Download Introducción a los Materiales de Ingeniería

INTRODUCCIÓN
CIENCIA DE LOS MATERIALES
Msc. Fabio Bermejo Altamar
MATERIALES Y PROCESOS
MATERIALES
Naturales,Metales,
polímeros, cerámicos y
compuestos
PROCESOS
FORMA
Fundición, mecanizado,
unión, deformación.
Lámina, perfil, prismática,
3-D compleja
INTRODUCCION A LOS
MATERIALES Y PROCESOS
FORMA.
MATERIALES.
PROCESOS.
Ciclo de vida de los materiales
Materiales básicos
Materia Prima
Minerales
Carbón, Arena
Madera, Petróleo
Plantas, Rocas
Materiales de ingeniería
Extraer, refinar,
procesar 4
3
Metales
Químicos
Papel
Cemento
Fibras
Síntesis y
Proceso 6
5
Minería: Extracción-Molienda 2
Aleaciones
Cerámicos
Monocristales
Compuestos
Plásticos
7
Reciclaje
Manufactura
12
Petróleo
8
Madera
Minerales
La Tierra
Descomposición
1
13
Desperdicios
11
Desempeño
Servicio
Uso 10
Productos
9
Bienes: de consumo y
de capital.
Industrias manufactureras: son empresas que producen o abastecen
bienes y servicios, pueden clasificarse como primarias, secundarias y
terciarias.
CLASIFICACION BASICA DE LOS
MATERIALES
*Con base a uno o más criterios
METALES
POLIMEROS
MATERIALES
ELECTRONICOS
CERAMICOS
MATERIALES
COMPUESTOS
ESTRUCTURA JERARQUICA PARA LA CLASIFICACION
DE LOS MATERIALES DE INGENIERIA
REINO
MATERIALES
FAMILIA
CERAMICOS
POLIMEROS
METALES
NATURALES
ESPUMAS
COMPUESTOS
ELECTRONICOS
CLASES
MIEMBROS
Aleaciones Fe
Aleaciones Cu
Aleaciones Ni
Aleaciones Al
Aleaciones Zn
Aleaciones Pb
Superaleaciones
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
ATRIBUTOS
Densidad
Prop. Mecánicas
Prop. Eléctricas
Prop. Ópticas
Prop. Térmicas
Prop. Deteriorativas
Informac. De soporte
Específico
General
LOS CINCO GRUPOS DE MATERIALES
• MATERIALES METALICOS:
•
•
•
•
Están conformados por enlaces metálicos.
Tienen una estructura cristalina.
Se clasifican en ferrosos y No ferrosos.
Generalmente tienen como característica una
buena conductividad eléctrica y térmica.
LOS CINCO GRUPOS DE MATERIALES
• MATERIALES POLIMERICOS
• Son moléculas de cadena larga formadas por
muchos monómeros unidos entre si.
• Están conformados por enlaces covalentes.
• Poseen una estructura amorfa.
• Se clasifican en: termoplásticos, termoestables y
elastómeros.
• Son buenos aislantes térmicos y eléctricos.
LOS CINCO GRUPOS DE MATERIALES
• MATERIALES CERAMICOS:
• Son compuestos químicos o soluciones complejas
que contienen elementos metálicos y no metálicos.
• Casi siempre son más estables químicamente que
los metales.
• Poseen enlaces iónicos y covalentes.
• Tienen una dureza muy alta pero poca tenacidad.
• La mayoría son buenos aislantes térmicos y
eléctricos.
LOS CINCO GRUPOS DE MATERIALES
• MATERIALES COMPUESTOS
• Son combinaciones de materiales individuales,
como plásticos con metales, cerámicos con
metales, cerámicos con polímeros.
• Ejemplo: plástico reforzado con fibra de vidrio.
• Son de muchos tipos pero predominan los
fibrosos y los particulados.
LOS CINCO GRUPOS DE MATERIALES
• MATERIALES ELECTRONICOS:
• Son importantes en el desarrollo de equipos
electrónicos por su avanzada tecnología.
• El silicio, el germanio y el estaño son ejemplos de
materiales electrónicos, estos no son ni buenos
conductores eléctricos ni buenos aislantes eléctricos.
• Los chips de silicio han impulsado la microelectrónica
y esta a su vez el desarrollo computacional.
AEROESPACIAL
BIOMEDICOS
ELECTRONICOS
MAGNETICOS
CLASIFICACION FUNCIONAL
FOTONICOS
INTELIGENTES
NANOMATERIALES
ESTRUCTURAS
CLASIFICACION FUNCIONAL DE LOS
MATERIALES
AEROESPACIAL: TRANSBORDADORES, SATELITES,
ESTACIONES ESPACIALES, VEHICULOS NO TRIPULADOS,
TELESCOPIOS, etc.
CLASIFICACION FUNCIONAL DE LOS
MATERIALES
BIOMEDICOS: PROTESIS, IMPLANTES, EQUIPOS MEDICOS etc.
CLASIFICACION FUNCIONAL DE LOS
MATERIALES
ELECTRONICOS: CHIPS, MICROPROCESADORES, ROBOTS,
ETC.
CLASIFICACION FUNCIONAL DE LOS
MATERIALES
MAGNETICOS: UNIDADES DE ALMACENAMIENTO DE
INFORMACION, INSTRUMENTOS, ETC.
CLASIFICACION FUNCIONAL DE LOS
MATERIALES
FOTONICOS Y OPTICOS: PANTALLAS DE CRISTAL LIQUIDO,
CLASIFICACION FUNCIONAL DE LOS
MATERIALES
INTELIGENTES: RESPONDEN A UN ESTIMULO EXTERNO
CON MEMORIA DE FORMA
CLASIFICACION FUNCIONAL DE LOS
MATERIALES
NANOMATERIALES:
CLASIFICACION FUNCIONAL DE LOS
MATERIALES
ESTRUCTURALES: EDIFICIOS, PUENTES, ESTRUCTURAS.
AEROESPACIAL
FERROVIARIA
MARITIMA
AUTOMOTRIZ
TRANSPORTE
PRODUCTOS
APLICACIÓN TECNOLOGIA
CONSTRUCCIÓN
ARMAMENTARIA
TELECOMUNICACIONES
BIOINGENIERIA
TECNOLOGIA ESPACIAL
TRANSBORDADORES, SATELITES,
ESTACIONES ESPACIALES,
VEHICULOS NO TRIPULADOS,
TELESCOPIOS, etc.
TECNOLOGIA FERROVIARRIA
TRENES ELECTRICOS,
MAGNETICOS, MECANICOS
TECNOLOGIA AUTOMOTRIZ
CARROS, MOTOS,
CAMIONES, ETC
TECNOLOGIA MARITIMA Y FLUVIAL
BARCOS, BUQUES, SUBMARINOS,
AERODESLIZADORES, VOTES, YATES, ETC.
TECNOLOGIA CONSTRUCCIÓN
EDIFICIOS, PUENTES, ESTRUCTURAS, ETC.
TECNOLOGIA
ARMAMENTARIA
MISILES, ARMAS,
BOMBAS, TANQUES,
AVIONES DE GUERRA,
HELICOPTEROS, ETC.
TECNOLOGIA TELECOMINUCACIONES Y
ENTRETENIMIENTO
CELULARES, COMPUTADORES,
TELEVISORES, IPOD, EQUIPOS ESTEREO
TECNOLOGIA DE PRODUCTOS
HERRAMIENTAS, UTENCILIOS,
ELECTRODOMESTICOS.
TECNOLOGIA DE BIOINGENIERIA
PROTESIS, IMPLANTES, EQUIPOS MEDICOS.
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
¿Cuáles son los principios básicos que gobiernan
las propiedades de todos los materiales?
El de más valor para los ingenieros y científicos es
que:
“Las propiedades de un material se originan
en las estructuras internas”
CLASIFICACION DE LAS
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Propiedades de los materiales
Químicas
Metales
Plásticos
Composición.
Resistencia a la
Corrosión.
Inclusiones.
Electronegativi
dad.
Resistencia a la
oxidación.
Físicas
Térmicas
Magnéticas
Eléctricas
Ópticas
Acústicas
Gravimétricas
Color
Composición
Cristalinidad
Peso molecular
Inflamabilidad
Configuración espacial
Resistencia química
Mecánicas
Tenacidad
Ductilidad
Fatiga
Dureza
R a Termofluencia
R. Al corte
R. tensil
R. compresiva
Tenacidad
Distorsión con
calor
R. tensil
R. compresiva
Dimensional
Formas disponibles
Tamaños disponibles
Textura superficial
Tolerancias de
manufactura
Estabilidad
Tamaños
disponibles
Tolerancias de
manufactura
PROPIEDADES MECANICAS DE LOS
MATERIALES
Algunas propiedades mecánicas:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Dureza
Elasticidad
Plasticidad
Tenacidad
Ductilidad
Resistencia
Velocidad de termofluencia
Tenacidad a la fractura.
Límite de fatiga
SELECCION DE LOS MATERIALES
No se pueden seleccionar los materiales con
base en una sola propiedad.
Suelen existir múltiples soluciones “correctas”
de un problema de selección de materiales. Por
esto es preciso investigar varias soluciones
alternas antes de llegar a la solución definitiva.
Además los materiales que se seleccionen deben
funcionar juntos como un sistema sin degradar
las propiedades de los demás materiales.
Existen software que ayudan al ingeniero a
realizar la selección adecuada de materiales.
SELECCION DE LOS MATERIALES
¿SOBRE QUE BASE DEBE HACERSE LA SELECCIÓN DEL MATERIAL?
Al hacer su selección el diseñador debe tener en
cuenta criterios técnicos y económicos:
ALGUNOS CRITERIOS TÉCNICOS:
Las propiedades.
La trabajabilidad.
Los requisitos de ensamble.
Los requisitos de producción.
Las técnicas de tratamientos térmicos.
EFECTOS AMBIENTALES SOBRE EL
DESEMPEÑO DE LOS MATERIALES
1. Las temperaturas
© 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning™
EFECTOS AMBIENTALES SOBRE EL
DESEMPEÑO DE LOS MATERIALES
2. Los ambientes (atmósferas corrosivas)
Atmósferas rurales
Atmósferas marinas
Atmósferas
Especificas
Atmósferas industriales
Atmósferas mixtas
EFECTOS AMBIENTALES SOBRE EL
DESEMPEÑO DE LOS MATERIALES
3. Los Esfuerzos
EFECTOS AMBIENTALES SOBRE EL
DESEMPEÑO DE LOS MATERIALES
4. Radiaciones electromagnéticas y rayos UV
¿CUAL ES EL MEJOR MATERIAL A
ELEGIR?
Estas exigencias pueden clasificarse en tres
grandes grupos:
Científico-tecnológicas. Rendimiento, fiabilidad y
conservación.
Económicas. Costo del material, cantidad,
proceso.
Socio-ecológica. Costos asociados a la protección
del medio ambiente o a la prevención de riegos, de
todo tipo, inherentes al material.