Conformado

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

Facultad de Ingeniería Mecánica

Laboratorio de Conformado

Tema: Materiales en Ingeniería Mecánica

Objetivos: Reseña histórica de los materiales.

Clasificación de los materiales.

Estructuras.

Propiedades.

Solicitaciones mecánicas.

Ensayos normalizados de dureza.

Marco teórico: El hombre ha usado diferentes tipos de materiales a lo largo de la historia. En la Edad de Piedra (hasta aproximadamente 3000 AC), el ser humano en forma de defensa personal utilizaba piedras duras y filosas para hacer cuchillos, flechas y lanzas; en esta era también el ser humano descubrió el barro, y al observar que este material se ablandaba con el agua y se endurecía al secar empezaron a trabajar en las primeras vasijas primitivas, sin embargo estas vasijas seguían siendo poco resistentes al agua no fue sino hasta el descubrimiento del fuego que se observó que al secar estas vasijas de arcilla al fuego durante un tiempo determinado estas se volvían resistentes al agua; esta sustancia mezclada con ciertos minerales daba como resultado la ganga que es el material con el que se realizaron las primeras casas en el África. Pasando esta Era tenemos la Edad del Bronce (5000 a 1500 A.C); el hombre descubrió que el bronce puede ser suavizado al fuego y se puede endurecer al ser sometido al martilleo. Poco a poco el cobre reemplazo a la piedra por tener mayor dureza y se convirtió en el material más usado por el hombre para fabricar herramientas y objetos ceremoniales.

Cuando empezó a escasear el cobre llegamos a la Edad de Bronce (2000 al 0 A.C). el hombre se vio obligado a buscar otros minerales que le sean útiles en su vida cotidiana pero descubrió que los metales puros eran demasiado suaves para ser utilizados como armas pero las aleaciones de cobre y estaño eran resistentes y livianas. Este nuevo material, el bronce, era más fácil de fundir que el cobre y fluía más rápido dentro de los moldes además de otros beneficios. Tras el descubrimiento de las aleaciones tenemos la Edad del Hierro (1000 A.C hasta 1950 D.C); lo más destacable de esta era es la invención accidental del ¨Hierro Bueno¨ el cual era fundido en un horno de carbón luego se martillaba la pieza para compactarla y se removía el óxido producido. Lo interesante de este material es que durante su fundición los átomos de carbono entraban al interior del hierro produciéndose el Acero. Nunca se descubrió que el carbono era responsable de la existencia de este material sino hasta 1776 año en el cuál fue patentado el Acero por los Estados Unidos gracias a los estudios del Señor Peter Pauffler.

Tras la revolución industrial la metalurgia y los materiales como tal cobraron nuevos horizontes y el uso de estos facilito el transporte, la construcción y la creación de nuevas tecnologías.

Clasificación de los Materiales.

Los materiales se clasifican según sus propiedades y su estructura atómica. Son los siguientes:

Micro Estructura. (Unidad Estructural) Estructura

Metálicos (M) Celda Cristalina

Cerámicas (M O) Celda Cristalina

Polímeros y Elastómeros (caucho) Meros Polimérica

Madera Célula Celulósica

Compuestos c/u Compuesta

Estructura cristalina y Redes de Bravais.

El estudio del estado sólido es de vital importancia para la ciencia de materiales ya que la mayoría de estos son sólidos es fácil entender su estructura mediante el estudio de un modelo matemático ideado para los mismos. Sin embargo estudiar un modelo para estos es complicado ya que las partículas están agrupadas en cantidades muy grandes (número de Avogadro), y estudiar un sistema con tantas partículas resulta imposible hoy en día.

Bravais estableció que las partículas deberían estar establecidas en redes cristalinas las cuales estaban definidas por vectores en direcciones definidas que forman celdas o mallas. En esta red todos los puntos son equivalentes y poseen cierta simetría

En las redes espaciales se distinguen 7 sistemas cristalinos formando 14 celdas unitarias que son:

Sistema Ejes Ángulos entre los ejes

Cúbico a = b = c α = β = γ = 90

Tetragonal a = b ≠ c α = β = γ = 90

Ortorrómbico a ≠ b ≠ c ≠ a α = β = γ = 90

Hexagonal a = b ≠ c α = β = 90°; γ = 120

Trigonal a = b = c α = β = γ ≠ 90

Monoclínico a ≠ b ≠ c ≠ a α = γ = 90°; β ≠ 90°

Triclínico a ≠ b ≠ c ≠ a α ≠ β ≠

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