INGENIERIA DE MATERIALES UNIDAD I – SEMANA 01 GENERALIDADES Ing. Miguel A. López Mucha    

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1 INGENIERIA DE MATERIALES UNIDAD I – SEMANA 01 GENERALIDADES Ing. Miguel A. López Mucha    

2 PROPÓSITO Al finalizar la unidad, el estudiante será capaz de relacionar las estructuras y propiedades de los materiales, demostrando dominio teórico y pertinencia.

3 ¿ Alguna vez se pregunto……… 1.-….. que estudian los científicos e ingenieros en Ingeniería de materiales? 2.-….. como se puede procesar laminas de acero para producir el material de alta resistencia, ligero, que absorbe energía y maleable con el que se fabrica el chasis de un automóvil? 3.-….. que es un material inteligente?

4 Ingeniería de Materiales -La Ciencia de materiales estudia los conocimientos básicos acerca de la composición, estructura y propiedades de los materiales. -La Ingeniería de Materiales tiene por objeto la aplicación de los conceptos básicos sobre los materiales, de modo que estos puedan ser convertidos en productos útiles a la ingeniería. -Ambas, Ciencia e Ingeniería de Materiales no están separadas por una frontera que las delimite, antes al contrario, se encuentran interrelacionadas.

5 La Ingeniería de los Materiales es la disciplina que se encarga de estudiar cómo están formados los materiales y cuáles son sus propiedades. El estudio de los materiales se aborda de la manera siguiente:

6 La estructura de los materiales se clasifica en cinco niveles 1.- Macro estructura. (> 1000 nm) 2.- Microestructura. (10 – 1000 nm) 3.- Nano estructura (1 – 100 nm) 4.- Arreglos atómicos de largo y corto alcance. 5.- Estructura atómica

7 1.Estructura de los materiales. Se intenta comprender como están constituidos los materiales. Para lograr esa comprensión, la estructura de los materiales se analiza desde los siguientes enfoques: A.- E structura atómica: Se estudia cómo están formados los átomos que forman a los materiales.

8 B.- Estructura cristalina. Los diversos átomos que forman al material se agrupan entre sí cuando el material está en estado sólido. Dependiendo de la forma o patrón como se agrupen los átomos se tienen los siguientes: 1.- Materiales cristalinos: Los átomos se agrupan siguiendo los patrones de ordenamientos definidos a los conjuntos de átomos agrupados de manera regular y ordenada se les llama cristales. 2.- Materiales amorfos. Sus átomos no siguen ningún patrón cuando forman al material. Todos los átomos se encuentran colocados al azar. 3.- Materiales semicristalinos; el material posee zonas cristalinas y zonas amorfas

9 Me= f (Cq, g,Tt, Ø) C.- Microestructura: Los materiales están formados por una gran cantidad de cristales y/o zonas amorfas. Un material cristalino puede estar formado por varios cristales los cuales difieren entre sí en sus propiedades físicas. Al conjunto de cristales (o zonas amorfas); que presentan las mismas características se les llama fases. La microestructura se define como el conjunto de fases que forman al material.

10 2. LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES. Las propiedades de los materiales dependen principalmente de su estructura atómica, su estructura cristalina y su microestructura. Las propiedades del material son conceptos que permiten cuantificar el comportamiento o la reacción del material ante estímulos externos. Las propiedades pueden clasificarse de la siguiente manera:. A.- Propiedades físicas. Ejemplos de propiedades físicas son el color (cómo se comporta el material ante la luz visible), el peso (cómo se comporta el material ante la gravedad), la resistencia eléctrica (cómo se comporta el material ante una corriente eléctrica), etc. B.- Propiedades químicas: Describe como se comporta el material ante el contacto con sustancias químicas. Para nuestro estudio, las propiedades químicas más relevantes tienen que ver con la corrosión y degradación de los materiales. C.- Propiedades mecánicas. Describen cómo se comporta el material cuando se les aplican fuerzas externas

11 PROPIEDADES MECANICAS, SUS PARAMETROS Pm = f (Cq, g,Tt, Ø)

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13 Metales Compuestos Cerámica Polímeros CLASIFICACION DE LOS MATERIALES

14 1. MATERIALES METALICOS. Son materiales cuyos átomos están unidos entre sí por enlaces metálicos; el enlace metálico se caracteriza por tener electrones libres, lo cual causa entre otras cosas que los metales tengan una elevada conductividad eléctrica y térmica. Además, el enlace metálico combinado con la microestructura hace que los metales pueden ser deformados significativamente cuando se les aplica fuerzas. A esa propiedad se les llama ductilidad.

15 Materiales metálicos  Sustancias inorgánicas que están compuestos de uno o más elementos (aleaciones).  Los átomos están dispuestos de manera ordenada.  Buenos conductores eléctricos y térmicos.  Resistentes y dúctiles a temperatura ambiente; (pueden ser conformados con facilidad).  Son opacos a la luz visible.  La superficie pulida tiene apariencia lustrosa.  Ej.: Acero, aluminio, magnesio, zinc, hierro fundido, titanio, cobre, níquel, etc.

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18 2. MATERIALES CERÁMICOS.. Son compuestos químicos entre elementos metálicos y no metálicos (óxidos, nitratos, carburos). Los átomos en las cerámicas están unidas entre si por enlaces iónicos. Este enlacen hace que las cerámicas no posean conductibilidad eléctrica y térmica por lo que una de sus aplicaciones es como aislante de la electricidad y el calor. El enlace químico entre los átomos también hace que las cerámicas no puedan deformarse significativamente; propiedad que recibe el nombre de fragilidad. Debido a su naturaleza químicas las cerámicas son inertes, es decir no suelen reaccionar químicamente con el entorno que las rodean que les hace resistentes a la corrosión y degradación.

19 Materiales cerámicos Materiales inorgánicos constituidos por elementos metálicos y No metálicos cohesionados químicamente. Cristalinos, no cristalinos o mezcla de ambos La mayoría de los cerámicos tienen elevada dureza y alta resistencia a la compresión. Se caracterizan por tener escasa conductividad, tanto eléctrica como térmica. Son frágiles, tiene escasa resistencia al impacto Bajo peso, alta resistencia al calos y al desgaste, poca fricción Propiedades aislantes Ejemplo: óxidos, nitruros, carburos, minerales de arcilla, cemento, vidrio

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21 3. MATERIALES POLÍMEROS. La mayoría de estos materiales son compuestos orgánicos basados en elementos como el carbono, hidrógeno y otros elementos No metálicos su estructura consiste en moléculas largas. Los átomos que forman las moléculas están unidos entre sí por enlaces covalentes mientras que las moléculas están adheridas entre si por enlaces débiles o por interferencia física normalmente los materiales polímeros tiene baja densidad lo cual se traduce en un peso bajo. Los plásticos pertenecen a la familia de los polímeros. La mayoría de plásticos son flexibles y fáciles de deformar.

22 Polímeros Los polímeros son materiales que van desde la familia de los plásticos al caucho Se caracterizan por tener baja densidad y extraordinaria flexibilidad Poseen una resistencia eléctrica y térmica elevada. Tienen buena relación resistencia peso. No se recomiendan para aplicaciones a alta temperatura. Muchos polímeros tienen muy buena resistencia a las sustancias corrosivas.

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24 4. MATERIALES COMPUESTOS. Son mezclas físicas de dos o más tipos diferentes de materiales (metales con cerámicas; metales con polímeros, cerámicas con polímeros, etc.), lo que se busca es obtener materiales con propiedad especificas proporcionadas con los componentes que lo forman. Por ejemplo si se mezclan un polímero con fibras metálicas, es posible obtener un material compuesto que tenga bajo peso (aportado por el polímero); y al mismo tiempo pueda conducir la electricidad (propiedad aportada por las fibras metálicas).

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26 La era de los nuevos materiales ¿De qué están hechos los coches? Aquellos tiempos en los que el hierro y la madera eran los materiales predominantes en la construcción de un coche han pasado a la historia. Ahora hablamos del magnesio, del aluminio o de las fibras de carbono.

27 5. MATERIALES SEMICONDUCTORES. Su importancia se debe principalmente a que son la base de la electrónica, tiene propiedades eléctricas intermedias entre los conductores (metales) y los aislantes (cerámicos). Esta propiedad eléctrica puede controlarse en función de las impurezas (átomos diferentes), que se encuentra en el material

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