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EN ESTE DOCUMENTO SE ENCUENTRAN LAS UNIDADES DE LA I A LA IV DE LA MATERIA DE CIENCIAS DE LOS MATERIALES
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CIENCIAS DE LOS MATERIALES
La ciencia de materiales es un campo multidisciplinario que
estudia conocimientos fundamentales sobre las propiedades físicas
macroscópicas de los materiales y los aplica en varias áreas de la ciencia
y la ingeniería, consiguiendo que éstos puedan ser utilizados en obras,
máquinas y herramientas diversas, o convertidos en productos
necesarios o requeridos por la sociedad.
Los materiales de Ingeniería están divididos en tres los cuales
son:
INTRODUCCION ALA CIENCIA E INGENIERIA
DE LOS MATERIALES
METALES
CERÁMICOS
POLÍMEROS
1.1 INTRODUCCIÓN A LA CIENCIA E INGENIERIA DE LOS
MATERIALES
METALES
Estos materiales son sustancias inorgánicas que están compuestas de uno o
mas elementos metálicos, pudiendo contener también algunos elementos no
metálicos , ejemplo de elementos metálicos son hierro cobre , aluminio , níquel
y titanio mientras que como elementos no metálicos podríamos mencionar al
carbono.
Tienen baja conductividad eléctrica y térmica y son usados a menudo como
aislantes. Son fuertes y duros, aunque frágiles y quebradizos. Nuevas
técnicas de procesos consiguen que los cerámicos sean lo suficientemente
resistentes a la fractura para que puedan ser utilizados en aplicaciones de
carga. Dentro de este grupo de materiales se encuentran: el ladrillo, el vidrio,
la porcelana, los refractarios y los abrasivos.
CERÁMICOS.
POLIMEROS
En estos se incluyen el caucho (el hule) , los plásticos y muchos tipos de
adhesivos. Son grandes estructuras moleculares creadas a partir de moléculas
orgánicas. Tienen baja conductividad eléctrica y térmica, reducida resistencia y
debe evitarse su uso a temperaturas elevadas.
1.1 INTRODUCCIÓN A LA CIENCIA E INGENIERIA DE LOS MATERIALES
1.1 INTRODUCCIÓN A LA CIENCIA E INGENIERIA DE LOS MATERIALES
CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES
La manera más general de clasificación de los materiales es la siguiente:
a. Metálicos
Ferrosos
No ferrosos
b. No metálicos
Orgánicos
Inorgánicos
Los metales ferrosos como su nombre lo indica su principal componente es el fierro, sus
principales características son su gran resistencia a la tensión y dureza. Las principales aleaciones se logran
con el estaño, plata, platino, manganeso, vanadio y titanio.
Los principales productos representantes de los materiales metálicos son:
Fundición de hierro gris
Hierro maleable
Aceros
Fundición de hierro blanco
Su temperatura de fusión va desde los 1360ºC hasta los 1425ªC y uno de sus principales
problemas es la corrosión.
Metales Ferrosos
1.2 CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES
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
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
Metales no Ferrosos
1.2 CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES
Materiales 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
1.2 CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES
Son todos 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)
Materiales de origen inorgánico
1.2 CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES
Riesgos: Personales, sociales y ambientales ocasionados por su
obtención, transporte, aplicación y almacenamiento de
materiales según su utilización.
Aplicaciones de los materiales: Principales aplicaciones de los
materiales; en particular aquellos relacionados con la
orientación. Elaboración de criterios tendientes a la
racionalización y optimización de éstos.
Producción y comercialización de materias primas:
Diferenciación entre materias primas e insumos. Nociones sobre
métodos de búsqueda, extracción y/o obtención, producción y
comercialización de los diversos materiales.
1.3 SELECCIÓN DE LOS MATERIALES
1.3 SELECCIÓN DE LOS MATERIALES
Densidad
Es la masa de un cuerpo por unidad de volumen. En ocasiones se habla
de densidad relativa que es la relación entre la densidad de un cuerpo y la
densidad del agua a 4°C, que se toma como unidad.
La densidad puede obtenerse de varias formas. Por ejemplo, para objetos
macizos de densidad mayor que el agua, se determina primero su masa en una
balanza, y después su volumen .
Peso Específico
El Peso específico de una sustancia se define como el peso por unidad
de volumen. Se calcula al dividir el peso de la sustancia en el volumen que esta
ocupa. En el sistema métrico decimal, se mide en kilopondios por metro cúbico
(kp/m³). En el Sistema Internacional de Unidades, en newton por metro cúbico
(N/m³).
Conductividad térmica
La conductividad térmica es una propiedad física de los materiales que
mide la capacidad de conducción de calor. En otras palabras la conductividad
térmica es también la capacidad de una sustancia de transferir el movimiento
cinético de sus moléculas a sus propias moléculas adyacentes o a otras
substancias con las que está en contacto.
Conductividad eléctrica
La conductividad eléctrica es la capacidad de un cuerpo de permitir el paso
de la corriente eléctrica a través de sí. También es definida como la propiedad
natural característica de cada cuerpo que representa la facilidad con la que los
electrones pueden pasar por él. Varía con la temperatura. Es una de las
características más importantes de los materiales.
Calor específico
El calor específico o más formalmente la capacidad calorífica específica de
una sustancia es una magnitud física que indica la capacidad de un material para
almacenar energía interna en forma de calor. De manera formal es la energía
necesaria para incrementar en una unidad de temperatura una cantidad de
sustancia; usando el SI es la energía necesaria para elevar en un 1 K la
temperatura de 1 kg de masa. Se la representa por lo general con la letra c.
1.3 SELECCIÓN DE LOS MATERIALES
La teoría aceptada hoy es que el átomo se compone de un núcleo de
carga positiva formado por protones y neutrones, en conjunto conocidos como
nucleones, alrededor del cual se encuentra una nube de electrones de carga
negativa.
El protón es una partícula subatómica con una carga eléctrica elemental
positiva y una masa de 1,672 621 637 × 10–27 kg o, del mismo modo, unas 1.836
veces la masa de un electrón.
PROTÓN
2.1 ESTRUCTURA ATÓMICA
NEUTRÓN
Un neutrón es una partícula con carga neutra. Fuera del núcleo atómico es
inestable y tiene una vida media de unos 15 minutos, emitiendo un electrón y un
antineutrino para convertirse en un protón. Su masa es muy similar a la del protón.
ELECTRÓN
El electrón comúnmente representado por el símbolo: e−, es una partícula
subatómica de tipo fermiónico con carga negativa. En un átomo los electrones
rodean el núcleo compuesto únicamente de protones y neutrones.
2.1 ESTRUCTURA ATÓMICA
2.4 MOVIMIENTOS DE LOS ÁTOMOS EN LOS MATERIALERS
Si no consideramos las imperfecciones en los materiales, existen tres
niveles de arreglo atómico:
Sin orden en los gases, moléculas dispersas
Orden de corto alcance solo hay unión de dos o 3 moléculas, la mayoría
de los plásticos
Orden de largo alcance estructuras ordenadas
Celda unitaria: Es la subdivisión de la red cristalina que conserva todas las
características de la red, es subdivisión de la molécula.
2.2 ARREGLOS ATÓMICOS
Entre los defectos puntuales que pueden aparecer entre los defectos cristalinos son:
-Vacante.
-Defecto Frenkel
-Defecto Schottky
-Defectos de Líneas (Dislocaciones)
- Dislocaciones de cuñas
- Dislocaciones Helicoidales
- Dislocaciones Mixtas.
2.3 IMPERFECCIONES EN LOS ARREGLOS ATÓMICOS
IMPERFECCIONES EN LOS ARREGLOS ATÓMICOS
DIFUSION
Es el movimiento de los átomos, iones o moléculas, dentro de un material.
Estos se mueven de manera predecible, tratando de eliminar diferencias de
concentración y producir una composición homogénea y uniforme.
Las imperfecciones de la red pueden consistir en la ausencia de uno o mas
átomos en los puntos correspondientes de la misma (vacancias) ó en la aparición
de un átomo diferente (de mayor o menor radio) lo que provoca tensiones y
distorsiones en la red. Los átomos más pequeños pueden acomodarse también
en los huecos dejados por los átomos de la red (sitios intersticiales)
constituyendo otro tipo de imperfección.
MOVIMIENTOS DE ÁTOMOS EN LOS MATERIALES
2.4 MOVIMIENTOS DE LOS ÁTOMOS EN LOS MATERIALES
Un típico diagrama de fase. La línea de puntos muestra
el comportamiento anómalo del agua. La línea verde marca el
punto de congelación y la línea azul, el punto de ebullición. Se
muestra cómo varían con la presión.
En termodinámica y ciencia de materiales se denomina
diagrama de fase a la representación gráfica de las fronteras
entre diferentes estados de la materia de un sistema, en
función de variables elegidas para facilitar el estudio del
mismo. Cuando en una de estas representaciones todas las
fases corresponden a estados de agregación diferentes se
suele denominar diagrama de cambio de estado.
En ciencia de materiales se utilizan ampliamente los
diagramas de fase binarios, mientras que en termodinámica se
emplean sobre todo los diagramas de fase de una sustancia
pura
4.1 SOLUCIONES SÓLIDAS Y DIAGRMAS DE FASES
Cuando aparecen varias sustancias, la representación de los cambios de
fase puede ser más compleja. Un caso particular, el más sencillo, corresponde a
los diagramas de fase binarios. Ahora las variables a tener en cuenta son la
temperatura y la concentración, normalmente en masa. En un diagrama binario
pueden aparecer las siguientes regiones:
Sólido puro o disolución sólida
Mezcla de disoluciones sólidas (eutéctica, eutectoide, peritéctica, peritectoide)
Mezcla sólido - líquido
Únicamente líquido, ya sea mezcla de líquidos inmiscibles (emulsión), ya sea
un líquido completamente homogéneo.
Mezcla líquido - gas
Gas (lo consideraremos siempre homogéneo, trabajando con pocas variaciones
da altitud).
4.1 SOLUCIONES SÓLIDAS Y DIAGRMAS DE FASES
ENDURECIMIENTO MEDIANTE TRANSFORMACIONES DE FASE
4.2 ENDURECIMIENTO MEDIANTE TRANSFORMACIONES DE FASE
