Clasificación A Los Materiales

Unidad 1. Clasificación de los materiales.

1.1 Generalidades.

La responsabilidad de conocer, aplicar e investigar en materiales es de la Ingeniería de Materiales. Sin embargo interesa definir:

Ciencia de materiales. Una disciplina científica íntimamente relacionada con la investigación, que tiene por objeto el conocimiento básico de la estructura interna, propiedades y procesamiento de los materiales.

Ingeniería de materiales. Una disciplina de ingeniería que trata del conocimiento de los materiales a niveles fundamentales y aplicados, con objeto de que puedan ser convertidos en productos necesarios o deseados por una sociedad tecnológica.

La ingeniería de materiales, interviene directamente en asuntos relacionados con la duración, costo, confiabilidad, responsabilidad e impacto ambiental del producto, como parte de la selección de materiales y procesos.

La selección del material y del proceso de fabricación es una parte importante en el proceso de diseño. Por tal motivo, un proceso de diseño eficiente, debe tomar en cuenta la selección simultánea de material y proceso de fabricación, y los detalles geométricos y del tamaño de la parte. Este método se llama ingeniería concurrente, y está ganando aceptación rápidamente.

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. Debido al progreso de los programas de investigación y desarrollo, se están creando continuamente nuevos materiales.

La producción de nuevos materiales y el procesado de estos hasta convertirlos en productos acabados, constituyen una parte importante de nuestra economía actual. Los ingenieros diseñan la mayoría de los productos facturados y los procesos necesarios para su fabricación. Puesto que la producción necesita materiales, los ingenieros deben conocer de la estructura interna y propiedad de los materiales, de modo que sean capaces de seleccionar el mas adecuado para cada aplicación y también capaces de desarrollar los mejores métodos de procesado.

Los ingenieros especializados en investigación trabajan para crear nuevos materiales o para modificar las propiedades de los ya existentes. Los ingenieros de diseño usan los materiales ya existentes, los modificados o los nuevos para diseñar o crear nuevos productos y sistemas. Algunas veces el problema surge de modo inverso: los ingenieros de diseño tienen dificultades en un diseño y requieren que sea creado un nuevo material por parte de los científicos investigadores e ingenieros.

La búsqueda de nuevos materiales progresa continuamente. Por ejemplo los ingenieros mecánicos buscan materiales para altas temperaturas, de modo que los motores de reacción puedan funcionar mas eficientemente. Los ingenieros eléctricos procuran encontrar nuevos materiales para conseguir que los dispositivos electrónicos puedan operar a mayores velocidades y temperaturas.

1.2 Materiales Puros

LA OBTENCION DE LOS MATERIALES PUROS.

La mayor parte de los materiales que se encuentran en la naturaleza requieren de algún proceso para su uso, y estos dependiendo de la clase pueden ser usados en forma natural, los que dependiendo de su origen pueden tener esa calidad de pureza natural, pero finalmente la mayoría son sustancias compuestas, para obtener materiales puros, como ya se dijo es necesario establecer procesos de purificación. La pureza de los metales se debe al proceso de refinación de los mismos que utilizan las plantas metalúrgicas, los metales al igual que muchos elementos químicos en la naturaleza se encuentran acompañados de otros similares, de su grupo, de acuerdo a la tabla periódica de los elementos, para poder separarlos deben utilizarse procesos de separación y cuando estos procesos deben dar como resultado un metal casi 100%, este resulta muy costoso.

El uso de metales puros es limitado, pues son blandos o tienden a corroerse. Sin embargo, toleran una considerable cantidad de elementos en estado sólido o líquido. Así, la mayor parte de los materiales metálicos comúnmente usados son mezclas de dos o más metales elementales. Es posible realizar estas mezclas de varias maneras, pero casi siempre se obtienen por la unión de metales por arriba de su punto de fusión. Esa mezcla sólida de metales o metaloides se denomina aleación.

Los materiales se clasifican generalmente en cinco grupos: metales, cerámicos, polímeros, semiconductores y materiales compuestos. Los materiales de cada uno de estos grupos poseen estructuras y propiedades distintas.

Metales y aleaciones. Tienen como característica una buena conductividad eléctrica y térmica, alta resistencia, rigidez, ductilidad. Son particularmente útiles en aplicaciones estructurales o de carga. Las aleaciones (combinaciones de metales) conceden alguna propiedad particularmente deseable en mayor proporción o permiten una mejor combinación de propiedades.

UNA ALEACION ES UNA COMBINACION DE DOS O MAS ELEMENTOS, EN FORMA ATOMICA O MOLECULAR, QUE GENERA UN NUEVO MATERIAL CON PROPIEDADES DIFERENTES A LA DE SUS CONSTITUYENTES.

Cerámicos, vidrios y vitrocerámicas. Tienen baja conductividad eléctrica y térmica y son usados a menudo como aislantes. Son fuertes y duros, aunque frágiles y quebradizos. Nuevas técnicas de procesos consiguen que los cerámicos sean lo suficientemente resistentes a la fractura para que puedan ser utilizados en aplicaciones de carga. Se usan en sustratos que albergan chip de computadora, sensores y actuadores, capacitores, comunicaciones inalámbricas, bujías de motores, inductores y aislantes eléctricos. Dentro de este grupo de materiales se encuentran: el ladrillo, el vidrio, la porcelana, los refractarios y los abrasivos.

Polímeros. Son grandes estructuras moleculares creadas a partir de moléculas orgánicas. Tienen baja conductividad eléctrica y térmica, reducida resistencia y debe evitarse su uso a temperaturas elevadas. Los polímeros termoplásticos, en los que las cadenas moleculares no están conectadas de manera rígida, tienen buena ductibilidad y conformabilidad; en cambio, los polímeros termoestables son más resistentes, a pesar de que sus cadenas moleculares fuertemente enlazadas los hacen más frágiles. Tienen múltiples aplicaciones, entre ellas en dispositivos electrónicos, chaleco antibalas, discos compactos, cuerdas y pantallas de cristal liquido, hasta ropa y tazas de café.

Semiconductores. Su conductividad eléctrica puede controlarse para su uso en dispositivos electrónicos (transistores, diodos y circuitos integrados). Son muy frágiles. La conductividad eléctrica es intermedia entre la de los aisladores cerámicos y los conductores metálicos.

Materiales compuestos. Como su nombre lo indica, están formados a partir de dos o más materiales de distinto grupos, produciendo propiedades que no se encuentran en ninguno de los materiales de forma individual. El concreto, la madera terciada y los plásticos reforzados con fibras de vidrio son algunos ejemplos. Con materiales compuestos se pueden obtener materiales ligeros, resistentes, dúctiles, resistentes a altas temperaturas, herramientas de corte duras pero resistentes al choque. Los vehículos aéreos y aeroespaciales. Los equipos de deportivos como bicicletas, palos de golf, raquetas de tenis y otros.

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.

Las principales propiedades de los materiales incluyen densidad, presión de vapor, expansión térmica, conductividad térmica, propiedades eléctricas y magnéticas, así como las propiedades de ingeniería. En los procesos de manufactura son de gran importancia las propiedades de ingeniería, de las que destacan las siguientes: • Resistencia a la tensión • Resistencia a la compresión • Resistencia a la torsión • Ductilidad • Prueba al impacto o de durabilidad • Dureza Cada una de las propiedades antes señaladas requiere de un análisis específico y detallado, lo que se da en asignaturas como las de ciencia de materiales y resistencia de materiales. A continuación sólo se presentan algunas de sus principales características.

Resistencia a la tensión Se determina por el estirado de los dos extremos de una probeta con dimensiones perfectamente determinadas y con marcas previamente hechas. Al aplicar fuerza en los dos extremos se mide la deformación relacionándola con la fuerza aplicada hasta que la probeta rebasa su límite de deformación elástica y se deforma permanentemente o se rompe. Los resultados de las pruebas de resistencia a la tensión se plasman en series de curvas que describen el comportamiento de los materiales al ser estirados. Varias de las características de ingeniería se proporcionan con relación a la resistencia a la tensión. Así en algunas ocasiones se tienen referencias

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