UNIDAD 1 MATERIALES PARA INGENIERÍA

1. UNIDAD 1 MATERIALES PARA INGENIERÍA

2. MATERIALES PARA INGENIERÍA Material: sustancia de la que cualquier cosa está compuesta o hecha

3. Clasificación “clasica” de los materiales Materiales metálicos Buenas propiedades mecánicas, mala resistencia a la corrosión Materiales poliméricos Buena maleabilidad y deformabilidad, se degradan Materiales cerámicos Alta dureza, alta fragilidad Materiales compuestos Propiedades que dependen de los materiales mixtos utilizados

5. Otras clasificaciones de los materiales En función de sus aplicaciones Materiales para la salud Materiales para la energía Materiales para microelectrónica Materiales para aplicaciones aeronáutica En función de nueva propiedades físicas o químicas Biomateriales Materiales magnéticos Nanomateriales

6. Materiales metálicos • Sustancias inorgánicasque están compuestas de uno o más elementos metálicos (aleaciones) Tabla periódica de los elementos

7. Materiales metálicos • Buenos conductores eléctricos y térmicos • Los átomos están dispuestos de manera ordenada • Resistentes y dúctiles a temperatura ambiente (pueden ser conformados con facilidad)

8. Materiales metálicos • 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 oxidación Ej.: Acero, aluminio, magnesio, zinc, hierro fundido, titanio, cobre, níquel, etc.

9. Materiales metálicos Aceros (Fe, C, Ni, Cu..) Fundiciones (Fe, Si, C, Mn..) Metales ferrosos Metales no ferrosos Aluminio y sus aleaciones Cobre y sus aleaciones Magnesio y sus aleaciones Níquel y aleaciones base níquel Aleaciones de zinc, plomo y estaño Titanio y aleaciones de titanio etc

10. Materiales metálicos Usos

11. Materialesinorgánicos constituidos por elementos metálicos y no metálicos cohesionados químicamente Materiales cerámicos Tabla periódica de los elementos que forman compuestos cerámicos

12. Tipos de materiales cerámicos

13. Propiedades Materiales cerámicos • La mayoría de los cerámicos tienen elevada dureza y alta resistencia a la compresión • Cristalinos, no cristalinos o mezcla de ambos • Se caracterizan por tener escasa conductividad, tanto eléctrica como térmica.

14. Son frágiles, tiene escasa resistencia al impacto • Bajo peso, alta resistencia al calor, a la corrosión y al desgaste • Propiedades aislantes Ejemplo: óxidos, nitruros, carburos, minerales de arcilla, cemento, vidrio Materiales cerámicos

15. Polímeros

16. Polímeros Materia prima de los polímeros Sustancias naturales Petróleo Carbón mineral Caucho Celulosa Gas natural Cl N C H O S

17. Tabla periódica donde se indican los elementos asociados a los principales polímeros comerciales

18. Polímeros Características Alta resistencia eléctrica y térmica Baja densidad y extraordinaria flexibilidad Muy buena resistencia a las sustancias corrosivas. Tienen buena relación resistencia peso

19. Polímeros

20. La polimerización se produce cuando las moléculas pequeñas llamadas monómeros, se combinan para producir moléculas más largas (polímeros)

21. Según sus aplicación y su comportamiento a temperatura, se clasifican en: • Termoplásticos • Termoestables • Elastómeros

22. Polímeros termoplásticos Los plásticos termoplásticos se obtienen de compuestos derivados del petróleo, estos materiales se ablandan cuando se calientan y se pueden moldear, dándoles nuevas formas que se mantienen al enfriarse.

23. Polímeros termoestables Los plásticos termoestables proceden de descompuestos derivados del petróleo. Al someterlos al calor, se vuelven rígidos, por lo que solo se les puede calentar una sola vez. En general presentan una superficie dura y resistente y son más frágiles que los termoplásticos.

24. Elastómeros Polímeros (termoplásticos o termoestables, con pocos enlaces cruzados) que tienen una deformación elástica mayor al 200%.

25. Ventajas y desventajas de los polímeros frente a los metales Ventajas Desventajas • Livianos • Mayor resistencia a la corrosión y a los agentes químicos • Baja resistencia mecánica • Baja resistencia al calor • Baja resistencia a la degradación • No son reciclables

26. Materiales compuestos

27. Materiales Compuestos • Constan de dos o mas materiales físicamente distintos y separables mecánicamente (difieren en forma y composición química y son insolubles entre sí) • Pueden fabricarse mezclando los distintos materiales de tal forma que la dispersión de un material en el otro pueda hacerse de manera controlada • Las propiedades son superiores, y posiblemente únicas en algún aspecto especifico, a las propiedades de los componentes por separado

28. Con los compuestos se fabrican materiales ligeros, resistentes, dúctiles, con resistencia a las altas temperaturas que no pueden obtenerse de otro modo. • También se pueden fabricar herramientas de corte muy resistentes al impacto que de otra manera serían quebradizas.

29. Para ingeniería, los materiales compuestos más importantes son: • Plásticos reforzados con fibras • Hormigón • Asfalto • Madera • Materiales compuestos de matriz metálica y matriz cerámica

30. La era de los nuevos materiales ¿De qué están hechos los autos? Aquellos tiempos en los que el hierro y la madera eran los materiales predominantes en la construcción de un coche han pasado a la historia. Ahora hablamos del magnesio, del aluminio o de las fibras de carbono.

31. Materiales electrónicos o semiconductores • Los semiconductores tienen propiedades eléctricas intermedias entre los conductores y los aislantes eléctricos. • No son importantes por su volumen pero sí son extremadamente importantes por su avanzada tecnología. • La información hoy día se transmite por luz a través de sistemas de fibras ópticas, los semiconductores convierten las señales eléctricas en luz y viceversa. • El más importante de los materiales electrónicos es el silicio puro, al que se puede modificar para cambiar sus características eléctricas. Con estos materiales se han podido crear fabricar los circuitos integrados que han revolucionado la industria electrónica y de ordenadores

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

34. Relación entre estructura, propiedades y procesamiento Procesamiento Producto Final Propiedades Estructura

35. Propiedades de los materiales Propiedades mecánicas • Determinan como responde un material al aplicársele una fuerza o esfuerzo. • Influyen en la facilidad con que puede ser conformando. • Las más comunes son: • resistencia mecánica • ductilidad • rigidez del material • resistencia al impacto • fatiga • termofluencia • desgaste

37. Propiedades físicas Determinan como se comporta un material desde el punto de vista eléctrico, magnético, óptico, térmico y elástico. Dependen tanto de la estructura como del procesamiento de los materiales. • Propiedades químicas Comprenden las fuerzas de enlace (debido a la composición) y su comportamiento ante medios agresivos (corrosividad). Pequeños cambios en la composición pueden alterar fuertemente las propiedades físicas.

38. Aislantes Importancia de las propiedades físicas Almacenamiento de datos Instrumentos ópticos Conductores

39. Estructura Estructura cristalina Estructura atómica Estructura granular de hierro (x100) Estructura multifasica del hierro (perlita x400)

40. Estructura Estructura atómica: La distribución de los electrones alrededor del núcleo atómico afecta los comportamientos eléctricos, magnéticos, térmicos, ópticos y la resistencia a la corrosión También determina que un material sea un metal, un cerámico o un polímero. Arreglo atómico o estructura cristalina: se refiere a la organización de los átomos en el espacio e influye en las propiedades mecánicas de los materiales como la ductilidad, la resistencia mecánica y la resistencia al impacto .

41. Estructura Estructura de granos: Existe una estructura granular en la mayoría de los metales, en algunos cerámicos, y ocasionalmente en polímeros. Entre los granos, el arreglo atómico cambia su orientación influyendo así en las propiedades, así como el tamaño y la forma de los granos desempeña una función primordial sobre éstas. Fase: En la mayoría de los materiales se presenta más de una fase, cada una de las cuales tiene su propio arreglo atómico y propiedades. El control del tipo, tamaño, distribución y cantidad de estas fases dentro del material, proporciona una manera adicional de controlar las propiedades.

42. Procesamiento Metales: Laminado (rolado) Doblado Forjado Trefilado Estirado Extrusión Embutido

43. Efectos ambientales en el comportamiento de los materiales

44. Las relaciones entre estructura - propiedades - procesamiento recibe además la influencia del medio circundante al que está expuesto el material durante su uso • Temperatura • Humedad • Corrosión • Radiación • Carga

45. Temperatura Los cambios en la temperatura pueden causar alteraciones considerables de las propiedades de los materiales, debidos principalmente a: • Reblandecimiento (La resistencia de la mayoría de los metales disminuye conforme la temperatura aumenta) • Degradación (Las temperaturas altas también pueden modificar la estructura de las sustancias cerámicas o provocar que los polímeros se derritan o carbonicen • Transformaciones de fases • Fragilización (Las temperaturas muy bajas pueden causar que el metal falle por fragilidad aún cuando la carga aplicada sea baja)

46. Variación de la resistencia con la temperatura de los materiales

47. Corrosión • Los metales son atacados por diversos líquidos corrosivos siendo degradados uniforme o selectivamente. • Pueden desarrollar grietas o picaduras que conducen a falla prematura. • Las sustancias cerámicas son atacadas por cerámicos en estado líquido. • Los polímeros pueden ser disueltos por sustancias disolventes.

48. Radiación • La radiación nuclear puede afectar la estructura interna de todos los materiales. • Puede ocasionar pérdida de resistencia, fragilidad o alteración crítica de las propiedades físicas. • La dilatación, producida por cavidades y burbujas de origen radiactivo, pueden causar cambios en las dimensiones externas y aun agrietamiento.

49. La radiación produce -EN MATERIALES ESTRUCTURALES: - Cambios dimensionales - Cambios de las propiedades mecánicas - Cambios de composición a nivel local - EN MATERIALES NO ESTRUCTURALES: - Cambios en propiedades física

50. Carga • El tipo de fuerza, o carga, que actúa en el material puede cambiar radicalmente su comportamiento. • Se debe diseñar los componentes de forma tal que la carga en el material no sea suficiente para causar su deformación permanente • El esfuerzo a la fluencia (limite elástico) es la propiedad más crítica y suele ser una de las propiedades más importantes para el diseño. • Un material con alto esfuerzo de fluencia puede fallar fácilmente si la carga es cíclica (fatiga) o se aplica súbitamente (impacto).