Unidad 1 propiedades de los materiales
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Unidad 1 propiedades de los materiales Unidad 1 propiedades de los materiales Document Transcript

  • RPOPIEDADES DE LOS MATERIALES INGENIERIA UNDUSTRIAL Página 1
  • RPOPIEDADES DE LOS MATERIALES INGENIERIA UNDUSTRIALUNIDAD 1: CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALESINTRODUCCION.Como todas las cosas tienen un orden y una clasificación, así también losmateriales que constituyen lo que nos rodea, se clasifican de una manerasencilla, los cuales a su vez se combinan para formar otros nuevos materialeso elementos que nos favorecen al formar productos que hacen mas sencillanuestra vida.Por otro lado conocemos la inteligencia del hombre el cual trata de mejorar loque ya existe en la naturaleza, creando productos más resistentes a los yaexistentes.En esta primera parte conocerás cómo se clasifican los materiales, en dóndese utilizan y algunas de sus propiedades.Esta primera parte está enfocada en los procesos industriales, en donde seinvolucran algunos de los materiales, lo cual te servirá para conocer procesosindustriales y para qué se utilizan.Aprenderás acerca de los materiales puros, de los cerámicos, de los ferrosos yde los no ferrosos, también acerca de los materiales orgánicos y de losinorgánicos. Página 2
  • RPOPIEDADES DE LOS MATERIALES INGENIERIA UNDUSTRIAL1.1 GENERALIDADES DE LOS MATERIALESLos materiales son las sustancias que componen cualquier cosa o producto.Desde el comienzo de la civilización, los materiales junto con la energía hansido utilizados por el hombre para mejorar su nivel de vida. Como los productosestán fabricados a base de materiales, estos se encuentran en cualquier partealrededor nuestro. Los más comúnmente encontrados son madera, hormigón,ladrillo, acero, plástico, vidrio, caucho, aluminio, cobre y papel. Existen muchosmas tipos de materiales y uno solo tiene que mirar a su alrededor para darsecuenta de ello.La manera más general de clasificación de los materiales es la siguiente: FERROSOS METÁLICOS NO FERROSOS MATERIALES ORGÁNICOS NO METÁLICOS INORGÁNICOS Figura 1. Clasificación de los materiales.MATERIALES METÁLICOS:Metales Ferrosos: Los metales ferrosos como su nombre lo indica su principalcomponente es el fierro, sus principales características son su gran resistenciaa la tensión y dureza. Las principales aleaciones se logran con el estaño, plata,platino, manganeso, vanadio y titanio. Los principales productos representantesde los materiales metálicos son: Página 3
  • RPOPIEDADES DE LOS MATERIALES INGENIERIA UNDUSTRIAL• Fundición de hierro gris• Hierro maleable• Aceros• Fundición de hierro blancoSu temperatura de fusión va desde los 1360ºC hasta los 1425ªC y uno de susprincipales problemas es la corrosión.Metales no Ferrosos: Por lo regular tienen menor resistencia a la tensión ydureza que los metales ferrosos, sin embargo su resistencia a la corrosión essuperior. Su costo es alto en comparación a los materiales ferrosos pero con elaumento de su demanda y las nuevas técnicas de extracción y refinamiento sehan logrado abatir considerablemente los costos, con lo que su competitividadha crecido notablemente en los últimos años. Los principales metales noferrosos utilizados en la manufactura son:• Aluminio• Cobre• Magnesio• Níquel• Plomo• Titanio• ZincLos metales no ferrosos son utilizados en la manufactura como elementoscomplementarios de los metales ferrosos, también son muy útiles comomateriales puros o aleados los que por sus propiedades físicas y de ingenieríacubren determinadas exigencias o condiciones de trabajo, por ejemplo elbronce (cobre, plomo, estaño) y el latón (cobre zinc). Página 4
  • RPOPIEDADES DE LOS MATERIALES INGENIERIA UNDUSTRIALMATERIALES NO METÁLICOSMateriales orgánicos: Son así considerados cuando contienen células devegetales o animales. Estos materiales pueden usualmente disolverse enlíquidos orgánicos como el alcohol o los tretracloruros, no se disuelven en elagua y no soportan altas temperaturas. Algunos de los representantes de estegrupo son:• Plásticos• Productos del petróleo• Madera• Papel• Hule• PielMateriales inorgánicos:Son todos aquellos que no proceden de célulasanimales o vegetales, o relacionados con el carbón. Por lo regular se puedendisolver en el agua y en general resisten el calor mejor que las sustanciasorgánicas. Algunos de los materiales inorgánicos más utilizados en lamanufactura son:• Los minerales• El cemento• La cerámica• El vidrio• El grafito (carbón mineral)Por conveniencia, otra clasificación que se hace de los materiales de laingeniería es en tres grupos principales: materiales metálicos, poliméricos, ycerámicos.Materiales metálicos. Estos materiales son sustancias inorgánicas que estáncompuestas de uno o más elementos metálicos, pudiendo contener tambiénalgunos elementos no metálicos, ejemplo de elementos metálicos son hierro,cobre, aluminio, níquel y titanio mientras que como elementos no metálicospodríamos mencionar al carbono. Página 5
  • RPOPIEDADES DE LOS MATERIALES INGENIERIA UNDUSTRIALMateriales cerámicos. Los materiales de cerámica, como los ladrillos, el vidriola loza, los aislantes y los abrasivos, tienen escasas conductividad tantoeléctrica como térmica y aunque pueden tener buena resistencia y dureza sondeficientes en ductilidad, confortabilidad y resistencia al impacto.Materiales poliméricos. En estos se incluyen el caucho (el hule), los plásticosy muchos tipos de adhesivos. Se producen creando grandes estructurasmoleculares a partir de moléculas orgánicas obtenidas del petróleo o productosagrícolas. Metal: cobre. Polímero. Metal: aluminio Cerámico: vidrio. Figura 2. Materiales más comunes utilizados en la vida cotidiana. Página 6
  • RPOPIEDADES DE LOS MATERIALES INGENIERIA UNDUSTRIAL1.2 MATERIALES PUROSLos materiales sean metálicos o no metálicos, orgánicos o inorgánicos casinunca se encuentran en el estado en el que van a ser utilizados, por lo regularestos deben ser sometidos a un conjunto de procesos para lograr lascaracterísticas requeridas en tareas específicas. Estos procesos han requeridodel desarrollo de técnicas especiales muy elaboradas que han dado elrefinamiento necesario para cumplir con requerimientos prácticos. Tambiénestos procesos aumentan notablemente el costo de los materiales, tanto queesto puede significar varias veces el costo original del material por lo que suestudio y perfeccionamiento repercutirán directamente en el costo de losmateriales y los artículos que integraran.Los procesos de manufactura implicados en la conversión de los materialesoriginales en materiales útiles para el hombre requieren de estudios especialespara lograr su mejor aplicación, desarrollo y disminución de costo. En laingeniería la transformación de los materiales y sus propiedades tienen unespacio especial, ya que en casi todos los casos de ello dependerá el éxito ofracaso del uso de un material. Figura 3.Fundición, transformación de un material.Los metales al ser calentados pueden modificar su estado físico pasando porvarias etapas, las que van desde la alteración de algunas de sus propiedadeshasta el cambio de su estado sólido al líquido. El qué tan rápido o con qué Página 7
  • RPOPIEDADES DE LOS MATERIALES INGENIERIA UNDUSTRIALtanta energía se logra un cambio de estado en un metal dependerá de losmateriales que lo integran. Se debe recordar que casi nunca se utilizan metalespuros. A la combinación química de dos o más metales se le llama aleación ylas propiedades de las aleaciones dependen también de los metales que laintegran. Algunas de las aleaciones más utilizadas en los procesos demanufactura son:• Latón rojo o amarillo (cobre zinc)• Bronce (cobre, estaño, zinc, plomo)• Aluminio, cobre, magnesio, silicio y zinc• Hierro, carbón, cobalto, tungsteno, vanadio, etc.• Cobre, oro, plataExisten tablas y normas internacionales que especifican la nomenclatura y loscomponentes específicos de cada una de las diferentes aleaciones. Lasaleaciones antes señaladas son sólo algunas de las más, existen cientos másde ellas. Una de las herramientas que nos permiten conocer de manerasencilla y rápida algunas de las características de las aleaciones son losdiagramas de las aleaciones. Uno de los diagramas de aleaciones másconocido y utilizado es el del Hierro y el carbono, también conocido comodiagrama hierro, hierro, carbono (HHC). Con este diagrama se pueden obtenerlas temperaturas de cambio de sus estructuras cristalinas; también se puedenconocer las temperaturas a las que se da el cambio de fase de un hierro. Enfunción a la cantidad de carbón que contiene el metal se puede estimar latemperatura a la que se derretirá y a la que se volverá pastoso. Página 8
  • RPOPIEDADES DE LOS MATERIALES INGENIERIA UNDUSTRIAL Figura 4. Diagrama Hierro-Hierro-Carbono.En el eje horizontal del diagrama de Hierro, hierro, carbono se ubica elporcentaje de carbono que puede estar diluido en el hierro y en el eje verticalse señalan las temperaturas a las que van sucediendo los cambios señaladosen el cuerpo de la gráfica. Al conocer la cantidad de carbono que tiene unhierro se pueden estimar la temperatura a la que se debe elevar para que seden los diferentes cambios de estructura o de estado. Por ejemplo si se tieneun hierro con 0.4% de carbón, se deberá elevar su temperatura hasta los723°C para que el hierro alfa y la perlita empiecen a convertirse en austenita yferrita. Aproximadamente a los 800°C ese mismo hierro cambiará su estructuraa hierro gamma, en donde su componente principal es la austenita, a los1480°C empieza a fundirse y arriba de los 1520°C se ha fundido todo.A los hierros que están debajo de 0.8% de carbón se les llama hipoeutectoidesy a aquellos que tienen más de 0.8% de carbón se llaman hipoeutectoides. Elpunto eutéctico es aquel en el que se logra la máxima dilución de carbónposible en un hierro a la menor temperatura. En caso de los hierros con carbón Página 9
  • RPOPIEDADES DE LOS MATERIALES INGENIERIA UNDUSTRIALel punto eutéctico se da con 0.8% de carbón y a 723°C. Cada vez que serebasa una zona en la gráfica de HHC, se está cambiando de estructura en elhierro que se está tratando.Hierros y aceros.De acuerdo al diagrama de hierro, hierro, carbono el hierro puede aceptardeterminadas cantidades de carbón diluidas, estas cantidades nunca sonsuperiores al 4%. En los casos en los que se rebasa el 4% de carbón el hierroes de muy baja calidad.Los hierros más utilizados en los procesos de manufactura son los siguientes: Hierro dulce C < 0.01 Aceros C entre 0.1 y 0.2 % Hierro fundido C > 2.0% pero < 4.0%Algunos ejemplos de los materiales producidos con los diferentes hierros: Fierro "puro". Por lo regular es utilizado para la generación de aleaciones especiales. Hierro forjado. Lámina negra o material para la formación de objetos por medio de laminado o forja. Acero. Materiales con requerimientos especiales de resistencia a la tracción, fricción y tenacidad. Hierro fundido. Artículos sin gran calidad pero con gran dureza y muy frágiles.PROPIEDADES DE LOS METALESLas principales propiedades de los materiales incluyen densidad, presión devapor, expansión térmica, conductividad térmica, propiedades eléctricas ymagnéticas, así como las propiedades de ingeniería. En los procesos demanufactura son de gran importancia las propiedades de ingeniería, de las quedestacan las siguientes: Página 10
  • RPOPIEDADES DE LOS MATERIALES INGENIERIA UNDUSTRIAL• Resistencia a la tensión• Resistencia a la compresión• Resistencia a la torsión• Ductilidad• Prueba al impacto o de durabilidad• DurezaCada una de las propiedades antes señaladas requiere de un análisisespecífico y detallado, lo que se da en asignaturas como las de ciencia demateriales y resistencia de materiales.1.3 ALEACIONES FERROSAS Y NO FERROSASLas aleaciones de ingeniería pueden dividirse en dos tipos: ferrosas y noferrosas.Las aleaciones ferrosas tienen al hierro como su principal metal de aleación,mientras que las aleaciones no ferrosas tienen un metal distinto del hierro. Losaceros que son aleaciones ferrosas, son las más importantes principalmentepor su costo relativamente bajo y la variedad de aplicaciones por suspropiedades mecánicas. Las propiedades mecánicas de los aceros al carbonopueden variar considerablemente por trabajo en frío y recocido. Cuando elcontenido de carbono de los aceros se incrementa por encima de 0.3%,pueden ser tratados térmicamente por temple y revenido para conseguirresistencia con una razonable ductilidad. Los elementos de aleación tales comoel níquel, cromo y molibdeno se añaden a los aceros al carbono para produciraceros de baja aleación. Los aceros de baja aleación presentan buenacombinación de alta resistencia y tenacidad, y son de aplicación común en laindustria de automóviles para usos como engranajes y ejes.Las aleaciones de aluminio son las más importantes entre las no ferrosasprincipalmente por su ligereza, endurecibilidad por deformación, resistencia a lacorrosión y su precio relativamente bajo. El cobre no aleado se usa enabundancia por su conductividad eléctrica, resistencia a la corrosión, buen Página 11
  • RPOPIEDADES DE LOS MATERIALES INGENIERIA UNDUSTRIALprocesado y costo relativamente bajo, el cobre se alea con el cinc para formarunas serie de latones que tienen mayor resistencia que el cobre sin alear.Los aceros inoxidables son las aleaciones ferrosas más importantes a causa desu alta resistencia a la corrosión en medios oxidantes, para ser un aceroinoxidable debe contener al menos 12% de cromo.Los hierros para fundición son otra familia industrialmente importante de lasaleaciones ferrosas. Son de bajo costo y tienen propiedades especiales talescomo un buena moldeabilidad, resistencia a la corrosión, al choque térmico, aldesgaste y durabilidad. La fundición gris tiene un alta maquinabilidad ycapacidad de amortiguamiento de vibraciones, debido a las hojuelas de grafitoen su estructura.Otras aleaciones no ferrosas son las de magnesio, titanio y níquel. Las demagnesio son excepcionalmente ligeras y tienen aplicaciones aeroespaciales.Las aleaciones de titanio son caras, pero tienen una combinación deresistencia y ligereza que no es asequible para cualquier otro sistema dealeación y por esta razón se usan ampliamente en las piezas estructurales delos aviones. Las aleaciones de níquel presentan una gran resistencia a lacorrosión y oxidación y son por tanto son usadas comúnmente en los procesosindustriales químicos y de petróleos. Con la mezcla de níquel, cobalto y cromose forma la base para las superaleaciones de níquel, necesarias para lasturbinas de gas de aviones de propulsión a chorro y algunas bateríaseléctricas.Casi todos los tratamientos térmicos de un acero tienen como fin originar unamezcla ferrita y de cementita. Existen tratamientos térmicos simples y son:Recocido intermedio: Se lleva a cabo a baja temperatura (80°C a 170°C bajocero), sirve para eliminar el efecto de deformación en frío en los aceros.Recocido normalizado: Produce una perlita fina con mayor resistenciamecánica, el recocido hace que el acero se enfríe dando perlita gruesa y elnormalizado provoca que el acero se enfríe más rápido y produce perlita fina. Página 12
  • RPOPIEDADES DE LOS MATERIALES INGENIERIA UNDUSTRIALEsferoidización: Transforma partículas esféricas grandes con el fin de acortar lasuperficie de bordes, para después producir las propiedades que se requierenen el acero.Los tratamientos térmicos isotérmicos son:Revenido en la fase austenítica y recocido isotérmico: El primero se usa paraproducir bainita, esto se logra con la austenitización del acero a ciertatemperatura y el recocido isotérmico consiste en la austentización con unenfriamiento veloz para que la austenita se convierta en perlita.Tratamientos térmicos de templado y revenido.Austenita retenida: Es la austenita que queda atrapada en la estructura, nologra transformarse en martensita durante el tratamiento de templado en razónde la expansión volumétrica asociada con la reacción.Esfuerzos residuales y agrietamientos: Los esfuerzos residuales se crean conel cambio de volumen, si estos esfuerzos rebasan el límite elástico aparecengrietas de templado, el fin de esto es transformar acero en martensita.Rapidez de templado: Es la velocidad a la que se enfría el acero, esto dependede la temperatura y de las características térmicas del medio usado para eltemple.Templabilidad: Es la facilidad con la que se transforma acero en martensita, latemplabilidad no se refiere a la dureza del acero.Aceros especiales.Aceros para herramientas: Mediante un tratamiento térmico de templado yrevenido obtienen gran dureza y en su mayoría son al alto carbono. Se aplicanen donde se necesite una combinación de gran resistencia, dureza, tenacidad yresistencia a la temperatura, también en herramientas de corte para Página 13
  • RPOPIEDADES DE LOS MATERIALES INGENIERIA UNDUSTRIALoperaciones de maquinado. La templabilidad y estabilidad a alta temperaturade los aceros para herramientas son mejoradas por los elementos de aleación.Aceros de fase dual: Tiene ferrita y martensita dispersa uniformemente, lo quecrea límites elásticos, como son a bajo carbono, no tienen los elementos dealeación necesarios para una buena templabilidad, pero en el proceso detemplado al calentar austenita eleva el carbono y se transforma en martensita.Aceros níquel, de carbono, muy bajo: Para producir una martensita blanda sontemplados y austentizados. Muchos se recubren para tener protección contra lacorrosión, están altamente aleados.Tratamientos de superficies.Mediante estos tratamientos se producen estructuras duras y resistentes en lasuperficie, resistente ala fatiga y al desgaste.Calentamiento selectivo de la superficie: Se calienta la superficie del acero, yaque esta templada la superficie será de martensita, la profundidad de lamartensita es la profundidad de cementado. Se puede endurecer solo ciertasáreas, es más fácil en aquellas zonas fatigadas o desgastadas.Carburizado y nitruración: En el carburizado a cierta temperatura se difunde elcarbono desde la superficie, esta tendrá un alto nivel de carbono al sertemplado y revenido la superficie cambia a martensita de alto carbono. En lanitruración el nitrógeno se difunde en la superficie a partir de un gas. En estosdos procesos se produce esfuerzo residual a la compresión en la superficie.Soldabilidad del acero: En el proceso de soldadura el acero a ciertatemperatura se transforma en austenita, un acero originalmente templado yrevenido presenta problemas en la soldadura, por esto es que no se deberíasoldar. Página 14
  • RPOPIEDADES DE LOS MATERIALES INGENIERIA UNDUSTRIALAceros inoxidablesAceros inoxidables ferríticos: Tienen buena resistencia mecánica, tienenestructura CC, ductilidad moderada, son resistentes a la corrosión,conformabilidad aceptable.Aceros inoxidables martensíticos: Bajas en cromo, esto permite que varíe elnivel de carbono, lo que produce martensita con diferentes durezas. Alcombinar dureza, resistencia mecánica y resistencia a la corrosión, genera unmaterial de muy alta calidad.Aceros inoxidables austeníticos: La austenita tiene como estabilizador alníquel, este hace que crezca el tamaño del campo de austenita y casi eliminala ferrita, prácticamente todo es de austenita. Tienen buena ductilidad,conformabilidad y resistencia a la corrosión. No son ferromagnéticos.Aceros inoxidables endurecidos por precipitación (PH): Por el calentado ytemplado se obtienen buenas propiedades mecánicas con bajos contenidos decarbono. Le deben sus propiedades al endurecimiento por solución sólida, porenvejecimiento, etc.Aceros inoxidables dúplex: En su estructura tiene mezclas de fases, seobtienen con un control justo de la composición y el tratamiento térmico con lamitad de ferrita y austenita. Sus propiedades son: resistencia a la corrosión,conformabilidad y soldabilidad.Transformaciones de fase en los hierros fundidos.Las fundiciones o hierros fundidos son aleaciones hierro-carbono-silicio quetípicamente contiene de 2% a 4% de C y de 0.5% a 3% de Si y que durante susolidificación experimentan la reacción eutéctica.Existen 5 tipos de fundiciones:Fundición grisFundición blanca Página 15
  • RPOPIEDADES DE LOS MATERIALES INGENIERIA UNDUSTRIALFundición maleableFundición dúctil o esferoidalFundición de grafito compactoLa reacción eutética en los hierros fundidos Fe-C A 1140°C es: L y + Fe3 C. Sise produce un hierro fundido utilizando solo aleaciones H-C esta reacciónproduce hierro fundido blanco. Cuando ocurre la reacción eutética estable L y +Grafito a 1146°C se forma la fundición gris, la dúctil o de grafito. En lasaleaciones Fe-C el líquido se sobreenfría fácilmente 6°C formándose hierroblanco. Al agregar aproximadamente 2% de silicio, el grafito eutético se nucleay crece. Elementos como el cromo y el bismuto tienen un efecto opuesto ypromueven la fundición blanca. El silicio también reduce la cantidad de carbonocontenido en el eutético.Características y producción de las fundiciones.Fundición gris: Tiene celdas eutécticas de grafito en hojuelas interconectadas.La inoculación coopera a crear celdas eutécticas más chicas, para mejorar laresistencia. Se produce resistencia a la tensión baja, esto es por las grandeshojuelas de grafito. Se pueden conseguir la resistencia mayor reduciendo elequivalente de carbono por medio de la aleación o tratamiento térmico. Suspropiedades son: alta resistencia a la compresión, resistencia a la fatigatérmica y amortiguamiento contra la vibración.Fundición blanca: Se utilizan hierros fundidos blancos por su dureza yresistencia al desgaste por abrasión. Se puede producir martensita durante eltratamiento térmico.Fundición maleable: Se crea al intentar térmicamente la fundición blanca noaleada, a partir de la fundición blanca se producen dos tipos de fundiciónmaleable: Fundición maleable férrica se consigue enfriando la pieza fundida yasí se llega a la segunda etapa de grafitización, esta fundición tiene buena Página 16
  • RPOPIEDADES DE LOS MATERIALES INGENIERIA UNDUSTRIALtenacidad, la fundición maleable perlita se crea al enfriar la austenita al aire oen aceite para así formar pelita o martensita.Fundición dúctil o nodular: Para esta fundición se requiere grafito esferoidal,para crear este metal se siguen los siguientes pasos:Desulfurización: El azufre provoca que el grafito crezca en forma de hojuelas, alfundir en hornos que en la fusión eliminen el azufre del hierro.Nodulación: Se aplica magnesio, este elimina cualquier azufre y oxigeno quehaya quedado en el metal. De no ser vaciado el hierro después de lanodulación, el hierro se convierte en fundición gris.Inoculación: Un estabilizador eficaz de carburos es el magnesio y hace que enla solidificación se forme la fundición blanca. Después de la nodulación se debeinocular el hierro.Hierro de grafito compacto. La forma de grafito es intermedia entre hojuelas yesferoidal. El grafito compacto da resistencia mecánica y ductilidad y el metalconserva una buena conductividad térmica y propiedades de absorción de lavibración.La base de las aleaciones ferrosas son aleaciones de Hierro y Carbono.Se muestra el diagrama de fases de la aleación Fierro Carbono, que muestraen el eje vertical la temperatura y en el eje horizontal la composición química.En el extremo izquierdo se encuentra la composición 100% Fe y 0% C y en elextremo derecho se encuentra la composición 100% C y 0% Fe. En la figura semuestra solamente hasta 5% C y 95% Fe por ser la zona de mayor interés yaque contiene los aceros y las fundiciones de mayor uso. Página 17
  • RPOPIEDADES DE LOS MATERIALES INGENIERIA UNDUSTRIAL Figura 5. Diagrama de equilibrio estable de aleación Fierro-Carbono.Este verdadero mapa de ordenamientos cristalinos nos muestra cómo el metalal solidificar se dispone en diversas formas. Al variar la temperatura, loscristales ganan o pierden energía y buscan una nueva ordenación tratandosiempre de permanecer estables. Página 18
  • RPOPIEDADES DE LOS MATERIALES INGENIERIA UNDUSTRIAL1.4 MATERIALES ORGANICOS E INORGANICOSMATERIALES ORGANICOSSe les denomina así cuando contienen células animales o vegetales. Estosmateriales pueden usualmente disolverse en líquidos orgánicos como losalcoholes y los tretracloruros, no se disuelven en agua y no soportan altastemperaturas. Algunos de los representantes de este grupo son: plásticosproductos del petróleo: gasolina y queroseno, madera, papel, hule, piel.¿Qué son los aditivos alimentarios y por qué son necesarios? “cualquiersustancia, que normalmente no se consuma como alimento en sí, ni se usecomo ingrediente característico en la alimentación. Algunos aditivosalimentarios ayudan a mantener los alimentos frescos y saludables.Antioxidantes: Evitan la oxidación de los alimentos e impiden el enranciamientoy la decoloración. Se usan en:productos horneados, cereales, grasas y aceites,y en aderezos para ensaladas.Conservantes: Limitan, retardan o previenen la proliferación demicroorganismos.Ej. bacterias, levadura, hongos, que están presentes en los alimentos. El dióxido de azufre y los sulfitos. ayudan a evitar los cambios de color en frutas y verduras secas. Propionato cálcico. evita que salga moho en el pan y en alimentos horneados. Nitratos y nitritos (sales potásicas y sódicas) se utilizan como conservantes en el procesamiento de carnes, como el jamón y las salchichas.Los polímeros provienen del petróleo. Un 4% se convierte en plástico despuésde un proceso de “cracking” y “reforming”, se tienen las moléculas simples:etileno y benceno son moléculas lineales o ramificadas, formadas por larepetición de grupos funcionales (monómeros) que se componen de C,H,O,N Página 19
  • RPOPIEDADES DE LOS MATERIALES INGENIERIA UNDUSTRIALProteínas Macromoléculas de alto peso molecular formadas por cientos deunidades de aminoácidos unidos por un enlace llamado peptirico. Ejemplos:Albumina (proteína del huevo) Gelatina (extraída de uniones de Queratina(cabello y uñas). Figura 6. Plásticos, ejemplos de polímerosPOLÍMEROS NATURALESENZIMAS: Proteínas cuya función es de catalizador (acelera o retrasa unareacción) es de vital importancia para todos los sistemas vivos Ejemplos:Ureaza (encima que actúa sobre la urea que es un producto de deshecho demetabolización) Pepsina, Tripsina (actúa en el proceso de digestión.HORMONAS: substancias químicas producidas por el organismo para controlarnumerosas funciones corporales.MATERIALES INORGÁNICOSSon todos aquellos que no proceden de células animales o vegetales, orelacionados con el carbón. Por lo regular se pueden disolver en el agua y engeneral resisten el calor mejor que las sustancias orgánicas. Algunos de losmateriales inorgánicos más utilizados en la manufactura son:• Los minerales• El cemento• La cerámica Página 20
  • RPOPIEDADES DE LOS MATERIALES INGENIERIA UNDUSTRIAL• El vidrio• El grafito (carbón mineral)1.5 MATERIALES CERAMICOSLa palabra cerámica deriva del vocablo griego keramos, cuya raíz sánscritasignifica quemar. En su sentido estricto se refiere a la arcilla en todas susformas. Sin embargo, el uso moderno de este término incluye a todos losmateriales inorgánicos no metálicos. Desde la década de los 50′s en adelante,los materiales más importantes fueron las arcillas tradicionales, utilizadas enalfarería, ladrillos, azulejos y similares, junto con el cemento y el vidrio. El artetradicional de la cerámica se describe en alfarería. También puede buscarse lahistoria del rakú, singular técnica milenaria oriental.Históricamente, los productos cerámicos han sido duros, porosos y frágiles. Elestudio de la cerámica consiste en una gran extensión de métodos para mitigarestos problemas y acentuar las potencialidades del material, así como ofrecerusos no tradicionales.La clasificación de los materiales cerámicos es:Materiales cerámicos tradicionales:  Arcilla  Sílice  FeldespatoMateriales cerámicos de uso especifico en ingeniería:  Oxido de aluminio  Carburo de silicio Página 21
  • RPOPIEDADES DE LOS MATERIALES INGENIERIA UNDUSTRIAL  Nitruro de silicioEjemplos de materiales cerámicos:• Nituro de silicio (Si 3 N 4), utilizado como polvo abrasivo.• Carburo de boro (B4C), usado en algunos helicópteros y cubiertas detanques.• Carburo de silicio (SiC), empleado en hornos microondas, en abrasivos ycomo material refractario.• Diboruro de magnesio (Mg B 2), es un superconductor no convencional.• Óxido de zinc (ZnO), un semiconductor.• Ferrita (Fe 3 O 4) es utilizado en núcleos de transformadores magnéticos y ennúcleos de memorias magnéticas.• Esteatita, utilizada como un aislante eléctrico.• Ladrillos, utilizados en construcción• Óxido de uranio (UO2), empleado como combustible en reactores nucleares• Óxido de itrio, bario y cobre (Y Ba 2 Cu 3 O 7), superconductor de altatemperatura.PROPIEDADES MECÁNICAS DE LA CERÁMICALos materiales cerámicos son generalmente iónicos o vidriosos. Casi siemprese fracturan ante esfuerzos de tensión y presentan poca elasticidad, dado quetienden a ser materiales porosos. Los poros y otras imperfeccionesmicroscópicas actúan como entallas o concentradores de esfuerzo, reduciendola resistencia a los esfuerzos mencionados.Estos materiales muestran deformaciones plásticas. Sin embargo, debido a larigidez de la estructura de los componentes cristalinos hay pocos sistemas dedeslizamientos para dislocaciones de movimiento y la deformación ocurre deforma muy lenta. Con los materiales no cristalinos (vidriosos), la fluidez viscosaes la principal causa de la deformación plástica, y también es muy lenta. Aúnasí, es omitido en muchas aplicaciones de materiales cerámicos. Página 22
  • RPOPIEDADES DE LOS MATERIALES INGENIERIA UNDUSTRIALTienen elevada resistencia a la compresión y son capaces de operar entemperaturas altas. Su gran dureza los hace un material ampliamente utilizadocomo abrasivo y como puntas cortantes de herramientas.PROCESADO DE MATERIALES CERÁMICOSLas cerámicas no cristalinas (vidriosas) suelen ser formadas de fundiciones. Elvidrio es formado por cualquiera de los siguientes métodos: soplado, prensado,laminado, estirado, colado o flotado.Los materiales cerámicos cristalinos no son susceptibles de un variado rangode procesado. Los métodos empleados para su manejo tienden a fallar en unade dos categorías -hacer cerámica en la forma deseada, pro reacción in situ, opor formación de polvos en la forma deseada, y luego sinterizados para formarun cuerpo sólido. Algunos métodos usados son un híbrido de los dos métodosmencionados. Página 23
  • RPOPIEDADES DE LOS MATERIALES INGENIERIA UNDUSTRIALACTIVIDAD 1.FORMACION DE OXIDOS METALICOS (BASICOS)OBJETIVO: Que el alumno conozca que son los óxidos a través de laobtención de ellos.MATERIAL: 5cm de cinta de 1º ml de agua caliente magnesio 1 pinzas para crisol 1 agitador 1 mechero de bunsen 1 cápsula de porcelanaPROCEDIMIENTO:a) Cortar aproximadamente 5cm de cinta de magnesio. Sujetar la cinta por unextremo con unas pinzas para crisol.b) encender el mechero y quemar con cuidado el extremo de la cinta metálica,retirando la flama cuando empiece la combustión, procurando no perder elproducto formado.c) Cuando termina de arder la cinta, depositar el residuo obtenido en unacapsula de porcelana que contenga 10ml de agua caliente.Agitar repetidasveces con un agitador de vidrio hasta lograr la disolución.Anotar las observaciones._____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Página 24
  • RPOPIEDADES DE LOS MATERIALES INGENIERIA UNDUSTRIALACTIVIDAD 2.FORMACION DE ÓXIDOS NO METÁLICOS (ANHÍDRIDOS)OBJETIVO: Que el alumno logre formar un óxido no metálico para entendermejor su clasificación.MATERIAL: 1 cucharilla de 1 gr de azufre combustión 1 mechero de bunsen 20 ml de agua fría 1 matraz elermeyerPROCEDIMIENTO:a) en una cucharilla de combustión colocar un gramo de azufre de polvo.b) calentar la cucharilla a la flama del mechero hasta que se álfame.Retirar dela flama.c) sin interrumpir la combustión introducir la cucharilla a un matraz elermeyerque contenga 20ml de agua fría.d) cuando termine la combustión sacar la cucharilla, tapar y agitarvigorosamentehasta que el gas en el matraz se haya disuelto por completo enel agua.Anotar lasobservaciones.__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Página 25
  • RPOPIEDADES DE LOS MATERIALES INGENIERIA UNDUSTRIALACTIVIDAD 3“OBTENCION DE UN METAL Y DE UN NO METAL”OBJETIVO: que el alumno comprenda que es un metal y que es un no metalidentificando la obtención de uno de ellos.MATERIAL: 1 tubo de ensayoCarbón vegetal Mortero 1 tapón2gr de oxido de plomo Capsula de porcelana250mg de carbonato de 0.2gr de dióxido de Pinzas de crisolsodio magnesio 5ml de peróxido deagua Mechero de bunsen hidrogeno1 pañuelo Vaso de precipitado Pinzas de disecciónPROCEDIMIENTO:a)Moler un pequeño trozo de carbón vegetal de 1.5 cm; en un mortero.b) Por otra parte, mezclar en una capsula de porcelana 2 g de óxido de plomocon la mitad de carbono y 250mg de carbonato de sodio en polvo.Agregar doso tres gotas de agua para formar una pasta.c) Practicar un orificio en la parte central del trozo de carbono de 2.5cm dediámetro y de 1.0 a 0.5 cm de profundidad. Colocar en este orificio la pasta;tomar el trozo de carbón, así preparado con las pinzas de crisol y calentar conla flama reductora del mechero. Iniciando con un calentamiento suavealrededor del orificio y después hacia el centro, debe prolongarse hasta laformación de un anillo amarillo y la aparición de unas gotas plateadas. Dejar Página 26
  • RPOPIEDADES DE LOS MATERIALES INGENIERIA UNDUSTRIALenfriar por un espacio de 15-30 minutos. Verter el metal aun fundido a un vasode precipitado que contenga agua. Utilizando las pinzas de disección sacar elmetal y frotar con un paño limpio.Anotar las observaciones.___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________OBTENCION DE UN ELEMENTO NO METALICO: OXIGENO.PROCEDIMIENTO:Colocar en un tubo de ensayo 5ml de peróxido de hidrogeno. Agregar .2g dedióxido de manganeso en polvo. Tapar con un tapón de desprendimiento.Acercar el extremo de este a una astilla de madera con un punto de ignición.Observar lo que ocurre y anotar los datos.___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Página 27