“AÑO DE LA PROMOCIÓN DE LA INDUSTRIA
RESPONSABLE Y DEL COMPROMISO
CLIMÁTICO”
TEMA :
SELECCIÓN DE MATERIALES
CURSO :
CIENCIA DE LOS MATERIALES
INGENIERO :
ING.ALFREDO FERNANDEZ
FACULTAD :
INGENIERÍA DE INDUSTRIAL-
ESCUELA :
INGENIERÍA MECATRONICA
INTEGRANTES : GUERRERO LOPEZ JESUS FRANCISCO
AYALA GARRIDO JORGE ARMANDO
GONZALES ATOCHE YAN MARCO
PIURA – PERÚ
2014
SELECCIÓN DE MATERIALES
DEFINICIÓN
Trata de una actividad que involucra una gama de conocimientos técnicos que van desde el diseño hasta el
análisis de desempeño en el campo
IMPORTANCIA DE LA SELECCIÓN DE MATERIALES
Para determinar la importancia de la selección de materiales primero analizaremos estos 2 cuadros
La importante conclusión del análisis de las 2 imágenes, es resaltar la importancia de la selección del material,
ya que este tiene que por lo general estar de acorde a sus especificaciones y tener errores mínimos, ya que
vemos, que no se puede obviar nada, porque esto es lo que causa las fallas o errores.
ESPECIFICACIONES GENERALES PARA LA SELECCIÓN DE MATERIAL
La elección de un material u otro depende de múltiples factores, entre los que destacan:
Las características técnicas, que indican la capacidad del material para responder a las exigencias de
funcionamiento. Del material de una suela de zapato se espera, por ejemplo, que sea flexible e
impermeable, o de la estructura de una bicicleta, que sea resistente y ligera.
Las, cualidades estéticas y sensoriales que están relacionadas con las sensaciones al tacto, olor,
color, etc. Por ejemplo, los muebles de madera resultan más cálidos que los de plástico o metal.
El precio y la disponibilidad del material en las formas y tamaños deseados. A veces, la dificultad para
conseguir un determinado material encarece su precio, como ocurre con el diamante o el oro.
El comportamiento ecológico, según los problemas medioambientales que provoque su producción o
utilización, y su capacidad para ser reciclado.
Las posibilidades de fabricación, que indican la mayor o menos dificultad para trabajar el material, las
formas que puede adoptar o los medios y técnicas que se precisan en cada caso.
El aluminio, por ejemplo, puede fundirse y rellenar un molde para obtener piezas complicadas, pero
este procedimiento no puede usarse con madera.
Materiales en Ingeniería
En la actualidad los materiales se diseñan de acuerdo a una aplicación específica, esto es gracias
a la gran cantidad de información disponible y a las herramientas que permiten predecir el
comportamiento mecánico de un material.
Factores a considerar para la selección de un material:
1. Factibilidad de fabricación
2. Estabilidad dimensional
3. Compatibilidad con los demás materiales
4. Reciclabilidad
5. Impacto ambiental durante su fabricación y desecho
6. Costo de fabricación
Figura 1.1: Ciudad de Querétaro principios de siglos
Tipos de Materiales
1. Metáles
2. Cerámicos
3. Polímeros
4. Semiconductores
5. Vidrios
6. Cemento y Concreto
7. Compósitos
Metales
Cerámicos Polímeros Compósito
METALES
a. Ferrosos (Aceros y Fundiciones)
b. No-Ferrosos (Bronces, Latones, Inconel etc..)
CERÁMICOS
a. Oxidos (Al2O3, ZrO)
b. Nitruros (Si3N4)
c. Carburos (WC, TiC, Fe3C)
d. Compuestos Complejos
VIDRIOS (BASE SILICE Y SILICATOS)
a. Aplicaciones ópticas
b. Resistentes al calor
POLÍMEROS (COMPUESTOS ORGANICOS)/RESINAS:
a. Termofijos: redes poliméricas con enlaces cruzados
b. Termoplasticos: enredamiento de moléculas de peso molecular alto
CEMENTO Y CONCRETO
COMPOSITOS (MATERIALES COMPUESTOS)
Metal + Cerámico = Compuestos de matriz metálica (MMC) o matriz cerámica (CERMET)
Cerámico 1 + Cerámico 2 = Composito cerámico o Cerámico reforzado (Fibras, hojuelas o
Partículas
Vidrio + Fibra de cerámico = Vidrio cerámico
Fibra de Carbon + Resina (Termofija)
Fibra de Vidrio + Resina (Termofija)
Fibra de Polímero + Resina (Termofija)
La Comparacion de los valores de limite de cedencia para diferentes materiales
Atributos de los Diferentes Materiales (25 °C)
E=Excelente , A=Alta, M=Media, B=Baja, N=Nula
Clases de materiales de ingeníeria y su constitucion
Relación entre estructura, propiedades y procesamiento
El aspecto fundamental que debe tomarse cuando se requiere producir un componente con una
geometría y propiedades adecuadas, es el desempeño que éste tendría durante su vida útil. Para
poder hacer la mejor selección y diseño, debemos tomar en cuenta la compleja relación entre la
estructura interna del material, su procesamiento y sus propiedades finales. Cuando alguno de los
tres aspectos de esta relación cambia los otros dos se ven afectados. Por lo que resulta ventajoso
poder determinar la relación que existe entre estos tres aspectos a fin de obtener el producto
requerido.
Estructuras
Átomo (distribución de electrones)
Arreglo atómico (tipo de enlace, tamaño relativo de iones o átomos)
Granos (forma y tamaño de los granos). Bronce C8630
Aleaciones multifásicas (tipo, distribución y cantidad).Composito fibra epoxíca/vidrio
Fotografía mostrando dendritas en un rechupe en u
a aleación Al-Ti. La fotografía
fue tomada usando un microscopio electrónico de
barrido
El procesamiento de un material por lo general afecta la estructura de éste. Por ejemplo, una
barra de cobre o acero fabricada por fundición tendrá una microestructura diferente a la de una
barra obtenida por conformado mecánico. La forma, tamaño y orientación de los granos puedeser
diferenteEn las fundiciones se pueden observar huecos: (rechupes) debidos a la contraccióndel metal durant
e la
solidificación, burbujas de gas; partículas no metálicas (inclusiones) y granoscolumnares o estructuras
dendríticas desarrolladas en la pared del molde hacia el centro de la pieza.
La estructura y propiedades originales determinan la manera de procesar el
material. Las piezas de fundición que contengan huecos pueden sufrir agrietamiento durante un
conformado mecánico posterior. Las aleaciones que han sido endurecidas por alteraciones de la
estructura cristalina se vuelven "fragiles" y pueden fracturarse durante un conformado posterior.
En el caso de los polímeros, sus propiedades mecánicas están determinadas por su estructura
química y peso molecular. Propiedades como la resistencia a la tensión, módulo de Young,
dureza y facilidad de proceso requieren un valor de peso molecular mínimo para alcanzar lo
óptimo. Si bien la resistencia mecánica aumenta con el peso molecular, la facilidad de
procesamiento disminuye. Las variables más importantes que determinan el estado físico de un
polímero son la magnitud y naturalea de las restricciones al movimiento de sus cadenas
moleculares, principalmente en el estado amorfo; en cambio cuando existe cierto grado de
cristalinidad el material se endurece, aumentando su punto de fusión y propiedades mecánicas.
Diagrama esquematico de una molécula polímerica.
La viscosidad, que es una de la propiedades más importantes de los polímeros, se ve afectada por
el grado de ramificación de sus moléculas.
PROPIEDADES
Propiedades mecánicas.-éstas propiedades determinan cómo responde un material al aplicársele
una fuerza o un esfuerzo. Las propiedades más comunes son la resistencia mecánica, la
ductilidad, y la rigidez del material aunque también son importantes la resistencia al impacto,
resistencia a la fatiga, termofluencia y desgaste. Las propiedades mecánicas no sólo determinan
el comportamiento del material en operación, si no que influyen en la facilidad con que puede ser
conformado en un producto.
Propiedades físicas.-en éstas se incluyen el comportamiento eléctronico, magnético, óptico,
térmico y elástico. Las propiedades físicas dependen tanto de la estructura como del
procesamiento de los materiales.
PROCESAMIENTO
El procesamiento de los materiales genera la forma deseada del componente a partir de un material uniforme.
Efectos ambientales sobre los materiales
La mayoria de los materiales se encuentran expuestos a diferentes cambios ambientales y
climáticos como lo son: cambios en la temperatura, y cambios de las condiciones atmósfericas;
pero en algunos caso las mismas condiciones de servicio requieren materiales expuestos a
condiciones extremas como es el caso partícular de las álabes de turbinas de avión.
TemperaturaLos cambios en la temperatura pueden causar alteraciones considerables de las propiedades de
los materiales, debidos principalmente a:
1. Reblandecimiento
2. Degradación
3. Transformaciones de fases
4. Fragilización
Efecto de la temperatura sobre la resistencia mecánica
Corrosión
Reacción de un material con el oxígeno u otros gases, particularmente a alta
temperatura. Los líquidos corrosivos también atacan a algunos materiales. De todos los
problemas metalúrgicos que conciernen a un ingeniero, el más importante desde el
punto de vista económico es la corrosión. Los metales no se corroen en lugares donde
no hay atmósferas. La camara Hasselblad que dejaron los astronautas estadounidenses
en La Luna permanece en perfectas condiciones en lo que a partes metálicas concierne,
ya que debido a efectos de la radiación algunos de sus componentes no metálicos pueden dañarse
Astronauta portando una camara Hasselbland en la superficie lunar
Oxidación o Corrosión en Seco
Los metales del grupo I y II de la Tabla Periodíca reaccionan imediatamente con el oxígeno por
lo que tienen un uso muy limitado en el área de la construcción. Así, la mayoria de los metales
que se utilizan son aquellos que se encuentran en la denominada zona de transición y se
caracterizan por tener menor afinidad por el oxígeno. La oxídación es muy lenta en estos metales
a temperatura ambiente, pero se ve incrementada con el aumento de la temperatura. Cuando el
Fierro se calienta en una atmósfera rica en oxígeno, es cubierto por una capa negra de FeO
Corrosión Electrolítica o Corrosión en Húmedo
La corrosión eletrolítica es de alguna manera la responsable de la mayoría de la corrosión, que
ocurre en los metáles a temperatura ambiente. Este tipo de corrosión ocurre cuando dos metales
con diferentes potenciales de electrodo, que estan en contacto eléctrico uno con otro y en
presencia de un electrólito.
Sección de tuberia de un sistema de agua, presentando corrosión localizada
Este tipo de corrosión es muy parecida a lo que
ocurre en una celda galvánica, que consiste en
una placa de cobre (Cu) y una de zinc (Zn), inmersas
en una solución de ácido sulfúrico (electrólito).
Cuando el circuito es cerrado la corriente
empieza a fluir en el amperímetro, ésta corriente
esta compuesta de los electrones que se
producen en la placa de Zn, como su concentración
se ve aumentada ahí, los iones Zn++ tienden a fluir
hacia la placa de Cu . Los electrones que fluyen hacia
la placa de Cu reducen a los iones H+ produciendo
gas H2.
Celda electrolítica Zn/Cu