Juan Antonio Lpez Carrera

Juan Antonio Lpez Carrera

Unidad IV Materiales en ingeniera Laingeniera de materialeses una rama de la ingeniera que se fundamenta en las relaciones propiedades-estructura y disea o proyecta la estructura de un material para conseguir un conjunto predeterminado de propiedades. Esta ingeniera est muy relacionada con la mecnica y la fabricacin.Los objetivos del Ingeniero de Materiales son dominar al mximo nivel las tcnicas avanzadas de produccin y transformacin de los materiales y ser capaz de contribuir al desarrollo de materiales nuevos y de nuevos procesos de produccin. En el mundo cambiante de las nuevas tecnologas del siglo XXI, el Ingeniero de Materiales va a ser un agente imprescindible en la seleccin de materiales para todas las reas de la ingeniera y en particular en el mundo del diseo.La Ingeniera de Materiales es un ttulo reconocido en todo el mundo y que est dedicado al diseo,fabricaciny comportamiento de todo tipo de componentes y estructuras, utilizando tanto materiales tradicionales como de nuevodiseo. Los coches, la ropa y el calzado, el equipo deportivo, los ordenadores o lasprtesisy dispositivos biomdicos se fabrican con materiales cada vez ms modernos, incluso basados en la nanotecnologa. En estos campos, como en muchos otros, un nuevo material ha sido la clave que ha permitido desarrollar nuevos productos y aplicaciones. As ha sucedido con los materiales compuestos enaeronuticay en el deporte de alta competicin.La Ingeniera de Materiales es la base de los avances tecnolgicos que han transformado nuestra sociedad, por lo que el Ingeniero de Materiales en uno de los perfiles ms demandados en todo el mundo para la investigacin, el desarrollo y la innovacin, siendo un profesional de futuro en la industria. En conjunto, la Ingeniera de Materiales es una de las nuevas ingenieras del siglo XXI que est diseada para lograr una sociedad del bienestar ms sostenible y eficiente.Aleaciones.Unaaleacines una combinacin de propiedades metlicas, que est compuesta de dos o ms elementos metlicos.Las aleaciones estn constituidas por elementos metlicos como Fe (hierro), Al (aluminio), Cu (cobre), Pb (plomo), ejemplos concretos de una amplia gama de metales que se pueden alear. El elemento aleante puede ser no metlico, como: P (fsforo), C (carbono), Si (silicio), S (azufre), As (arsnico).Mayoritariamente las aleaciones son consideradasmezclas, al no producirse enlaces estables entre los tomos de loselementosinvolucrados. Excepcionalmente, algunas aleaciones generancompuestos qumicosSe clasifican teniendo en cuenta el elemento que se halla en mayor proporcin (aleaciones frricas, aleaciones base cobre, etc.). Cuando los aleantes no tienen carcter metlico suelen hallarse en muy pequea proporcin, mientras que si nicamente se mezclan metales, los aleantes pueden aparecer en proporciones similares. Las aleaciones presentan brillo metlico y altaconductividad elctricaytrmica, aunque usualmente menor que los metales puros. Las propiedades fsicas y qumicas son, en general, similares a la de los metales, sin embargo las propiedades mecnicas tales como dureza, ductilidad, tenacidad y otras pueden ser muy diferentes, de ah el inters que despiertan estos materiales.Las aleaciones no tienen una temperatura de fusin nica, dependiendo de la concentracin, cada metal puro funde a una temperatura, coexistiendo simultneamente la fase lquida y fase slida como se puede apreciar en losdiagramas de fase. Hay ciertas concentraciones especficas de cada aleacin para las cuales la temperatura de fusin se unifica. Esa concentracin y la aleacin obtenida reciben el nombre de eutctica, y presenta un punto de fusin ms bajo que los puntos de fusin de los componentes. Preparacin Histricamente, la mayora de las aleaciones se preparaban mezclando los materiales fundidos. Ms recientemente, lapulvimetalurgiaha alcanzado gran importancia en la preparacin de aleaciones con caractersticas especiales. En este proceso, se preparan las aleaciones mezclando los materiales secos en polvo, prensndolos a alta presin y calentndolos despus a temperaturas justo por debajo de suspuntos de fusin. El resultado es una aleacin slida y homognea. Los productos hechos en serie pueden prepararse por esta tcnica abaratando mucho su costo. Entre las aleaciones que pueden obtenerse por pulvimetalurgia estn loscermets. Estas aleaciones de metal y carbono (carburos), boro (boruros), oxgeno (xidos), silicio (siliciuros) y nitrgeno (nitruros) combinan las ventajas del compuesto cermico, estabilidad y resistencia a las temperaturas elevadas y a la oxidacin, con las ventajas del metal, ductilidad y resistencia a los golpes. Otra tcnica de aleacin es la implantacin deion, que ha sido adaptada de los procesos utilizados para fabricar chips de ordenadores o computadoras. Sobre los metales colocados en una cmara de vaco, se disparan haces de iones decarbono,nitrgenoy otros elementos para producir una capa de aleacin fina y resistente sobre la superficie del metal. Bombardeando titanio con nitrgeno, por ejemplo, se puede producir una aleacin idnea para los implantes de prtesis.Laplata, el oro de 18quilates, eloro blancoy elplatinoson aleaciones de metales preciosos. La aleacin antifriccin, ellatn, elbronce,el metal Dow,la plata alemana,el bronce de torpedo, el monel, el peltre y la soldadura son aleaciones de metales menos preciosos. Debido a sus impurezas, el aluminio comercial es en realidad una aleacin. Las aleaciones de mercurio con otros metales se llaman amalgamas.Las aleaciones ms comunes utilizadas en la industria son: Acero: Es aleacin de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,008 y el 1,7% en peso de su composicin, sobrepasando el 1.7% (hasta 6.67%) pasa a ser una fundicin. Acero inoxidable: El acero inoxidable se define como una aleacin de acero con un mnimo del 10% al 12% de cromo contenido en masa Alnico: Formada principalmente de cobalto (5.24%), aluminio (8-12%) y nquel (15-26%), aunque tambin puede contener cobre (6%), en ocasiones titanio (1%) y el resto de hierro. Alpaca: Es una aleacin ternaria compuesta por zinc (8-45%), cobre (45-70%) y nquel (8-20%) Bronce: Es toda aleacin metlica de cobre y estao en la que el primero constituye su base y el segundo aparece en una proporcin del 3 al 20%. Constantn: Es una aleacin, generalmente formada por un 55% de cobre y un 45% de nquel. Cupronquel: Es una aleacin de cobre, nquel y las impurezas de la consolidacin, tales como hierro y manganeso. Cuproaluminio: Es una aleacin de cobre con aluminio. Latn: Es una aleacin de cobre con zinc. Magal: Es una aleacin de magnesio, al que se aade aluminio (8 o 9%), zinc (1%) y manganeso (0.2%). Magnam: Es una aleacin de Manganeso que se le aade Aluminio y Zinc. Nicrom: Es una aleacin compuesta de un 80% de nquel y un 20% de cromo. Nitinol: titanio y nquel. Oro blanco(electro): Es una aleacin de oro y algn otro metal blanco, como la plata, paladio, o nquel. Peltre: Es una aleacin compuesta por estao, cobre, antimonio y plomo. Plata de ley Zamak: Es una aleacin de base zinc, aluminio, magnesio y cobre.

Materiales cermicosla industria cermica es la industria ms antigua de la humanidad. Se entiende por materal cermico el producto de diversas materias primas, especialemntearcillas, que se fabrican en forma de polvo o pasta (para poder darles forma de una manera sencilla) y que al someterlo a coccin sufre procesos fsico-qumicos por los que adquiere consistencia ptrea. Dicho de otro modo ms sencillo, son materiales solidos inorgnicos no metlicos producidos mediante tratamiento trmico. Todos ellos se obtienen al hornear materiales naturales, como la arcilla o elcaoln, junto con una serie de aditivos, como colorantes, desengrasantes, etc., todo ello mezclado y cocido en un horno sucesivas veces.Comparados con los metales y plsticos son duros, no combustibles y no oxidables. Su gran dureza los hace un material ampliamente utilizado como abrasivo y como puntas cortantes de herramientas. Gran resistencia a altas temperaturas, con gran poder de aislamiento trmico y, tambin, elctrico. Gran resistencia a la corrosin y a los efectos de la erosin que causan los agentes atmosfricos. Alta resistencia a casi todos los agentes qumicos. Una caracterstica fundamental es que pueden fabricarse en formas con dimensiones determinadas Los materiales cermicos son generalmente frgiles o vidriosos. Casi siempre se fracturan ante esfuerzos de tensin y presentan poca elasticidad. Dependiendo de la naturaleza y tratamiento de las materias primas y del proceso de coccin, se distinguen dos grandes grupos de materiales cermicos: lascermicas gruesasy lascermicas finas.Materiales cermicos porosos o gruesos.No han sufrido vitrificacin, es decir, no se llega a fundir el cuarzo con la arena debido a que la temperatura del horno es baja. Su fractura (al romperse) es terrosa, siendo totalmente permeables a los gases, lquidos y grasas. Los ms importantes:Arcilla cocida:de color rojiza debido al xido de hierro de las arcillas empleadas. La temperatura de coccin es de unos 800C. A veces, la pieza se recubre con esmalte de color blanco (xido de estao) y se denomina loza estannfera. Con ella se fabrican: baldosas, ladrillos, tejas, jarrones, cazuelas, etc.Lozaitaliana:Se fabrica con arcilla entre amarilla-rojiza mezclada con arena, pudiendo recubrirse de barniz transparente. La temperatura de coccin ronda los1000C. Se emplea para fabrijar vajillas baratas, adornos, tiestos....Loza inglesa: Fabricada de arcilla arenosa a la cual se le ha eliminado el xido de hierro y se le ha aadido silex, yeso, feldespato (bajando el punto de fusin de la mezcla) y caoln para mejorar la blancura de la pasta. Se emplea para vajillay objetos de decoracin.La coccin se realiza en dos fases:-Se cuece a unos 1100C. Tras lo cual se saca del horno y se recubre con esmalte.-Se introduce de nuevo en el horno a la misma temperaturaRefractarios: Se fabrican a partir de arcillas mezcladas con xidos de aluminio, torio, berilio y circonio. La coccin se efecta entre los 1.300 y los 1.600 C, seguidos de enfriamientos muy lentos para evitar agrietamientos y tensiones internas. Se obtienen productos que pueden resistir temperaturas de hasta 3.000 C. Las aplicaciones ms usuales son: ladrillos refractarios (que deben soportar altas temperaturas en los hornos) y electrocermicas (usados en automocin, aviacin....

Materiales cermicos impermeables o finos:en los que se somenten a temperaturas suficientemente altas como para vitrificar completamente la arena de cuarzo. As, se obtienen productos impermeables y ms duros. Los ms importantes son:Gres cermicocomn:obtenido a partir de arcillas ordinarias, sometidas a temperaturas de unos 1.300 C. Es muy empleado en pavimentos y paredes.Gres cermicofino:Obtenido a partir de arcillas conteniendo xidos metlicos a las que se le aade un fundente (feldespato) para bajar el punto de fusin. Ms tarde se introducen en un horno a unos 1.300 C. Cuando esta a punto de finalizar la coccin, se impregnan los objetos de sal marina que reacciona con la arcilla formando una fina capa de silico alunminato alcalino vitrificado que confiere al gres su vidriado caracterstico. Se emplea para vajillas, azulejos...Porcelana:obtenido a partir de una arcilla muy pura, caoln, nmezclada con fundente (feldespato) y un desengrasante (cuarzo o slex). Su coccin se realiza en dos fases: una a una temperatura de entre 1.000 y 1.300 C y, tras aplicarle un esmalte otra a ms alta temperatura pudiendo llegar a los 1.800 C. Teniendo multitud de aplicaciones en el hogar (pilas de cocina, vajillas, tazas de caf, etc.) y en la industria (toberas de reactores, aislantes en transformadores, etc.).PolmerosLospolmerosse definen como macromolculas compuestas por una o varias unidades qumicas (monmeros) que se repiten a lo largo de toda una cadena.Un polmero es como si unisemos con un hilo muchas monedas perforadas por el centro, al final obtenemos una cadena de monedas, en donde las monedas seran los monmeros y la cadena con las monedas sera el polmero.La parte bsica de un polmero son los monmeros, los monmeros son las unidades qumicas que se repiten a lo largo de toda la cadena de un polmero, por ejemplo el monmero del polietileno es el etileno, el cual se repite x veces a lo largo de toda la cadena.Polietileno = etileno-etileno-etileno-etileno-etileno-

En funcin de la repeticin o variedad de los monmeros, los polmeros se clasifican en:Homopolmero - Se le denomina as al polmero que est formado por el mismo monmero a lo largo de toda su cadena, el polietileno, poliestireno o polipropileno son ejemplos de polmeros pertenecientes a esta familia.Copolmero - Se le denomina as al polmero que est formado por al menos 2 monmeros diferentes a lo largo de toda su cadena, el ABS o el SBR son ejemplos pertenecientes a esta familia.La formacin de las cadenas polimricas se producen mediante las diferentes polireacciones que pueden ocurrir entre los monneros, estas polireacciones se clasifican en: Polimerizacin Policondensacin PoliadicinEn funcin de cmo se encuentren enlazadas o unidas (enlaces qumicos o fuerzas intermoleculares) y la disposicin de las diferentes cadenas que conforma el polmero, los materiales polimricos resultantes se clasifican en:-Termoplsticos-Elastmeros-Termoestables

Materiales compuestos Enciencia de materialesreciben el nombre demateriales compuestosaquellos materiales que se forman por la unin de dos materiales para conseguir la combinacin de propiedades que no es posible obtener en los materiales originales. Estos compuestos pueden seleccionarse para lograr combinaciones poco usuales de rigidez, resistencia, peso, rendimiento a alta temperatura, resistencia a la corrosin, dureza o conductividad.1Los materiales son compuestos cuando cumplen las siguientes caractersticas: Estn formados de dos o ms componentes distinguibles fsicamente y separables mecnicamente. Presentan varias fases qumicamente distintas, completamente insolubles entre s y separadas por unainterfase. Sus propiedades mecnicas son superiores a la simple suma de las propiedades de sus componentes (sinergia). No pertenecen a los materiales compuestos, aquellos materiales polifsicos; como las aleaciones metlicas, en las que mediante un tratamiento trmico se cambian la composicin de las fases presentes.2Estos materiales nacen de la necesidad de obtener materiales que combinen las propiedades de los cermicos, los plsticos y los metales. Por ejemplo en la industria del transporte son necesarios materiales ligeros, rgidos, resistentes al impacto y que resistan bien la corrosin y el desgaste, propiedades stas que rara vez se dan juntas.A pesar de haberse obtenido materiales con unas propiedades excepcionales, las aplicaciones prcticas se ven reducidas por algunos factores que aumentan mucho su costo, como la dificultad de fabricacin o la incompatibilidad entre materiales.La gran mayora de los materiales compuestos son creados artificialmente pero algunos, como lamaderay el hueso, aparecen en la naturaleza.

Desgaste de materialesEldesgastees la prdida de masa de la superficie de un material slido por la interaccin mecnica con otro cuerpo en contacto. Es especficamente la eliminacin de material de una superficie como resultado de una accin mecnica.1La necesidad de una accin mecnica, en forma de contacto debido a un movimiento relativo, es una distincin importante entre desgaste mecnico y cualquier otro proceso con similares resultados.Tecnologa de los materiales. UNIDAD IV