Ingenieria De Materiales 1 Primera Parte

INGENIERÍA DE MATERIALES I

Materiales de Ingeniería

Agradecimiento

Un agradecimiento especial a todos los autores de las obras de Ciencia e Ingeniería de Materiales, de las cuales se ha compilado esta información.

INGENIERÍA DE MATERIALES I

Compilado y Adaptado por:

Segundo Manuel Espín Lagos

INGENIERO MECÁNICO (ESPOCH)

MAGISTER EN DISEÑO MECÁNICO (UTA)

Índice

CAPÍTULO I

1. Introducción………………………………… 1

1.1 Clasificación de los materiales………………. 3

1.1.1 Metales…………………………………….. 3

1.1.2 Cerámicos y Vidrios……………………….. 3

1.1.3 Polímeros…………………………………... 4

1.1.4 Compuestos……………………………… 5

1.1.5 Conductores..………………………………. 5

1.1.6 Semiconductores………………………… 5

1.1.7 Aislantes…………………………………… 5

1.1.8 Magnéticos………………………………… 6

1.1.9 No magnéticos……………………………... 6

1.2 El hierro puro………………………………… 6

1.2.1 Estructuras cristalinas en el hierro puro……. 7

1.3 Curva de enfriamiento del hierro puro………. 8

1.4. Diagrama hierro - carbono…………………. 9

1.5 Clasificación de los aceros y fundiciones……. 16

1.6 Clasificación de las fundiciones…………… 19

1.7 Aceros aleados……………………………….. 25

1.8 Metales no ferrosos………………………….. 43

1.9 Cerámicos y vidrios…………………………. 54

1.10 Polímeros (plásticos)……………………….. 70

1.11 Materiales compuestos…………………… 83

1.12 Materiales conductores…………………… 93

1.13 Materiales semiconductores……………… 93

CAPITULO II

2 Estructura atómica y enlaces…………………... 94

2.1 Introducción………………………………….. 94

2.2 Estructura de los átomo……………………… 94

2.3 Números atómicos y masas atómicas……….. 95

2.4 Estructura electrónica………………………... 105

2.5 Tabla periódica………………………………. 111

2.6 Tipos de enlaces atómicos…………………… 113

CAPÍTULO III

3 Estructura de los sólidos cristalinos…………… 129

3.1 Introducción………………………………….. 129

3.2 Redes espaciales y celda unitaria…………… 130

3.3 Sistemas cristalinos y redes de Bravais……… 132

3.4 Estructuras cristalinas de los metales………... 133

3.5 Posiciones de los átomos en celdas unitarias cúbicas 144

3.6 Direcciones en las celdas unitarias cúbicas….. 146

3.7 Índices de Miller para planos cristalográficos en celdas unitarias cúbicas 150

3.8 Planos cristalográficos y direcciones en la estructura cristalina hexagonal compacta (HCP) 155

3.9 Cálculo de la densidad volumétrica………….. 157

3.10 Cálculo de la densidad atómica plana……… 160

3.11. Cálculo de la densidad atómica lineal……... 162

3.12 Materiales Amorfos………………………… 164

CAPITULO IV

4 Imperfecciones en sólidos……………………..

166

4.1 Introducción…………………………………

166

4.2 Solidificación de metales……………………..

166

4.3 Soluciones sólidas metálicas………………… 167

4.4 Imperfecciones cristalinas……………………

CAPITULO V

5 Difusión……………………………………….. 172

185

5.1 Introducción…………………………………. 185

5.2 Mecanismos de difusión…………………… 185

5.3 Difusión en estado estacionario…………… 187

5.4 Difusión en estado no estacionario………… 191

5.5 Endurecimiento superficial del acero por carburización con gas 197

5.6 Efecto de la temperatura en la difusión en sólidos 203

CAPÍTULO VI

6 Propiedades mecánicas de los metales…………

209

6.1 Propiedades mecánicas de los metales……….

209

6.2 Esfuerzo y Deformación……………………... 210

6.3 Deformación elástica………………………… 223

6.4 Propiedades elásticas de los materiales……… 230

6.5 Propiedades de tracción……………………… 234

6.6 Resistencia a la tracción……………………... 237

6.7 Resiliencia…………………………………… 241

6.8 Tenacidad……………………………………. 243

6.9 Dureza……………………………………… 244

6.10 Fractura…………………………………… 254

6.11 Tenacidad a la fractura…………………… 259

6.12 Ensayo de fractura por impacto…………….. 268

6.13 Técnicas de ensayo de impacto.. 269

6.14 Fatiga……………………………………….. 271

CAPÍTULO VII

7 Diagramas de fase o de equilibrio…………… 274

7.1 Introducción………………………………… 274

7.2 Diagramas de fase de sustancias puras………. 276

7.3 Regla de las fases de Gibbs………………….. 278

7.4 Sistemas de aleaciones binarias isotérmicas… 281

7.5 Regla de la palanca………………………….. 284

7.6 Sistemas de aleaciones binarias eutécticas …. 286

7.7 Sistemas de aleaciones binarias peritécticas… 291

7.8 Sistemas binarios monotécticos……………… 297

7.9 Reacciones invariantes………………………. 298

7.10 Diagramas con fase y compuestos intermed... 299

7.11 Diagramas de fase ternarios………………... 304

Prefacio

Este libro es una recopilación de información de varias obras relacionadas a la Ciencia e Ingeniería de Materiales, se lo realizó con el propósito de brindar a estudiantes de Ingeniería Mecánica y Carreras a fines, de un libro básico sobre la Ingeniería de Materiales I, en la que consta la teoría necesaria y la resolución de problemas propuestos y resueltos de los autores tales como: CALLISTER William. Jr. (2007). Materials Science and Engineering An Introduction. Seventh Edition; CALLISTER William. Jr. (1976). Introducción a la Ciencia e Ingeniería de Materiales. Editorial Reverté; SMITH William. (2006). Fundamentos de la Ciencia e

Ingeniería de Materiales. Cuarta edición. Editorial Mc. Graw Hill; ASKELAND Donald. (1998). Ciencia e

Ingeniería de los Materiales. Tercera Edición. Editorial International Thomson.

Reconocimientos

Quiero hacer un profundo reconocimiento a todos los autores de las obras de Ciencia e Ingeniería de Materiales, que son la base fundamental para el estudio de los Materiales de Ingeniería, y que aportaron grandemente para el desarrollo de la presente obra, reconociendo que en su mayoría es una compilación de estos autores tales como: CALLISTER William. Jr.

(2007). Materials Science and Engineering An Introduction. Seventh Edition; CALLISTER William. Jr. (1976). Introducción a la Ciencia e Ingeniería de Materiales. Editorial Reverté; SMITH William. (2006). Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales. Cuarta edición. Editorial Mc. Graw Hill; ASKELAND Donald. (1998). Ciencia e Ingeniería de los Materiales.

Tercera Edición. Editorial International Thomson.

CAPÍTULO I

MATERIALES DE INGENIERÍA

1. INTRODUCCIÓN.

Nuestra vida cotidiana está influenciada en menor o mayor grado por los materiales, como: en el transporte, vivienda, vestimenta, comunicación, recreación, comunicación, alimentación y agricultura.

Históricamente los materiales han ido evolucionando desde la edad de piedra y la edad de bronce. En la época primitiva solo se tuvo acceso a materiales que encontraba en la naturaleza como: piedras, madera, arcilla, cuero, etc. Conforme avanza el tiempo el hombre ha descubierto técnicas para producir materiales con propiedades superiores, como la cerámica, polímeros, materiales compuestos y metales, ya que sus propiedades pueden ser modificadas por tratamientos térmicos o por adición de otras sustancias llamadas aleantes, hasta que en los últimos años los científicos llegaron a comprender la relación entre los elementos estructurales de los materiales y sus propiedades.

Se han desarrollada decenas de materiales con propiedades distintas, para satisfacer las necesidades de diseño de los ingenieros.

Por lo tanto la Ingeniería de Materiales se fundamenta en las relaciones propiedades-estructura,

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