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Introducción propiedades de materiales
- 1. INTRODUCCIÓN A LASPROPIEDADES DE LOS MATERIALES. 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 se fabrican a base de materiales, estos se encuentran en cualquier parte alrededor nuestro. Los mas comúnmente encontrados son la madera, el ladrillo, el acero, el plástico, el caucho, el cobre y el papel. La selección apropiada de los materiales es de gran importancia para los industriales. La ingeniería es un puente entre la ciencia y la sociedad, y el papel del ingeniero consiste en aplicar los últimos descubrimientos científicos para la solución de problemas. Metales como el acero y la plata (composiciones de acero y plata pueden contarse por millares); cerámicos como el vidrio y la porcelana (existen mas de 10 mil variedades); plásticos o polímeros como el polietileno (existen mas de 9 mil variedades) y la madera, son el resultado de la aplicación de la ingeniería metalúrgica, importantes en los medios y las formas que utilizamos cotidianamente. Los técnicos e ingenieros no pueden llegar a conocer la totalidad de las propiedades de los materiales en sus numerosas formas. CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES A) METÁLICOS. Ferrosos No ferrosos B) NO METÁLICOS Orgánicos. Polímeros: gran desarrollo potencial. Comúnmente llamados plásticos Inorgánicos. Cerámicos y vidrios: vidrios, cementos, hormigones, etc C) COMPUESTOS Mezcla de materiales: madera, fibra de vidrio, fibra de carbono, polímeros rellenos.
- 2. A) MATERIALES METALICOS a) FERROSOS Como su nombre lo indica, son aquellos que contienen el elemento hierro o fierro (Fe) en su estructura interna como principal componente, en proporciones variables. Sus principales características son su gran resistencia a la tensión y dureza. Con materiales ferrosos la matriz básica es el hierro (Fe) que tiene cantidades variables de carbono (C). Los aceros generalmente son aleaciones de Fe y C con menos del 2% de C; Los hierros colados contienen de 2 a 4% de C. Dependiendo de las condiciones de enfriamiento y de los elementos aleantes, el carbono puede encontrarse principalmente en la forma combinada de carburo de hierro (Fe3C, llamado Cementita) como en el acero, o en forma o en forma de grafito como en el hierro gris, la cementita misma es muy dura y frágil. Los aceros al carbono puros (aleaciones de Fe y C) representan solo una fracción muy pequeña de los aceros usados hoy en día. La mayoría de los aceros están aleados con una variedad de elementos para obtener: Mayor resistencia Mejor capacidad de endurecimiento Mejores propiedades a altas y bajas temperaturas Mejor resistencia a la corrosión Mejores propiedades tecnológicas (de manufactura) Los productos mas importantes que representan los materiales metálicos son los siguientes: Fundición de hierro gris Hierro maleable Aceros Fundición de hierro blanco Su temperatura de fusión va desde los 1360*C hasta los 1425*C. Uno de sus principales problemas es la corrosión. b) NO FERROSOS Por lo regular tienen menor resistencia a la tensión y dureza que los metales ferrosos, sin embargo su resistencia a la corrosión es superior. Su costo es alto en comparación a los materiales ferrosos pero con el aumento de su demanda y las nuevas técnicas de extracción y refinamiento se han logrado abatir
- 3. considerablemente los costos,con lo que su competitividad ha crecido notablemente en los últimos años. Los principales metales no ferrosos utilizados en la manufactura son: • Aluminio • Cobre • Magnesio • Níquel • Plomo • Titanio • Zinc Los metales no ferrosos son utilizados en la manufactura como elementos complementarios de los metales ferrosos, también son muy útiles como materiales puros o aleados los que por sus propiedades físicas y de ingeniería cubren determinadas exigencias o condiciones de trabajo, por ejemplo el bronce (cobre, plomo, estaño) y el latón (cobre zinc). Los materiales no ferrosos poseen propiedades importantes como: Alta resistencia a la corrosión Facilidad de fabricación Alta conductividad eléctrica térmica Baja densidad Alta relación resistencia/peso Color atractivo B) NO METÁLICOS a) ORGÁNICOS. Son así considerados cuando contienen células de vegetales o animales. Estos materiales pueden usualmente disolverse en líquidos orgánicos como el alcohol o los tretracloruros, no se disuelven en el agua y no soportan altas temperaturas. Algunos de los representantes de este grupo son: • Plásticos • Productos del petróleo • Madera • Papel • Hule Piel
- 4. b) INORGÁNICOS. Sontodos aquellos que no proceden de células animales o vegetal o relacionados con el carbón. Por lo regular se pueden disolver en el agua y en general resisten el calor mejor que las sustancias orgánicas. Algunos de los materiales inorgánicos más utilizados en la manufactura son: • Los minerales • El cemento • La cerámica • El vidrio • El grafito (carbón mineral) C) MATERIALES COMPUESTOS. Un material compuesto en su más amplia definición, es aquel que combina dos o mas constituyentes con propiedades físicas o geométricas diferentes en su estructura única. Un material compuesto esta formado por dos o mas materiales, los cuales al combinarse forman una estructura mucho mas resistente que la estructura de cualquiera de sus componentes aislados. Los constituyentes son visibles a determinada escala, permanecen unidos y presentan entre ellos una interfaz perfectamente identificable. Un material compuesto es un sistema integrado por una mezcla o combinación de dos o mas micro o macro constituyentes que difieren en la forma por dos componentes: La matriz. Sirve como sustancia de aglutinamiento La fase dispersa o material de refuerzo.