Materiales modulo i

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALESTECNOLOGIA DE LOS MATERIALES

Es todo lo que nos rodea, incluidos nosotros mismos, está formado por un componente común: la materia. Normalmente, para referimos a los objetos usamos términos como materia, masa, peso, volumen.

Materia es todo lo que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio.

Masa es la cantidad de materia que tiene un cuerpo; Volumen es el espacio ocupado por la masa Cuerpo es una porción limitada de materia

ESTADOS DE LA MATERIAESTADOS DE LA MATERIA

MATERIALESMATERIALES Son sustancias que componen cualquier cosa o producto. En ciencia, un material es cualquier conglomerado de

materia o masa. En ingenieria, un material es una sustancia (elemento o comunmente compuesto quimico) con alguna propiedad util, sea mecanica, optica, termica o magnetica.

Las propiedades de los materiales son consecuencia de su estructura. Desde el punto de vista estructural hay dos tipos de materiales, los cristalinos y los no cristalinos.

MATERIALESMATERIALES

Cualquier desarrollo en materiales requiere un estudio de tres factores que se encuentran íntimamente relacionados uno con otro. Ellos son:

las propiedades la estructura cristalina y las interacciones.

PROPIEDADESPROPIEDADES1. P. FISICAS

– Extensión – Impenetrabilidad– Peso específico – Calor específico– Calor latente de fusión– Conductividad Calorífica ó Térmica– Punto de fusión– Punto de solidificación– Dilatación Térmica– Conductividad Eléctrica

PROPIEDADESPROPIEDADES

2. P. QUIMICAS

OxidaciónCorrosión

PROPIEDADESPROPIEDADES2. P. MECANICAS

ResistenciaDurezaElasticidadPlasticidadTenacidadFragilidadResilienciaFluenciaFatiga

PropiedadesDureza La dureza es la propiedad

que expresa el grado de deformación permanente que sufre un metal bajo la acción directa de una carga determinada. Es una importante, porque al cambiar la dureza del acero se afectan todas las otras propiedades, especialmente la resistencia a la indentación y al desgaste.

PropiedadesMedición de Dureza

RockwellRc

Brinell

65 73960 65455 56050 48145 42140 37135 32730 28625 253

PropiedadesFragilidad

En términos metalúrgicos, fragilidad significa que un metal se rompe o quiebra fácilmente. La fragilidad ocurre cuando una pieza de metal es muy dura. A medida que incrementa la dureza lo hace también la fragilidad. Hay una fina línea entre obtener máxima dureza sin hacer las piezas frágiles.

PropiedadesTenacidad

Propiedad que expresa la resistencia a la rotura por esfuerzos de impacto que deforman el metal. La tenacidad requiere la existencia de resistencia y plasticidad.Una pieza que es muy blanda no se considera tenaz por que se deforma fácilmente.

PropiedadesDuctilidad

Es la capacidad del metal para dejarse deformar o trabajar en frío. Un metal dúctil puede tolerar considerable estiramiento o retorcimiento sin romperse.

PropiedadesDuctilidad

PropiedadesResistencia Elástica

PropiedadesResistencia a la Tensión

PropiedadesResistencia a la Fatiga

Resistencia a la fatiga es la capacidad de un metal para soportar repetidas cargas cíclicas sin romperse.

PROPIEDADESPROPIEDADES2. P. TECNOLOGICAS

MaquinabilidadDuctilidadMaleabilidadTemplabilidadFusibilidadColabilidadForjabilidadSoldabilidadAcritud

MATERIALESMATERIALES

Clasificación:1. METALES2. CERÁMICOS3. POLÍMEROS4. LOS SEMICONDUCTORES5. MATERIALES COMPUESTOS

MATERIALES CERAMICOSMATERIALES CERAMICOS Son materiales inorgánicos constituidos por elementos

metálicos y no metálicos cohesionados químicamente Los materiales cerámicos pueden ser cristalinos, no

cristalinos o mezcla de ambos. Algunas de sus propiedades características son: Tienen baja conductividad eléctrica y térmica y son usados a menudo como aislantes. Generalmente son materiales ligeros, extremadamente duros y rígidos, poseen buena resistencia al calor y a los agentes corrosivos. Su defecto principal es su débil resistencia mecánica y su fragilidad

MATERIALES POLIMEROSMATERIALES POLIMEROS El término polímero se deriva del griego “poli” Muchos y

“Mero” Unidad. Los polímeros son sustancias orgánicas que se componen de numerosas unidades denominadas monómeros que forman grandes cadenas moleculares (macromoléculas). La mayor parte de los polímeros usados en ingeniería se basan en los hidrocarburos, que son moléculas formadas fundamentalmente a partir de átomos de hidrógeno y carbono dispuestos en formas estructurales.

MATERIALES POLIMEROSMATERIALES POLIMEROSAlgunas características de los polímeros son: Menos densos que los metales o los cerámicos Resistentes a las condiciones atmosféricas y otras

muchas formas de corrosión Algunos muestran buena compatibilidad con el tejido

humano y esto unido a la buena resistencia a la corrosión los hace buenos candidatos para implantes

Exhiben excelente resistencia a la conducción de la corriente eléctrica. Esto los hace importantes alternativas en la fabricación de dispositivos eléctricos y electrónicos.

NATERIALES SEMICONDUCTORESNATERIALES SEMICONDUCTORES Son muy frágiles. El silicio y el germanio son los únicos elementos

que tienen aplicaciones prácticas como semiconductores. Sin embargo, gran variedad de compuestos cerámicos e intermetálicos presentan este mismo efecto.

MATERIALES METALICOSMATERIALES METALICOS Son aquellos que están compuestos básicamente por uno

o más metales, aunque pueden contener otros componentes.

METALES: Son sustancias inorgánicas, formadas por una misma clase de átomos, y que además tienen la propiedad de mezclarse o disolverse unos con otros en estado sólido y de este modo, se obtienen aleaciones metálicas entre las que sobresalen los aceros.

METALESMETALES

Los metales se dividen en: Metales y aleaciones férreas: Contienen un alto

contenido de Fierro. Ej: acero Metales y aleaciones no férreas: Carecen de

Fierro o solo contienen cantidades muy pequeñas. Ej: Aluminio, Cobre, Cinc, Titanio, Níquel, latón

METALESMETALESLos metales poseen un conjunto de propiedades llamadas

metálicas. Los metales poseen las siguientes propiedades:

Buena conductividad térmica y eléctrica Brillo característico llamado metálico Muy poco reactivo con el hidrógeno Se combina con el oxígeno para formar los óxidos Son dúctiles o deformables Son sólidos a temperatura normal excepto el mercurio

que es líquido.

METALESMETALES Metales nativos: Aquellos que pueden encontrarse libres,

sin combinar, en la naturaleza. Ejemplo: Oro, Plata, Platino, Mercurio, Cobre y el Hierro.

Obtención de los materiales metálicos 1. La minería se encarga de la extracción de los minerales

metálicos o menas. 2. Luego es necesario una serie de procesos físicos y

químicos para poder obtener metales en forma libre. 3. La metalurgia es la ciencia que se ocupa del estudio de

las propiedades, las aplicaciones y los procesos de obtención y elaboración de los materiales metálicos.

METALESMETALES

ESTRUCTURA DE METALESESTRUCTURA DE METALES

ESTRUCTURA DE LOS METALESLos metales son sustancias cristalinas cuando se encuentran en forma de sólido. Los cristales en estos materiales (metales) se conocen por lo general como granos.

ESTRUCTURA CRISTALINAESTRUCTURA CRISTALINA

Estos se clasifican 1. CRISTALINOS

La Estructura CristalinaLa Estructura Cristalina

2. AMORFOS:

SISTEMAS CRISTALINOS (Redes de Bravais)SISTEMAS CRISTALINOS (Redes de Bravais)

SISTEMAS CRISTALINOS (Redes de Bravais)SISTEMAS CRISTALINOS (Redes de Bravais)

ESTRUCTURA CRISTALINA DE METALESESTRUCTURA CRISTALINA DE METALES

1. Cúbica Simple (CS):

2. Cúbica de Cuerpo Centrado (CC, BCC)


3. Cúbicas Centrado en las Caras (CCC o FCC)


4. Hexagonal Compacta (HCP)


TAMAÑO DE GRANOTAMAÑO DE GRANO

EXAMEN MICROSCÓPICO DE LOS METALESEXAMEN MICROSCÓPICO DE LOS METALES

ALEACIONESALEACIONES Es una sustancia que tiene propiedades metálicas y esta

constituido por dos o mas elementos químicos, de las cuales por los menos uno es metal.

Las aleaciones de ingeniería pueden dividirse en dos tipos: Aleaciones ferrosas tienen al hierro o fierro como su

principal metal de aleación. Aleaciones no ferrosas contienen un metal distinto del

hierro o fierro.

OBTENCION DEL ACERO

ACEROS Y FUNDICIONESACEROS Y FUNDICIONES

SEMEJANZASEMEJANZA

El acero y el hierro fundido tienen varios ingredientes comunes, pero el principal es el hierro. El carbono es el elemento que mas afecta la dureza y fortaleza. Otros elementos que afectan las propiedades del hierro fundido y del acero son manganeso, molibdeno, cromo, níquel, boro, etc. El fósforo, silicio y azufre son impurezas frecuentemente encontradas en el acero y el hierro fundido.

Estructura y ComposiciónEstructura y ComposiciónEl acero y el hierro fundido comparten una estructura común, consistente de granos que se forman cuando el metal se solidifica durante el proceso de refinado.Los granos son cristales formados al azar que forman límites donde ellos tocan los granos circundantes. Cualquier impureza que sea insoluble y permanezca después del refinado, será atrapada en los límites de los granos.

ACERO

Estructura de la Celda CristalinaEstructura de la Celda Cristalina

BCC

Estructura y ComposiciónClasificación según %C

% de Carbón Clasificación

0,008% Hierro Puro

0,008% a 0,8% Acero de Bajo Carbono

0,8% Acero de Medio Carbono

0,8% a 2% Acero de Alto Carbono

2% a 6,67% Hierro Fundido o Fundición

Tipo de Acero Número (y digito)A. Aceros al Carbono -------------------------------------- 1XXX Carbono básico - ----------------------------------------- 10XX Carbono básico: S: alta y P: bajo ---------------------- 11XX Fosforizado y Sulfurizado -------------------------------- 12XXB. Aceros al Manganeso: Mn: 1,75% -------------------- 13XXC. Aceros al Níquel ----------------------------------------- 2XXXD. Aceros al Níquel - Cromo ------------------------------- 3XXXE. Aceros al Molibdeno ------------------------------------- 4XXXF. Aceros al Cromo ------------------------------------------ 5XXXG. Aceros Cromo – Vanadio -------------------------------- 6XXXH. Aceros al Silicio – Manganeso -------------------------- 9XXX

SAE : Society for Automotive EngineersAISI : American Iron Steel Institute

Composición y EstructuraAcero bajo % C: Ferrita

Composición y EstructuraAcero Medio % C: Perlita

Composición y EstructuraAcero Alto % C

ACEROS ALEADOSACEROS ALEADOSLos elementos o agentes aleables (Al, Cr, Co, Mn, Mo, Ni, P, Si,, Ti, W, V, etc) se añaden a los aceros para muchos propósitos, entre los cuales los más importantes son:• Aumentar la templabilidad• Mejorar la resistencia a temperaturas comunes• Mejorar las propiedades mecánicas tanto a altas como a bajas

temperaturas• Mejorar la tenacidad a cualquier dureza o resistencia mínima• Aumentar la resistencia al desgaste• Aumentar la resistencia a la corrosión• Mejorar las propiedades magnéticas

HIERRO FUNDIDO O FUNDICION

BCC o CC

CLASIFICACIONEl hierro fundido esta clasificado en cuatro categorías basadas en la estructura del grafito.

1. Hierro Gris.2. Hierro Nodular3. Hierro Blanco4. Hierro Maleable.

Composición y EstructuraHierro Gris

Composición y EstructuraHierro Nodular

Composición y Estructura Hierro Blanco

Composición y EstructuraHierro Maleable

APLICACIONESAPLICACIONES

Hierro Fundido Acero FundidoPropiedades

Usado ampliamente y debajo costo.

Reduce vibración y ruido. Es de fácil maquinado. Resistente al desgaste.

Resistente a cargas dechoque.

Más fácil de soldar que losproductos de hierro fundido.

Más fuerte que el hierrofundido.

Aplicaciones Bloques de Motor Cajas de ejes

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