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?Que es un Material¿
La Palabra material proviene del termino latino materialis y hace referencia a lo que
tiene que ver con la materia (mater) que significa Madre, haciendo mención a la
sustancia primaria con la cual están hechas todas las cosas.
En ingeniería, un material es una sustancia (elemento o mas comúnmente,
compuesto químico) con alguna propiedad útil, sea mecánica, eléctrica,
óptica, térmica o magnética.
La producción y el procesado de nuevos materiales para convertirlos en
productos acabados constituyen una parte importante de nuestra economía
actual.
Los ingenieros diseñan la mayoría de los productos manufacturados y los
sistemas de procesos necesarios para su fabricación.
?Que es un Material¿
Puesto que los productos requieren materiales, los Ingenieros deben tener
conocimiento sobre la estructura interna y propiedades de los materiales de modo
que sean capaces de seleccionar el material más adecuado para cada aplicación
y también capaces de desarrollar los mejores métodos de proceso.
Clasificación de los Materiales.
Materiales.
Metales. Polímeros. Cerámicos
y Otros. Compósitos.
Ferrosos. No Ferrosos.
Amorfos.
Termoplásticos. Termofijos.
Elastómeros.
Aceros
Aceros
Inoxidables
Aceros Grado
Herramienta
Hierros
Fundidos
Aluminio
Cobre
Bronce
Titanio
Tungsteno
Acrílicos
ABS
Nylon
Polietilenos
PVC
Epoxicos
Fenólicos
Polimidas
Hules
Silicones
Poliuretanos
Látex
Óxidos
Nitruros
Carburos
Vidrios
Cerámicas Variadas
Grafito
Diamante
Plásticos Reforzados
Matriz Metálica
Matriz Cerámica
Laminados
Clasificación de las Propiedades
de los materiales.
Comportamiento y Propiedades
de Manufactura de los Materiales.
Estructura de
los Materiales
Propiedades
Mecánicas Propiedades
Físicas y Químicas
Modificación
de Propiedades
Enlaces atómicos;
metálica, covalente, e
Iónica
Cristalina
Amorfa
Parcialmente cristalina
Cadenas de polímeros
Resistencia
Ductilidad
Elasticidad
Dureza
Fatiga
Cadencia,
Tenacidad
Fractura
Densidad,
Punto de fusión,
Conductividad térmica,
Expansión térmica,
Conductividad eléctrica,
Oxidación, corrosión
Tratamiento térmico,
Endurecimiento por
Precipitación
Recocido,
Revenido
Tratamiento Superficial
Aleación
Refuerzos
Compósitos
Laminados
Rellenos
Estructura Química de los
materiales.
Enlaces Atómicos. Los átomos se unen entre si para formar moléculas
mediante fuerzas de enlace. El enlace se define como la fuerza que mantiene
juntos a grupos de dos o mas átomos y provoca que funcione como unidad.
Tipos de Enlace.
Iónico. Covalente. Metálico.
Solidos Iónicos. Metálicos. Sustancias
Moleculares.
Solidos de Red
Covalente.
Fluorita
Sal
Agua
Gas
Nitrógeno
Cuarzo
Diamante.
Oro
Cobre
Enlace Iónico. Consiste en la atracción electrostática entre átomos con
cargas eléctricas de signo contrario, este tipo de enlace se suele producir
entre un no metal y un metal.
Enlace Covalente. Las reacciones entre dos átomos no metales producen
enlaces covalentes. Este tipo de enlace se produce cuando existe una
electronegatividad polar.
Enlace Metálico. Los átomos de los metales pierden fácilmente los
electrones de valencia y se convierten en iones positivos, por ejemplo Na+,
Cu2+, Mg2+. Los iones positivos resultantes se ordenan en el espacio
formando la red metálica.
Estructura Química de los
materiales.
Clasificación de la Estructura
molecular de los materiales.
Estructura Cristalina. Cuando las moléculas que componen un sólido están
acomodadas regularmente, decimos que forman un cristal, y al sólido
correspondiente le llamamos sólido cristalino.
Estructura Cristalina Metálica. Estructura Cristalina de un
Polímero.
Clasificación de la Estructura
molecular de los materiales.
Estructura Amorfa. Materiales en los que sus átomos siempre están en
desorden o desalineados aún en su estado sólido. No presentan una disposición
interna ordenada por lo tanto no tienen ningún patrón determinado. Amorfo quiere
decir que no tienen forma.
Estructura Amorfa de un
Polímero.
Estructura Amorfa de un
Cerámico.
Metales. En la mayoría de los metales sus átomos están ordenados siguiendo un
patrón definido, denominados cristales y a este arreglo se le llama estructura
cristalina. Al grupo mas pequeño de átomos que muestran la estructura de red,
característica de un metal en particular se le conoce como celda unitaria. Existen
tres arreglos atómicos básicos en los metales:
Estructura cubica centrada en
el cuerpo. (bcc) Hierro alfa, cromo, molibdeno,
tantalio, tungsteno y vanadio.
Estructura cubica centrada en
las caras. (fcc) Hierro gama, aluminio, cobre,
níquel, plomo, plata, oro platino
Estructura hexagonal
compacta. (hcp) Berilio, cadmio, cobalto, magnesio,
titanio alfa, zinc y zirconio
Estructura Molecular de los
materiales.
Polimeros. Los polímeros se definen como macromoléculas compuestas por
una o varias unidades químicas (monómeros) que se repiten a lo largo de toda
una cadena.
Etileno 𝐶2𝐻4
Monómero Propileno 𝐶3𝐻6
Monómero Polietileno
Polipropileno
Molécula Molécula
Estructura Molecular de los
materiales.
Estructura Molecular de los
materiales.
Ceramicos. Los materiales cerámicos son compuestos químicos inorgánicos o
soluciones complejas, constituidos por elementos metálicos y no metálicos unidos
entre sí principalmente mediante enlaces iónicos y/o covalentes.
Un gran número de materiales cerámicos poseen estructuras típicas como la
Estructura cristalina tipo XY (X: catión +, Y: anión -) del NaCl, de blenda (ZnS).
Cloruro de Sodio
(NaCl)
Sal.
Sulfuro de Zinc
(ZnS)
Blenda o Esfalerita.
Igual Numero de
Cationes y
Aniones
Estructura Molecular de los
materiales.
Cerámicos. Sin embargo la mayoría de los cerámicos tienen estructuras cristalinas
más complicadas y variadas. Estructura cristalina tipo XmYp de la fluorita (CaF2).
Es otro claro ejemplo.
Fluoruro de Calcio
(Ca𝑭𝟐)
Fluorita.
Dióxido de Uranio
(U𝑶𝟐)
Urano.
Número de Cationes
distinto del número de
Aniones
Cerámicos. Estructura cristalina tipo XmZnYp
Estructura Molecular de los
materiales.
Titanato de Bario.
(BaTi𝑶𝟑)
Perovskita
Oxido de magnesio y aluminio.
(𝑴𝒈𝑨𝒍𝟐𝑶𝟒)
Espinela.
Dos tipos de
cationes (X y Z) y un
anión (Y)
Clasificación de las Propiedades
Químicas de los materiales.
Las propiedades químicas de los materiales son consecuencia directa de la
estructura molecular. Existen dos procesos naturales que pueden alterar la
composición química de un material.
Oxidación. La oxidación es una
reacción química donde un metal o
un no metal cede electrones, y por
tanto aumenta su estado de
oxidación.
Corrosión. La corrosión se
define como el deterioro de un
material a consecuencia de
un ataque electroquímico por su
entorno. De manera más general,
puede entenderse como la
tendencia general que tienen los
materiales a buscar su forma más
estable o de menor energía
interna.
Clasificación de las Propiedades
Físicas de los materiales.
Son consecuencia del ordenamiento en el espacio de los átomos, las
principales son:
Densidad. Es la relación entre la masa de una determinada cantidad de material y
el volumen que ocupa (Kg/𝑚3).
Peso Especifico. Es la relación entre el peso de una determinada cantidad de
material y el volumen que ocupa (𝑁/𝑚3).
Clasificación de las Propiedades
Físicas de los materiales.
Propiedades Eléctricas. Son las que están basadas en como reacciona un
material ante un campo eléctrico, entre las cuales se encuentran:
Resistividad. Es la resistencia que ofrece un material al paso de
corriente eléctrica (Ω*m). Según sea la resistividad, los materiales
pueden ser conductores, aislantes, semiconductores o
superconductores.
Rigidez Dieléctrica. Es la máxima tensión
que puede soportar por unidad de longitud
un aislante sin que se produzca en el una
chispa o descarga (kV/cm).
Clasificación de las Propiedades
Físicas de los materiales.
Propiedades Térmicas. Es la acción con la cual los materiales reaccionan
al aplicarles calor.
Dilatación Térmica. Es el aumento de tamaño de un material al
aumentar la temperatura, se debe a la mayor vibración de las
partículas.
Calor Especifico. Es la cantidad de calor que hay que aportar a la
unidad de masa de una sustancia o material para elevar un grado de
temperatura (J/g*K).
Clasificación de las Propiedades
Físicas de los materiales.
Temperatura de Fusión. Es la
temperatura a la cual una sustancia o
material empieza a fundirse.
Calor Latente de Fusión. Es el calor que
hay que dar a la unidad de masa de una
sustancia o material que esta a la
temperatura de fusión para que pase de
solido al liquido (kJ/mol).
Clasificación de las Propiedades
Físicas de los materiales.
Difusión. Es la tasa de cambio con que un material aumenta de temperatura,
al ser puesto en contacto con una fuente de calor.
Conductividad Térmica. Es la capacidad de un cuerpo para transmitir calor
(K°).
Clasificación de las Propiedades
Físicas de los materiales.
Propiedades Magnéticas. Según sea el
comportamiento del material a los campos
magnéticos, pueden ser Diamagnéticos (se
oponen al campo magnético debilitándolo Ej: oro,
plata cobre.), Paramagnéticos (aumentan
ligeramente un campo magnético aplicado Ej:
Titanio, Wolframio) o Ferromagnéticos (amplían un
campo magnético aplicado Hierro, acero, Níquel).
Propiedades Ópticas. Según sea el
comportamiento de un cuerpo al recibir luz (esta
sufre reflexión, difusión y refracción), este será
opaco, transparente o translucido.
Clasificación de las Propiedades
Mecánicas de los materiales.
Las propiedades mecánicas determinan el comportamiento del material
cuando se encuentra sujeto esfuerzos mecánicos, el dilema de los
diseñadores es buscar las propiedades mecánicas que den al producto buena
calidad, usualmente los materiales con alta resistencia provocan que la
manufactura sea un poco complicada.
Elasticidad. Es la capacidad para
recurar la forma primitiva cuando
cesa la carga que deforma a un
material, cuando se rebasa el
limite elástico la deformación será
permanente.
Tenacidad. Es la resistencia a la
rotura por acción de fuerzas
externas.
Clasificación de las Propiedades
Mecánicas de los materiales.
Fragilidad. Es la propiedad
opuesta a la tenacidad, es la
capacidad de un material de
fracturarse con escasa
deformación.
Plasticidad. Es la capacidad de
un material para adquirir
deformaciones permanentemente
sin llegar a la rotura (maleabilidad
y ductilidad).
Clasificación de las Propiedades
Mecánicas de los materiales.
Dureza. Es la resistencia que
ofrecen los cuerpos a ser rayados
o penetrado, esto depende de la
cohesión atómica de material.
Resistencia a la Fatiga. Es la
resistencia que ofrecen los
materiales a esfuerzos
repetitivos.
Clasificación de las Propiedades
Mecánicas de los materiales.
Resiliencia. Es una magnitud que
cuantifica la cantidad de energía por
unidad de volumen que almacena un
material al deformarse elásticamente
debido a una tensión
Clasificación de Los Ensayos
Industriales.
Los ensayos industriales son las diferentes pruebas a las cual se someten los materiales industriales para analizar, evaluar y/o cuantificar las diferentes propiedades mecánicas que tienen. Atendiendo a la forma de realizar los ensayos pueden clasificarse en:
Tipos de Ensayos.
Estáticos.
Dinámicos.
Tecnológicos.
Dureza, Tensión, Compresión,
Cizallamiento, Torsión, Flexión y
Pandeo.
Resistencia al Choque y Fatiga.
Plegado, Embutido y Forja.
Microscopio, Ópticos,
Magnéticos, Eléctricos,
Ultrasonido, Rayos X y Rayos
Gamma.
Ensayos
Destructivos.
Ensayos no
Destructivos.
Fin de la Presentación
Thanks for Watching
Ing. David Antonio Córdoba Jáquez.
