Unidad 1 Clasificacion De Los Materiales

UNIDAD 1: CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES

INTRODUCCION.

Como todas las cosas tienen un orden y una clasificación, así también los materiales que constituyen lo que nos rodea, se clasifican de una manera sencilla, los cuales a su vez se combinan para formar otros nuevos materiales o elementos que nos favorecen al formar productos que hacen mas sencilla nuestra vida.

Por otro lado conocemos la inteligencia del hombre el cual trata de mejorar lo que ya existe en la naturaleza, creando productos más resistentes a los ya existentes.

En esta primera parte conocerás cómo se clasifican los materiales, en dónde se utilizan y algunas de sus propiedades.

Esta primera parte está enfocada en los procesos industriales, en donde se involucran algunos de los materiales, lo cual te servirá para conocer procesos industriales y para qué se utilizan.

Aprenderás acerca de los materiales puros, de los cerámicos, de los ferrosos y de los no ferrosos, también acerca de los materiales orgánicos y de los inorgánicos.

1.1 GENERALIDADES DE LOS MATERIALES

Los materiales son las sustancias que componen cualquier cosa o producto. Desde el comienzo de la civilización, los materiales junto con la energía han sido utilizados por el hombre para mejorar su nivel de vida. Como los productos están fabricados a base de materiales, estos se encuentran en cualquier parte alrededor nuestro. Los más comúnmente encontrados son madera, hormigón, ladrillo, acero, plástico, vidrio, caucho, aluminio, cobre y papel. Existen muchos mas tipos de materiales y uno solo tiene que mirar a su alrededor para darse cuenta de ello.

La manera más general de clasificación de los materiales es la siguiente:

Figura 1. Clasificación de los materiales.

MATERIALES METÁLICOS:

Metales Ferrosos: Los metales ferrosos como su nombre lo indica su principal componente es el fierro, sus principales características son su gran resistencia a la tensión y dureza. Las principales aleaciones se logran con el estaño, plata, platino, manganeso, vanadio y titanio. Los principales productos representantes de los materiales metálicos son:

• Fundición de hierro gris

• Hierro maleable

• Aceros

• Fundición de hierro blanco

Su temperatura de fusión va desde los 1360ºC hasta los 1425ªC y uno de sus principales problemas es la corrosión.

Metales no Ferrosos: Por lo regular tienen menor resistencia a la tensión y dureza que los metales ferrosos, sin embargo su resistencia a la corrosión es superior. Su costo es alto en comparación a los materiales ferrosos pero con el aumento de su demanda y las nuevas técnicas de extracción y refinamiento se han logrado abatir considerablemente los costos, con lo que su competitividad ha crecido notablemente en los últimos años. Los principales metales no ferrosos utilizados en la manufactura son:

• Aluminio

• Cobre

• Magnesio

• Níquel

• Plomo

• Titanio

• Zinc

Los metales no ferrosos son utilizados en la manufactura como elementos complementarios de los metales ferrosos, también son muy útiles como materiales puros o aleados los que por sus propiedades físicas y de ingeniería cubren determinadas exigencias o condiciones de trabajo, por ejemplo el bronce (cobre, plomo, estaño) y el latón (cobre zinc).

MATERIALES NO METÁLICOS

Materiales orgánicos: Son así considerados cuando contienen células de vegetales o animales. Estos materiales pueden usualmente disolverse en líquidos orgánicos como el alcohol o los tretracloruros, no se disuelven en el agua y no soportan altas temperaturas. Algunos de los representantes de este grupo son:

• Plásticos

• Productos del petróleo

• Madera

• Papel

• Hule

• Piel

Materiales inorgánicos: Son todos aquellos que no proceden de células animales o vegetales, o relacionados con el carbón. Por lo regular se pueden disolver en el agua y en general resisten el calor mejor que las sustancias orgánicas. Algunos de los materiales inorgánicos más utilizados en la manufactura son:

• Los minerales

• El cemento

• La cerámica

• El vidrio

• El grafito (carbón mineral)

Por conveniencia, otra clasificación que se hace de los materiales de la ingeniería es en tres grupos principales: materiales metálicos, poliméricos, y cerámicos.

Materiales metálicos. Estos materiales son sustancias inorgánicas que están compuestas de uno o más elementos metálicos, pudiendo contener también algunos elementos no metálicos, ejemplo de elementos metálicos son hierro, cobre, aluminio, níquel y titanio mientras que como elementos no metálicos podríamos mencionar al carbono.

Materiales cerámicos. Los materiales de cerámica, como los ladrillos, el vidrio la loza, los aislantes y los abrasivos, tienen escasas conductividad tanto eléctrica como térmica y aunque pueden tener buena resistencia y dureza son deficientes en ductilidad, confortabilidad y resistencia al impacto.

Materiales poliméricos. En estos se incluyen el caucho (el hule), los plásticos y muchos tipos de adhesivos. Se producen creando grandes estructuras moleculares a partir de moléculas orgánicas obtenidas del petróleo o productos agrícolas.

Metal: cobre.

Polímero.

Metal: aluminio

Cerámico: vidrio.

Figura 2. Materiales más comunes utilizados en la vida cotidiana.

1.2 MATERIALES PUROS

Los materiales sean metálicos o no metálicos, orgánicos o inorgánicos casi nunca se encuentran en el estado en el que van a ser utilizados, por lo regular estos deben ser sometidos a un conjunto de procesos para lograr las características requeridas en tareas específicas. Estos procesos han requerido del desarrollo de técnicas especiales muy elaboradas que han dado el refinamiento necesario para cumplir con requerimientos prácticos. También estos procesos aumentan notablemente el costo de los materiales, tanto que esto puede significar varias veces el costo original del material por lo que su estudio y perfeccionamiento repercutirán directamente en el costo de los materiales y los artículos que integraran.

Los procesos de manufactura implicados en la conversión de los materiales originales en materiales útiles para el hombre requieren de estudios especiales para lograr su mejor aplicación, desarrollo y disminución de costo. En la ingeniería la transformación de los materiales y sus propiedades tienen un espacio especial, ya que en casi todos los casos de ello dependerá el éxito o fracaso del uso de un material.

Figura 3. Fundición, transformación de un material.

Los metales al ser calentados pueden modificar su estado físico pasando por varias etapas, las que van desde la alteración de algunas de sus propiedades hasta el cambio de su estado sólido al líquido. El qué tan rápido o con qué tanta energía se logra un cambio de estado en un metal dependerá de los materiales que lo integran. Se debe recordar que casi nunca se utilizan metales puros. A la combinación química de dos o más metales se le llama aleación y las propiedades de las aleaciones dependen también de los metales que la integran. Algunas de las aleaciones más utilizadas en los procesos de manufactura son:

• Latón rojo o amarillo (cobre zinc)

• Bronce (cobre, estaño, zinc, plomo)

• Aluminio, cobre, magnesio, silicio y zinc

• Hierro, carbón, cobalto, tungsteno, vanadio, etc.

• Cobre, oro, plata

Existen tablas y normas internacionales que especifican la nomenclatura y los componentes específicos de cada una de las diferentes aleaciones. Las aleaciones antes señaladas son sólo algunas de las más, existen cientos más de ellas. Una de las herramientas que nos permiten conocer de manera sencilla y rápida algunas de las características de las aleaciones son los diagramas de las aleaciones. Uno de los diagramas de aleaciones más conocido y utilizado es el del Hierro y el carbono, también conocido como diagrama hierro, hierro, carbono (HHC). Con este diagrama se pueden obtener las temperaturas de cambio de sus estructuras cristalinas; también se pueden conocer las temperaturas a las que se da el cambio de fase de un hierro. En función a la cantidad de carbón que contiene el metal se puede estimar la temperatura a la que se derretirá y a la que se volverá pastoso.

Figura 4. Diagrama Hierro-Hierro-Carbono.

En el eje horizontal del diagrama de Hierro, hierro, carbono se ubica el porcentaje de carbono que puede estar diluido en el hierro y en el eje vertical se señalan las temperaturas a las que van sucediendo los cambios señalados en el cuerpo de la gráfica. Al conocer la cantidad de carbono que tiene un hierro se pueden estimar la temperatura a la que se debe elevar para que se den los diferentes cambios de estructura o de estado. Por ejemplo si se tiene un hierro con 0.4% de carbón, se deberá elevar su temperatura hasta los 723°C para que el hierro alfa y la perlita empiecen a convertirse en austenita y ferrita. Aproximadamente a los 800°C ese mismo hierro cambiará su estructura a hierro gamma, en donde su componente principal es la austenita, a los 1480°C empieza a fundirse y arriba de los 1520°C se ha fundido todo.

A

...