CIENCIA DE LOS MATERIALES

PERTENECE: GERARDO JOSE PLATA RODRIGUEZ

FUNDACION DEL AREA ANDINA

PROFESOR OSCAR JIMENEZ OVIEDO

2014

Aleaciones Ferrosas y No Ferrosas

Ferrosas y Aplicaciones:

Las aleaciones de Níquel-Hierro (conocidas como INVAR o NILO) forman una familia de materiales de expansión controlada. Son un componente esencial en la fabricación de termostátos bimetálicos, ampliamente usados en planchas, tostadoras, interruptores de seguridad, calefactores, termómetros, etc. El Invar tambien se utiliza en la fabricación de monitores y televisores y tubos de rayos catódicos.

Se caracterizan por su bajo coeficiente de dilatación lineal en un amplio rango de temperaturas. El Invar 36 tiene 36% de Níquel (el resto es Hierro) y posee la menor expansión térmica entre todos los metales y aleaciones en el rango desde temperatura ambiente hasta 230°C. Es una aleación ductil y soldable, y puede maquinarse en forma similar a los aceros inoxidables austeníticos.

Aplicaciones

Tubos de rayos catódicos

Bimetales

Componentes electrónicos

Sellado de vidrio

Aceros al cromo-molibdeno

Tanto el cromo como el molibdeno incrementan, de forma individual, la templabilidad de los aceros de baja aleación. Asimismo, se pueden conseguir efectos de sinergia muy importantes (no especificados por completo de momento) cuando se utilizan cromo y molibdeno de forma conjunta.

El cromo proporciona mayor resistencia a la corrosión, a la oxidación, a temperaturas elevadas y a la abrasión. El molibdeno permite mantener una templabilidad específica e incrementa la resistencia a la fluencia y a la ductilidad a elevadas temperaturas. Estos grados suelen tratarse térmicamente para conseguir propiedades específicas.

Los Aceros Inoxidables

Son una gama de aleaciones que contienen un mínimo de 11% de Cromo. El Cromo forma en la superficie del acero una película pasivante, extremadamente delgada, continua y estable. Esta película deja la superficie inerte a las reacciones químicas. Esta es la característica principal de resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables.

El extenso rango de propiedades y características secundarias, presentes en los aceros inoxidables hacen de ellos un grupo de aceros muy versátiles.

La selección de los aceros inoxidables puede realizarse de acuerdo con sus característcas:

· Resistencia a la corrosión y a la oxidación a temperaturas elevadas.

· Propiedades mecánicas del acerol

· Características de los procesos de transformación a que será sometido.

· Costo total (reposición y mantenimiento)

- Disponibilidad del acero.

Los aceros inoxidables tienen una resistencia a la corrosión natural que se forma automáticamente, es decir no se adiciona. Tienen una gran resistencia mecánica, de al menos dos veces la del acero al carbono, son resistentes a temperaturas elevadas y a temperaturas criógenicas. Son fáciles de transformar en gran variedad de productos y tiene una apariencia estética, que puede variarse sometiendo el acero l a diferentes tratamientos superficiales para obtener acabado a espejo, satinado, coloreado, texturizado, etc.

No Ferrosas y Aplicaciones:

1) El Latón Cu+Zn, para hacer grifos, tuercas y tornillos. 

2) Cuproaluminio Cu+Al, hélices de barco y turbinas. 

3) Alpaca es una aleación de Ni+Zn+Cu se utilizan en joyería barata y para hacer cubiertos.  

4) Zamak Al+Cu+Zn Para piezas de gran precisión que no requieren mecanizado. 

CERAMICOS Y APLICACIONES

TIPOS DE CERAMICOS:

No se llega a fundir el cuarzo y la arena. Son totalmente permeables a gases, líquidos y grasas.

- Arcillas cocidas: Su temperatura de cocción es entre 700-1000 ºC

- Loza italiana: temperatura de cocción 1050– 1070 ºC

- Loza inglesa: 2 fases:

1º) Cocción entre 1.200 y 1.300 °C.

2º) Se extrae del horno y se cubre de esmalte.

- Refractarios: La cocción se efectúa entre los 1.300 y los 1.600 °C. Estos productos resisten hasta 3.000 °C

- Porcelana: Se obtiene a partir de una arcilla muy pura (caolín), a la que se le añade un fundente y un desengrasante. Sufre dos cocciones:

1ª. entre 1.000 y 1.300 °C

2ª. a más alta temperatura llegando a los 1.800 °C.

a) Porcelanas blandas

b) Porcelanas duras

APLICACIONES

Los materiales cerámicos porosos sus aplicaciones con las arcillas cocidas es en baldosas, ladrillos, tejas, jarrones ,etc.

Los materiales cerámicos refractarios sus aplicaciones son en ladrillos refractarios y electrodomésticos donde se lleva a cabo investigaciones.

Los materiales cerámicos impermeables y semipermeables, tenemos el gres cerámico y la porcelana para pilas de cocina, bajillas y en la industria.

Otras aplicaciones debido a sus propiedades térmicas, eléctricas y mecánicas en muchos ámbitos industriales como por ejemplo en el sistema de protección técnica para vehículos orbitales como el transbordado espacial en forma de losetas.

También en la industria eléctrica y magnética como imanes para bocinas.

TERMOESTABLES

Los polímeros termoestables son polímeros infusibles e insolubles. La razón de tal comportamiento estriba en que las cadenas de estos materiales forman una red tridimensional espacial, entrelazándose con fuertes enlaces covalentes. La estructura así formada es un conglomerado de cadenas entrelazadas dando la apariencia y funcionando como una macromolecula, que al elevarse la temperatura de esta, simplemente las cadenas se compactan mas haciendo al polímero más resistente hasta el punto en que se degrada.

TERMOPLASTICOS

Un termoplástico es un plástico que, a temperaturas relativamente altas se vuelve deformable o flexible, se derrite cuando se calienta y se endurece en un estado de transición vítrea cuando se enfría lo suficiente. La mayor parte de los termoplásticos son polímeros de alto peso molecular, los cuales poseen cadenas asociadas por medio de fuerzas de Van der Waals débiles (polietileno); fuertes interacciones dipolo-dipolo y enlace de hidrógeno, o incluso anillos aromáticos apilados (poliestireno). Los polímeros termoplásticos difieren de los polímeros termoestables o termofijos en que después de calentarse y moldearse pueden recalentarse y formar otros objetos.

Sus propiedades físicas cambian gradualmente si se funden y se moldean varias veces (historial térmico), generalmente disminuyendo estas propiedades al debilitar los enlaces.

Los más usados son: el polietileno (PE), el polipropileno (PP), el polibutileno (PB), el poliestireno (PS), el polimetilmetacrilato (PMMA), el policloruro de vinilo (PVC), el politereftalato de etileno (PET), el teflón (o politetrafluoretileno, PTFE) y el nylon (un tipo de poliamida).

Se diferencian de los termoestables o termofijos (baquelita, goma vulcanizada) en que éstos últimos no funden al elevarlos a altas temperaturas, sino que se queman, siendo imposible volver a moldearlos.

Muchos de los termoplásticos conocidos pueden ser resultado de la suma de varios polímeros, como es el caso del vinilo, que es una mezcla de polietileno y polipropileno.

Materiales Compuestos reforzados con partículas.

Están compuestos por partículas de un material duro y frágil dispersas discreta y uniformemente, rodeadas por una matriz más blanda y dúctil

Tipos: Compuestos endurecidos por dispersión Compuestos con partículas propiamente dichas

Compuestos endurecidos por dispersión El tamaño de la partícula es muy pequeño (diámetro entre 100 i 2500 μ). A temperaturas normales, estos compuestos no resultan más resistentes que las aleaciones, pero su resistencia disminuye con el aumento de la tempertura. Su resistencia a la termofluencia es superior a la de los metales y aleaciones.

Sus principales propiedades son:

La fase es generalmente un óxido duro y estable.

El agente debe tener propiedades físicas óptimas.

No deben reaccionar químicamente el agente y la fase.

Deben unirse correctamente los materiales.

Materiales Compuestos reforzados con fibras.

Un componente suele ser un agente reforzante como una fibra fuerte: fibra de vidrio, cuarzo, kevlar, Dyneema o fibra de carbono que proporciona al material su fuerza a tracción, mientras que otro componente (llamado matriz) que suele ser una resina como epoxy o poliéster que envuelve y liga las fibras, transfiriendo la carga de las fibras rotas a las intactas y entre las que no están alineadas con las líneas de tensión. También, a menos que la matriz elegida sea especialmente flexible, evita el pandeo de las fibras por compresión. Algunos compuestos utilizan un agregado en lugar de, o en adición a las fibras.

En términos de fuerza, las fibras (responsables de las propiedades mecánicas) sirven para resistir la tracción, la matriz (responsable de las propiedades físicas y químicas) para resistir las deformaciones, y todos los materiales presentes sirven para resistir la compresión, incluyendo cualquier agregado.

Los golpes o los esfuerzos cíclicos pueden causar que las fibras se separen de la matriz, lo que se llama delaminación.

Materiales compuestos estructurales

Panel sandwich con núcleo en forma de panal.

Están formados tanto por compuestos como por materiales sencillos y sus propiedades dependen fundamentalmente de la geometría y de su diseño. Los más abundantes son los laminares y los llamados paneles sandwich.

Los laminares están formadas por paneles unidos entre si por algún tipo de adhesivo u otra unión. Lo más usual es que cada lámina esté reforzada con fibras y tenga una dirección preferente, más resistente a los esfuerzos. De esta manera obtenemos un material isótropo, uniendo varias capas marcadamente anisótropas. Es el caso, por ejemplo, de la madera contrachapada, en la que las direcciones de máxima resistencia forman entre sí ángulos rectos.

Los paneles sandwich consisten en dos láminas exteriores de elevada dureza y resistencia, (normalmente plásticos reforzados, aluminio o incluso titanio), separadas por un material menos denso y menos resistente, (polímeros espumosos, cauchos sintéticos, madera balsa o cementos inorgánicos). Estos materiales se utilizan con frecuencia en construcción, en la industria aeronáutica y en la fabricación de condensadores eléctricos multicapas.

Ejemplos de materiales compuestos

Plásticos reforzados con fibra:

Clasificados por el tipo de fibra:

Madera (fibras de celulosa en una matriz de lignina y hemicelulosa)

Plástico reforzado de fibra de carbono o CFRP o

Plástico reforzado con vidrio (GRP, GFRP o, informalmente, "fibra de vidrio")

Clasificados por la matriz:

Termoplásticos reforzados por fibra larga.

Termoplásticos tejidos de vidrio.

Compuestos termoformados o termoestables.

Compuestos de matriz metálica o MMCs:

Cermet (cerámica y metal).

Fundición blanca.

Metal duro (carburo en matriz metálica)

Laminado metal-intermetal.

Compuestos de matriz cerámica:

Hormigón/Concreto

Carbono-carbono reforzado (fibra de carbono en matriz de grafito).

Hueso (matriz ósea reforzada con fibras de colágeno)

Adobe (barro y paja)

Compuestos de matriz orgánica/agregado cerámico

Madreperla o nácar

Concreto asfáltico

Madera mejorada

Contrachapado

Tableros de fibra orientada (OSB).

Trex

Weatherbest (fibra de madera reciclada en matriz de polietileno)

Pycrete (aserrín en matriz de hielo)