“Materiales en la Ingeniería”

Introducción.

En el presente trabajo quiero dar una breve introducción a la primera unidad llamada “Materiales en la Ingeniería”, la cual su contenido es:

*Metales

*Cerámicas y Vidrios

*Polímeros

*Compuestos

*Semiconductores

Todos los ingenieros tienen que ver con materiales, de manera cotidiana, en manifactura y procesamientos, y en el diseño y construcción de componentes o de estructuras. Deben seleccionar y utilizar materiales y analizar las fallas de los mismos.

Deben tomarse una diversidad de decisiones importantes al seleccionar los materiales a incorporar en un diseño, incluyendo si los materiales pueden ser transformados de manera consiente en un producto, con las tolerancias dimensionales correctas y si pueden mantener la forma correcta durante el uso. También, si las propiedades requeridas se pueden conseguir y mantener durante el uso; si el material es compartible con otras partes de un ensamble y puede fácilmente unirse a ellas; por otro lado, considerar que pueda reciclarse fácilmente y observar si el material o su fabricación puede causar problemas ecológicos en componente útil.

La intención de este texto es ayudar al lector a concientizarse sobre los tipos de materiales disponibles, a comprender su comportamiento general y sus capacidades, y a reconocer los efectos del entorno y las condiciones de servicio sobre su desempeño ingenieril. Esta comprensión es necesaria para ser capaz de participar en el diseño de componentes, sistemas y procesos confiables y económicos que utilicen el amplio espectro de los materiales.

Objetivo

El objetivo principal con este trabajo es comenzar a familiarizarnos con las propiedades o características con las que cuentan los materiales con los que hemos de trabajar en la primera unidad.

METALES

Las propiedades de los metales se clasifican en físicas, mecánicas y tecnológicas.

Las propiedades físicas dependen del tipo de aleación y las más importantes son:

•Peso específico

•Calor específico

•Dilatación térmica

•Temperatura defusión y solidificación

•Conductividad térmica y eléctrica

• Resistencia al ataque químico

Peso específico.

El peso específico puede ser absoluto o relativo: el primero es el peso de la unidad de volumen de un cuerpo homogéneo. El peso específico relativo es la relación entre el peso de un cuerpo y el peso de igual volumen de una sustancia tomada como referencia; para los sólidos y líquidos se toma como referencia el agua destilada a 4°C.

Calor específico.

Es la cantidad de calor necesaria para elevar en 1°C la temperatura de 1 kg de determinada sustancia. El calor específico varía con la temperatura. En la práctica se considera el calor específico medio en un intervalo de temperaturas.

Punto de fusión.

Es la temperatura a la cual un material pasa del estado sólido al líquido, transformación que se produce con absorción de calor.

El punto de solidificación

Es la temperatura a la cual un líquido pasa al estado sólido, durante la transformación hay cesión de calor. Casi siempre coinciden los puntos de fusión y de solidificación.

Calor latente de fusión.

Es el calor necesario para vencer las fuerzas moleculares del material ( a la temperatura de fusión) y transformarlo de sólido en líquido.

Resistencia ala corrosión.

Lacorrosión de los metales puede originarse por:

• Reacciones químicas con los agentes corrosivos

• Reacciones electroquímicas producidas por corrientes electrolíticas generadas en elementos galvánicos formados en la superficie con distinto potencial. Las corrientes electrolíticas se producen con desplazamiento de iones metálicos.

La corrosión electrolítica puede producirse por:

• Heterogeneidad de la estructura cristalina

• Tensiones internas producidas por deformación en frío o tratamientos térmicos mal efectuados.

• Diferencia en la ventilación externa

La protección de los metales contra la corrosión puede hacerse por:

• Adición de elementos especiales que favorecen la resistencia a la corrosión.

• Revestimientos metálicos resistentes a la corrosión

• Revestimientos con láminas de resinas sintéticas o polímeros.

PROPIEDADES FISICAS

Mecánicas

Son aquellas que expresan el comportamiento de los metales frente a esfuerzos o cargas que tienden a alterar su forma.

Resistencia: Capacidad de soportar una carga externa si el metal debe soportarla sin romperse se denomina carga de rotura y puede producirse por tracción, por compresión, por torsión o por cizallamiento, habrá una resistencia a la rotura (kg/mm²) para cada uno de estos esfuerzos.

Dureza: Propiedad que expresa el grado de deformación permanente que sufre un metal bajo la acción directa de una carga determinada. Los ensayos más importantes para designar la dureza de los metales, son los de penetración, en que se aplica un penetrador (de bola, cono o diamante) sobre la superficie del metal, con una presión y un tiempo determinados, a fin de dejar una huella que depende de de la dureza del metal, los métodos más utilizados son los de Brinell, Rockwell y Vickers.

Elasticidad:

Capacidad de un material elástico para recobrar su forma al cesar la carga que lo ha deformado. Se llama límite elástico a la carga máxima que puede soportar un metal sin sufrir una deformación permanente. Su determinación tiene gran importancia en el diseño de toda clase de elementos mecánicos, ya que se debe tener en cuenta que las piezas deben trabajar siempre por debajo del límite elástico, se expresa en Kg/mm².

Plasticidad:

Capacidad de deformación permanente de un metal sin que llegue a romperse.

Tenacidad:

Resistencia a la rotura por esfuerzos de impacto que deforman el metal. La tenacidad requiere la existencia de resistencia y plasticidad.

Fragilidad:

Propiedad que expresa falta de plasticidad, y por tanto, de tenacidad. Los materiales frágiles se rompen en el límite elástico, es decir su rotura se produce espontáneamente al rebasar la carga correspondiente al límite elástico.

Resiliencia:

Resistencia de un metal a su rotura por choque, se determina en el ensayo Charpy.

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