Introduccion a la tecnologia de los materiales

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Índice

1.- Metales:        3

1.1.- Propiedades:        3

1.2.- Métodos de endurecimiento de los metales        3

1.3.- Tratamiento térmico de aceros y hierros colados        5

1.4.- Aleaciones de los metales        6

1.5.- Ejemplos de aplicación de los metales y sus combinaciones más comunes utilizados en ingeniería eléctrica.        6

2.1.- Identifica y clasifica los polímeros        7

2.2.- Polimerización por adición y condensación, grado de polimerización        8

2.3.- Propiedades de termoplásticos comunes        8

2.4.- Relaciones estructura-propiedades en termoplásticos        8

2.5.- Efecto de la temperatura en termoplásticos        9

2.6.- Propiedades mecánicas de los termoplásticos        9

2.7.- Elastómeros (cauchos)        9

2.8.- Polímeros termoestables o termofijos        9

2.9.- Adhesivos        9

2.10.- Procesamiento y reciclaje de polímeros        9

2.11.- Ejemplos de aplicación de polímeros en ingeniería eléctrica        10

3.- Cerámicas        10

3.1.- Propiedades de los materiales cerámicos        10

3.2.- Procesamiento de polvos cerámicos        10

3.3.- características de los materiales cerámicos sintetizados        10

3.4.- Vidrios inorgánicos y cerámicos        11

4.- Materiales compuestos        13

4.1.- Compuestos endurecidos por dispersión        13

4.2.- Compuestos particulados        13

4.3.-Compuestos reforzados con fibras        13

4.4.- Proceso de manufactura de fibras y compuestos.        13

4.5.- Sistemas reforzados con fibra y sus aplicaciones en la ingeniería eléctrica        14

4.6.- Compuestos laminares en la ingeniería eléctrica.        15

Referencias        16

1.- Metales:

Los metales son elementos químicos que se caracterizan por sus propiedades físicas y químicas distintivas.

1.1.- Propiedades:

Tensión: La tensión es la reacción interna de un sólido ante la aplicación de una carga externa. Esta reacción es de igual magnitud, pero de sentido opuesto a la carga aplicada. El esfuerzo de compresión es la resultante de las tensiones o presiones internas de un sólido deformable o medio continuo. [pic 2]

Deformación: La deformación es una propiedad mecánica que describe cómo un material cambia de forma bajo la aplicación de una fuerza externa. Existen dos tipos principales de deformación en los metales:

Deformación Elástica: Es reversible y ocurre cuando un metal regresa a su forma original una vez que se retira la carga aplicada. Este tipo de deformación sigue la ley de Hooke, donde la tensión es directamente proporcional a la deformación.

Deformación Plástica: Es irreversible y ocurre cuando la fuerza aplicada supera el límite elástico del metal. En este caso, el material experimenta un cambio permanente en su estructura cristalina, y la deformación persiste incluso después de retirar la carga.

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 de penetración, que aplica un penetrador sobre la superficie del metal, con una presión y un tiempo determinados, a fin de dejar una huella que depende de la dureza del metal, los métodos más utilizados son los de Brinell, Rockwell y Vickers.

1.2.- Métodos de endurecimiento de los metales

Reducción del tamaño de grano

El método de endurecimiento de los metales por reducción de tamaño de grano, también conocido como endurecimiento por refinamiento de grano o mecanismo de Hall-Petch, se basa en la idea de que los bordes de grano actúan como barreras para el movimiento de las dislocaciones.

Al reducir el tamaño de los granos en la estructura cristalina del metal, se aumenta la cantidad de bordes de grano. Estos bordes actúan como barreras para el movimiento de las dislocaciones, lo que dificulta que estas se deslicen a través del material. La presencia de más bordes de grano significa que las dislocaciones deben detenerse y acumularse en estos límites, lo que aumenta la resistencia del metal a la deformación.

La relación entre la resistencia a la afluencia ( y el tamaño del grano  se describe mediante la ecuación de Hall-Petch:[pic 3][pic 4]

[pic 5]

Donde  es la constante del material relacionada con la resistencia de la red cristalina al movimiento, y  es el coeficiente de endurecimiento. [pic 6][pic 7]

Este método se utiliza comúnmente en la industria metalúrgica para mejorar las propiedades mecánicas de los materiales sin comprometer su ductilidad. Es especialmente útil en la fabricación de aceros y aleaciones que requieren alta resistencia y tenacidad.

Disolución sólida:

El endurecimiento por disolución sólida es un método de fortalecimiento de metales que se basa en la incorporación de átomos de un elemento soluto en la red cristalina de un metal disolvente.

Mecanismo de Endurecimiento por Disolución Sólida:

Incorporación de Átomos Solutos: Los átomos del elemento soluto se incorporan en los intersticios o sustituyen átomos del metal disolvente en la red cristalina. Esto provoca una distorsión en la red cristalina debido a las diferencias en el tamaño de los átomos.

Distorsión de la Red Cristalina: La distorsión en la red cristalina dificulta el movimiento de las dislocaciones, lo que aumenta la resistencia del material.

Efecto de Endurecimiento: La presencia de átomos solutos en la red crea tensiones internas que dificultan el deslizamiento de las dislocaciones, aumentando así la dureza y la resistencia del metal.

Algunos ejemplos son la solución sólida sustitucional que consiste en que los átomos del soluto sustituyen a los átomos del disolvente en la red cristalina, ejemplo, el carbono en el acero. O la solución sólida intersticial en la cual los átomos del soluto se colocan en los intersticios de la red cristalina, ejemplo, el nitrógeno en el acero.

Este método se utiliza en la industria metalúrgica para mejorar las propiedades mecánicas de los materiales, especialmente en aceros y aleaciones que requieren alta resistencia y tenacidad

Deformación:

El endurecimiento por deformación, también conocido como endurecimiento por trabajo en frío, es un método utilizado para aumentar la dureza y la resistencia de los metales mediante la deformación plástica. Este proceso implica someter al metal a esfuerzos mecánicos que superan su límite elástico, causando una reorganización de las dislocaciones en su estructura cristalina. Aquí tienes un resumen del método:

Proceso de Endurecimiento por Deformación

El metal se somete a esfuerzos mecánicos, como estirado, laminado, o martillado, que causan una deformación plástica. Esta deformación puede realizarse a temperaturas por debajo de la temperatura de recristalización del metal, lo que se conoce como trabajo en frío. A medida que el metal se deforma, se generan y acumulan dislocaciones en la estructura cristalina. Las dislocaciones se entrelazan y se desplazan, lo que aumenta la densidad de dislocaciones en el material. La alta densidad de dislocaciones crea barreras que dificultan el movimiento de nuevas dislocaciones. Esto incrementa la resistencia del material a la deformación adicional, aumentando así su dureza y resistencia.

Los efectos del trabajo en frio en los metales son:

• Aumento de la Dureza y la Resistencia: El metal se vuelve más duro y resistente a medida que se deforma plásticamente.
• Disminución de la Ductilidad: La capacidad del metal para deformarse plásticamente sin romperse disminuye.
• Cambios en las Propiedades Mecánicas: La estructura cristalina se vuelve más fina y desordenada, lo que mejora la resistencia a la tracción.

Algunos ejemplos en los que se aplica este método son en la producción de alambres y hojas metálicas, ya que, el laminado en frío se utiliza para fabricar alambres, hojas y bandas de metal con mayor resistencia. Mejora de Piezas Mecánicas, ya que, el trabajo en frío se emplea en la fabricación de componentes mecánicos que requieren alta resistencia y dureza, como engranajes y ejes.

Este método es ampliamente utilizado en la industria metalúrgica para mejorar las propiedades mecánicas de los metales sin necesidad de tratamientos térmicos adicionales.

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