Materiales de Ingenería

Universidad Politécnica del Centro

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Procesos de Manufactura

Catedrático: Ing. José Alberto Lázaro Garduza

 Bibiana del C. Hernández Hernández
 Carlos Alberto Mayo Hernández
 Eduardo Pozo Montuy
 Ricardo Magno Lemus Alor
 Jorge Salvador Coll

MATERIALES

Introducción
Los materiales son los productos útiles para la actividad tecnológica, y
que se obtienen de las materias primas (los recursos naturales).


MATERIALES DE ING.

Introducción
Ciencia se ocupa investigar procedimientos de extraer y
mejorar materiales útiles y sus combinaciones para dar
forma y utilizaciones que la sociedad demande.


MATERIALES PUROS

Introducción
Son aquellos que están tal y como son en la naturaleza sin sufrir ningún cambio o
alteración, los materiales mas puros son los que se encuentran en la tabla
periódica.
Todos los materiales están integrados por átomos los que se organizan de
diferentes maneras, dependiendo del material que se trate y el estado en el que
se encuentra, ya sea de manera alotrópica.
Los materiales puros se clasifican en:
 Metales
 Metaloides
 No Metales


ALEACIONES

Introducción
Las aleaciones son productos homogéneos de propiedades metálicas
de dos o más elementos.

Estas aleaciones pueden ser:
 Ferrosas.

 No ferrosas.


ORGÁNICOS E INORGÁNICOS

Introducción
Todos los seres vivos estamos constituidos por una mezcla de materia
orgánica e inorgánica. Ambas son necesarias porque desempeñan un
papel fundamental en nuestra vida.
-La materia inorgánica se encuentra en
los minerales tales como el agua, las
sales y el dióxido de carbono.

- La materia orgánica podemos
encontrarla
en
raíces,
animales,
organismos
muertos, restos de alimentos, etc.


PROPIEDADES

Introducción
Las propiedades de los materiales son las características que hacen que los
materiales tengan un determinado comportamiento frente al calor, la electricidad,
la luz, los esfuerzos, etc.
Conocer estas propiedades es muy importante para saber cuáles son sus
mejores aplicaciones.
Ferrofluido

Materiales
Tradicionales

Nuevos
Materiales

Grafeno


CLASIFICACIÓN

Contenido
ESTRUCTURA

Todos los
materiales
sólidos pueden
clasificarse, de
acuerdo a su
estructura
molecular, en
cristalinos y
amorfos.

CLASIFICACIÓN

Cristalino

Las moléculas están
ordenadas en 3
dimensiones,
que se llama ordenamiento
periódico.

Amorfo

Las moléculas se
enmarañan
en un completo
desorden.


CLASIFICACIÓN

Contenido

GENERAL

CLASIFICACIÓN
METALES

CERÁMICOS

POLÍMEROS

COMPUESTOS

Buena conductividad eléctrica y térmica, alta resistencia,
rigidez, ductilidad. Son útiles en aplicaciones
estructurales o de carga. Las aleaciones permiten una
mejor combinación de propiedades.
Son usados a menudo como aislantes. Fuertes y duros,
aunque frágiles y quebradizos. Usualmente se utilizan
como materiales de construcción. Ejemplos: Ladrillo,
vidrio, porcelana, etc.
Grandes estructuras moleculares creadas a partir de
moléculas orgánicas. Baja conductividad eléctrica y
térmica, reducida resistencia y debe evitarse su uso a
temperaturas elevadas. Tienen múltiples aplicaciones,
entre ellas están los dispositivos electrónicos.
Formados a partir de dos o más materiales de distintos
grupos, produciendo propiedades que no se encuentran
en ninguno de los materiales de forma individual.

CLASIFICACIÓN

Contenido
GENERAL

Puros

Materiales

Aleaciones
Ferrosas y
No Ferrosas
Orgánicos e
Inorgánicos


MATERIALES PUROS

Contenido
CLASIFICACIÓN
METALES

Buenos conductores de la corriente eléctrica y calor, son
dúctiles y maleables, presentan un brillo metálico, todos son
sólidos excepto el mercurio. Tienen una alta densidad pero
una de sus propiedades más significativas es que cuando se
unen a otros elementos, pierden electrones, formando iones
positivos.

NO METALES

Malos conductores de la corriente eléctrica y el calor, con
excepción del carbón grafito; por lo general son opacos y
quebradizos, pueden existir en cualquier estado de
agregación (sólidos, líquidos y gaseosos); una de sus
propiedades significativas es que cuando se unen a otros
elementos, ganan electrones, formando iones negativos.

METALOIDES

Son los que comparten algunas de las características de los
metales pero sin llegar a serlo.

ALEACIONES FERROSAS

Contenido
CLASIFICACIÓN

 Las aleaciones ferrosas son las
que contienen un porcentaje
muy alto de hierro, como el
acero o los hierros fundidos.
Se dividen
principales:

en

 Aceros simples.
 Aceros inoxidables.
 Hierros fundidos.

tres

grupos

Son duros o livianos,
resistentes
a
la
corrosión y tienen
resistencia mecánica.

ALEACIONES FERROSAS

Contenido
ACEROS SIMPLES

 La aleaciones ferrosas tienen al hierro como su principal
metal de aleación; mientras que las aleaciones no
ferrosas, tienen un metal distinto del hierro.
 Los aceros que son aleaciones ferrosas son los más
importantes, principalmente por su costo relativamente
bajo y la variedad de aplicaciones por sus propiedades
mecánicas.


ALEACIONES FERROSAS

Contenido
ACEROS INOXIDABLES

 Los aceros inoxidables son las aleaciones ferrosas
más importantes por su alta resistencia a la corrosión;
para ello, debe contener al menos 12% de Cromo.
 Los elementos de aleación (níquel, cromo y molibdeno) se
añaden a los aceros al carbono para producir aceros de
baja aleación.
 Los aceros de baja aleación presentan alta resistencia y
tenacidad, y son de aplicación común en la industria de
automóviles para usos como engranajes y ejes.


ALEACIONES FERROSAS

Contenido
HIERROS P/FUNDICIÓN

 Los hierros para fundición, son otra familia industrialmente
importante de las aleaciones ferrosas.
 Son de bajo costo y tienen propiedades especiales, tales
como una buena moldeabilidad, resistencia a la
corrosión, al choque térmico, al desgaste y durabilidad.
 La fundición gris tiene una alta maquinabilidad y
capacidad de amortiguamiento de vibraciones, debido a
las hojuelas de grafito en su estructura.


ALEACIONES NO FERROSAS

Contenido
CLASIFICACIÓN

Estas aleaciones están constituidas por elementos metálicos en estado elemental
(estado de oxidación nulo), como P, C, Si, S, As.

Las aleaciones generalmente se clasifican teniendo en cuenta cuál o cuáles
elementos se encuentran presentes en mayor proporción, denominándose a estos
elementos componentes base de la aleación.
Los elementos que se encuentran en menor
proporción, serán componentes secundarios o
componentes traza.



Contenido
CLASIFICACIÓN

Las Aleaciones no ferrosas, son aquellas que carecen de hierro o
tienen un bajo nivel de éste.
Los metales no ferrosos se pueden clasificar en:

 Pesados.
 Ligeros.
 Ultraligeros.
Alta resistencia a la corrosión, buenas
propiedades de tensión, muy dúctiles aún a
temperaturas bajas y resistencia mecánica.


Contenido
CLASIFICACIÓN


MATERIALES ORGÁNICOS

Contenido
CLASIFICACIÓN

 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


MATERIALES INORGÁNICOS

Contenido
CLASIFICACIÓN

 Son todos aquellos que no proceden de células animales o
vegetales o relacionadas 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)


Contenido

CRISTALES

 Cuando las moléculas que componen un sólido
están acomodadas regularmente, decimos que
forman un cristal, y al sólido correspondiente le
llamamos sólido cristalino o fase.

 La estructura espacial de un sólido cristalino se
construye a partir de una unidad repetitiva o celda
unidad.


Contenido

CRISTALES

 En los vértices de estas celdas unidad se sitúan los
átomos. La repetición de las celdas en el espacio da
lugar a las llamadas redes cristalinas simples.
 También existe la posibilidad de situar átomos en los
centros de las celdas (red cristalina centrada) o de
las caras (red cristalina de caras centradas).


CRISTALES

Contenido

CONSECUENCIAS

 Las estructuras cristalinas no son perfectas. En los
metales se encuentran impurezas que influyen sobre
el proceso de cristalización y que deforman la red
espacial del cristal.
Lineales
Puntuales

Superficiales

Imperfecciones


CRISTALES

Contenido

CONSECUENCIAS

IMPERFECCIONES
PUNTUALES

Debidas a átomos del mismo o de otro metal
situados en un punto que no pertenece a la red
(átomos intersticiales), o a lugares vacantes, que
son puntos de la red vacíos.

LINEALES

Denominadas
también
dislocaciones,
que
disminuyen la resistencia mecánica de los
metales. Estas imperfecciones son las causantes de
la deformación plástica en los metales.

SUPERFICIALES

La estructura de un metal o aleación está compuesta
por múltiples zonas ordenadas, dispuestas de tal
forma que sus ejes cristalográficos respectivos no
coinciden entre sí. A estas zonas se las denomina
cristales o granos, y a la zona límite entre dos de
ellos (imperfección a nivel superficial) se le conoce
como junta de grano.

MATERIALES PUROS

Contenido
METALES

Los metales, cuando están en su estado sólido, sus átomos se alinean
de manera regular en forma de mallas tridimensionales. Estas mallas
pueden ser reconocidas fácilmente por sus propiedades
químicas, físicas o por medio de los rayos X.
Cuando un material cambia de tipo de malla al modificar su
temperatura, se dice que es un material polimorfo o alotrópico.


MATERIALES PUROS

Contenido
METALES
Cada tipo de malla en los metales da diferentes propiedades, no obstante que se
trate del mismo material, así por ejemplo en el caso del hierro aleado con el
carbono, se pueden encontrar tres diferentes tipos de mallas:

• La malla cúbica de cuerpo centrado.
• La malla cúbica de cara centrada.
• La malla hexagonal compacta.


MATERIALES PUROS

Contenido
TABLA PERIÓDICA DE ESTRUCTURAS
DE METALES

Estructura Cristalina Cúbica Centrada en las Caras FCC (Face-Centered Cubic)

Estructura Cristalina Cúbica Centrada en el Cuerpo BCC (Body-Centered Cubic)

Estructura Cristalina Hexagonal Compacta HCP (Hexagonal Close Packing)


MATERIALES PUROS

Contenido
METALES
Los materiales metálicos tienden a ordenarse de forma más
compacta, de 3 maneras:

Cúbica centrada en el interior:
Tiene átomos en cada uno de los vértices
del cubo que integra a su estructura y un
átomo en el centro. Se encuentran con
esta estructura el cromo, el molibdeno y
el wolframio.


MATERIALES PUROS

Contenido
METALES

Cúbica centrada en las caras
Tiene átomos en los vértices y en cada una de sus caras,
su cambio es notado además de por los rayos X, por la
modificación de sus propiedades eléctricas, por la
absorción de calor y por las distancias intermoleculares.
A temperatura elevada el aluminio, la plata, el cobre, el
oro, el níquel, el plomo y el platino son algunos de los
metales que tienen esta estructura de malla.
Al

Ag

Cu

Au

Ni

Pb

Pt


MATERIALES PUROS

Contenido
METALES

Hexagonal compacta
La malla hexagonal compacta se encuentra en
metales como el berilio, cadmio, magnesio, y
titanio. Es una estructura que no permite la
maleabilidad y la ductilidad, es frágil.


MATERIALES PUROS

Contenido
NO METALES
Tienen una estructura hexagonal, los distintos modos de empaquetamiento en un
cristal dan lugar a las llamadas fases polimórficas (fases alotrópicas para los
elementos), que dan a los materiales distintas propiedades.
Por ejemplo, de todos son conocidas las distintas apariencias y propiedades del
elemento químico Carbono, que se presenta en la Naturaleza en dos formas
cristalinas muy diferentes, el diamante y el grafito.

Formas
alotrópicas del
Carbono en la
naturaleza
Diamante
(carbono puro)

Grafito
(carbono puro)


MATERIALES PUROS

Contenido
NO METALES
El grafito es negro, blando y un lubricante excelente, lo que sugiere que sus
átomos deben estar distribuidos (empaquetados) de un modo que puedan
entenderse sus propiedades.
Sin embargo, el diamante es transparente y muy duro, por lo que debe esperarse
que sus átomos estén muy fijamente unidos. En efecto, sus estructuras submicroscópicas (a nivel atómico) dan cuenta de sus diferencias.

Diamante, con estructura muy
compacta

Grafito, con estructura
atómica en láminas

MATERIALES PUROS

Contenido
NO METALES
Formas alotrópicas del oxigeno
Por ejemplo, se puede encontrar en forma atómica.
En la naturaleza, en forma de gas el O2 forma parte del
aire que respiramos.
El (O3), es altamente oxidante debido a la inestabilidad de
su estructura molecular, y es tóxico a concentraciones
elevadas. Puede tener efectos corrosivos sobre
materiales y, a determinadas concentraciones, efectos
irritantes sobre las mucosas de los seres vivos.

Aunque resulten
ser el mismo
elemento, tienen
características
diferentes debido
a su estructura
molecular.


MATERIALES PUROS

Contenido
METALOIDES
El boro es un elemento metaloide, semiconductor, trivalente que existe
abundantemente en el mineral bórax.
El boro presenta multitud de formas
alotrópicas que tienen como elemento
estructural común un icosaedro regular.

El elemento químico puede adoptar una
gran variedad de estructuras diferentes
que son, además, extremadamente
sensibles a la presencia de pequeñas
cantidades de impurezas químicas.


MATERIALES PUROS

Contenido
METALOIDES
La ordenación de los icosaedros puede ser de dos formas distintas:

• Unión de 2 icosaedros por 2 vértices, mediante enlaces covalentes normales
(figura 1).
• Unión de 3 icosaedros por 3 vértices, mediante un enlace de tres centros
con dos electrones (figura 2).

Figura 2

Figura 1


ALEACIONES

Contenido
REGLAS DE HUME-ROTHERY


ALEACIONES

Contenido
REGLAS DE HUME-ROTERY

Titanio

Níquel

MAT. ORGÁNICOS

Contenido
ESTRUCTURA

Donde sí se distinguen claramente unidades aisladas, es en los llamados
materiales orgánicos, en donde la unión entre las moléculas, dentro del
cristal, es mucho más débil (cristales moleculares). Son generalmente materiales
más blandos e inestables que los inorgánicos.

En las proteínas también existen unidades
moleculares como en los materiales orgánicos, pero
mucho más grandes. Las fuerzas que unen estas
moléculas son también similares, pero su
empaquetamiento en los cristales deja muchos
huecos que se rellenan con agua no ordenada y de
ahí su extrema inestabilidad.
Estructura cristalina de un material
orgánico: cinnamida

MAT. INORGÁNICOS

Contenido
ESTRUCTURA

En la estructura cristalina (ordenada) de los materiales inorgánicos, los
motivos repetitivos son átomos o iones enlazados entre sí, de modo que
generalmente no se distinguen unidades aisladas y de ahí su
estabilidad y dureza (cristales iónicos, fundamentalmente).

Los
distintos
modos
de
empaquetamiento en un cristal dan lugar
a las llamadas fases polimórficas (fases
alotrópicas para los elementos), que
confieren a los cristales (a los
materiales) distintas propiedades.
Estructura cristalina de un material
inorgánico: el alfa-cuarzo

PROPIEDADES

Contenido
MECÁNICAS

Propiedades
Mecánicas

Dureza

Tenacidad /
Fragilidad

Elasticidad /
Plasticidad

Resistencia
mecánica


PROPIEDADES

Contenido
MECÁNICAS

 Dureza: Un material es duro o blando dependiendo de si otros
materiales pueden rayarlo.

 Tenacidad/Fragilidad: Un material es tenaz si aguanta los golpes sin
romperse; es frágil, si cuando le damos un golpe se rompe.

 Elasticidad/Plasticidad: Un material es elástico cuando, al aplicarle
una fuerza se estira, y al retirarla vuelve a la posición inicial. Un
material es plástico cuando al retirarle la fuerza continua deformado.

 Resistencia mecánica: Un material tiene resistencia mecánica cuando
soporta esfuerzos sin romperse.


PROPIEDADES

Contenido
TÉRMICAS

Propiedades
Térmicas

Conductividad
térmica

Dilatación

Temperatura
de fusión


PROPIEDADES

Contenido
TÉRMICAS

 Conductividad térmica: Es la facilidad que
presenta un material para conducir el calor.
 Dilatación térmica: Es el aumento de volumen
que experimentan los cuerpos cuando se
calientan.
 Temperatura de fusión: Es la temperatura a la
que un material pasa del estado sólido al líquido.

PROPIEDADES

Contenido
QUÍMICAS

Propiedades
Químicas
Resistencia a
la corrosión


PROPIEDADES

Contenido
QUÍMICAS

 Resistencia a la corrosión: Es la resistencia
que opone un material a ser oxidado.


PROPIEDADES

Contenido
ELÉCTRICAS

Propiedades
Eléctricas

Resistencia
eléctrica


PROPIEDADES

Contenido
ELÉCTRICAS

• Resistencia eléctrica: Mide el grado de oposición de un material a ser
atravesado por la corriente eléctrica. Un material tiene una alta
resistencia cuando presenta gran oposición a ser atravesado por una
corriente eléctrica.
A los materiales con resistencia eléctrica alta los llamamos aislantes;
mientras que a los materiales con una resistencia eléctrica bajo los
llamamos conductores.


PROPIEDADES

Contenido
MAGNÉTICAS

Propiedades
Magnéticas

Ser
magnético

Magnetismo
temporal o
permanente

PROPIEDADES

Contenido
MAGNÉTICAS

• Propiedades magnéticas: Los materiales que pueden ser atraídos por un
imán, son los que poseen propiedades magnéticas.
• Magnetismo temporal y permanente: Cuando se hace pasar una corriente
eléctrica por una bobina de hilo conductor, esta se convierte en un imán. Si
dentro de la bobina colocamos una barra de acero, esta se magnetiza
permanentemente, pero si la barra es de hierro dulce, solo se magnetizará
mientras esta circulando la corriente por la bobina.

Los materiales diamagnéticos son ligeramente repelidos por los imanes, ya que
generan
un
campo
magnético
opuesto
al
que
reciben.
Los
materiales paramagnéticos, sin embargo, generan un campo del mismo sentido
que el que reciben y son atraídos por los imanes.


Conclusión
Los materiales son las sustancias que componen cualquier cosa
o producto. La producción de nuevos materiales y el procesado
de éstos hasta convertirlos en productos acabados , constituyen
una parte importante de nuestra economía actual.
Los objetos que nos rodean están
fabricados con una gran variedad de
materiales
y
con
un
fin
en
específico, por lo que podemos
clasificarlos de diferentes formas; sin
embargo, el criterio más adecuado para
clasificar materiales es por sus
propiedades.

Conclusión
Todos los materiales están integrados por átomos los que se
organizan de diferentes maneras, dependiendo del material que
se trate y el estado en el que se encuentra. Las diferentes
estructuras en los materiales determinan muchas de sus
características y propiedades.
Las propiedades son un conjunto de
características diferentes para cada
cuerpo o grupo de cuerpos, las cuales
ponen de manifiesto tanto sus
cualidades como su forma de
comportamiento.


Bibliografía
 Prof. Ronald Márquez, Materiales de Ingeniería Química, Escuela
de
Ing.
Química,
Universidad
de
los
Andes,
URL:
http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/marquezronald/wpcontent/uploads/2009/08/1_Introduccion-a-los-Materiales.pdf
 Suleyra Cornelio Aquino, Bibiana Hdez. Hdez., Estado y Propiedad
de los Materiales, Universidad Tecnológica de Tabasco, URL:
http://issuu.com/bibillana/docs/estado_y_propiedad_de_los_materiales
 Leoncio Venteo, Propiedades de los materiales, Asociación de
Profesores
de
Tecnología,
URL:
http://roble.pntic.mec.es/~lventeo/Temas/Propiedades/Propiedades.html


Bibliografía

 Prof. Miguel Pérez Agustí, Introducción, clasificación de los
materiales y propiedades,
Universidad de Sevilla, URL:
estudiantesingenieria.es/apuntes/MaterialesQuimicos/
Tema
1
Introducción, Clasificacion Materiales y Propiedades.ppt

 Aguirre Dávila Karen Alicia, Gutiérrez García Jezareli et
al, Estructura de los Materiales Puros, Grupo de Ing. Industrial, URL:
http://www.slideshare.net/izzy58/estructura-de-los-materiales-puros


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