

propiedades mecnicas de los materiales como la ductilidad, la

resistencia mecnica y la resistencia al impacto .

Estructura de granos: Existe una estructura granular en la

mayora de los metales, en algunos cermicos, y ocasionalmente en

polmeros. Entre los granos, el arreglo atmico cambia su

orientacin influyendo as en las propiedades, as como el tamao y

la forma de los granos desempea una funcin primordial sobre

stas.

Fase: En la mayora de los materiales se presenta ms de una fase,

cada una de las cuales tiene su propio arreglo atmico y

propiedades. El control del tipo, tamao, distribucin y cantidad de

estas fases dentro del material, proporciona una manera adicional

de controlar las propiedades.

Estructura

Metales:

Laminado(rolado) Forjado Trefilado

Extrusin

Procesamiento

Doblado

Embutido

Estirado

Efectos ambientales en el comportamiento de los materiales

Las relaciones entre estructura - propiedades - procesamiento recibe adems la influencia del medio circundante al que est expuesto el material durante su uso

Temperatura Humedad Corrosin Radiacin Carga

Los cambios en la temperatura pueden causar alteraciones

considerables de las propiedades de los materiales, debidos

principalmente a:

Reblandecimiento (La resistencia de la mayora de los metales

disminuye conforme la temperatura aumenta)

Degradacin (Las temperaturas altas tambin pueden modificar la

estructura de las sustancias cermicas o provocar que los polmeros se

derritan o carbonicen

Transformaciones de fases

Fragilizacin (Las temperaturas muy bajas pueden causar que el

metal falle por fragilidad an cuando la carga aplicada sea baja)

Temperatura

Variacin de la resistencia con la temperatura de los materiales

Corrosin

Los metales son atacados por diversos lquidos corrosivos siendo degradados uniforme o selectivamente.

Pueden desarrollar grietas o picaduras que conducen a falla prematura.

Las sustancias cermicas son atacadas por cermicos en estado lquido.

Los polmeros pueden ser disueltos por sustancias disolventes.

Radiacin

La radiacin nuclear puede afectar la estructura interna de

todos los materiales.

Puede ocasionar prdida de resistencia, fragilidad o alteracin

crtica de las propiedades fsicas.

La dilatacin, producida por cavidades y burbujas de origen

radiactivo, pueden causar cambios en las dimensiones

externas y aun agrietamiento.

-EN MATERIALES ESTRUCTURALES:

- Cambios dimensionales

- Cambios de las propiedades mecnicas

- Cambios de composicin a nivel local

- EN MATERIALES NO ESTRUCTURALES:

- Cambios en propiedades fsica

La radiacin produce

Carga

El tipo de fuerza, o carga, que acta en el material puede cambiar radicalmente su comportamiento.

Se debe disear los componentes de forma tal que la carga en el material no sea suficiente para causar su deformacin permanente

El esfuerzo a la fluencia (limite elstico) es la propiedad ms crtica y suele ser una de las propiedades ms importantes para el diseo.

Un material con alto esfuerzo de fluencia puede fallar fcilmente si la carga es cclica (fatiga) o se aplica sbitamente (impacto).

Necesidad de materiales modernos

Es necesario desarrollar nuevos materiales con propiedades comparables y con menos impacto ambiental un fascinante reto para los ingenieros y cientficos de materiales