materiales industriales facultad de ingeniería en mecánica y ciencias de la producción...
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Materiales industriales
Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la
Producción
Ingeniería industrial
Objetivos de Clase 1
Resumir breve historia de la ciencia de los materiales.Identificar los tipos de materialesExplicar la diferencia entre Ciencia e ingeniería de materiales.
Historia
Edad de piedra: herramientas de materiales naturales.
Introducción del bronce (5 000 años) > Aleación (más de un metal. Bronce puede ser formado o fundido en diferente formas o puede ser endurecido mejorando la aleación).
Edad del Acero (3 000 años). Resistente y económico material, y barato, que cambió el sistema de vida cotidiana.
Ciencia de Materiales
Historia
Edad de materiales avanzados (actual): se han introducido los cerámicos, polímeros semiconductores, materiales compuestos
Investigación continua: estructuras, procesamiento, propiedades y rendimiento de los materiales.
Innovación: diseño y aplicación inteligente de los materiales.
Ciencia de Materiales
Perspectiva Tecnológica
Entendimiento estructura-procesamiento-propiedades ha conducido a un progreso en los materiales.
Ejemplo: Diferencias entre nanoarcillas y arcillas .
Encontrar soluciones y demandas tecnológicas actuales.
Ciencia de Materiales
ESTRUCTURA
PROPIEDADES
PROCESAMIENTO
¿Qué es Ciencia de Materiales ?
Ciencia que se encarga de establecer las propiedades físico-químicas de los materiales naturales o sintéticos y en base a estos conocimientos encontrar métodos de preparación y desarrollo tecnológico.
Áreas de interacción: preparación y síntesis de los materialescaracterización de los materiales, establecer relación estructura-propiedades y aplicaciones.
Ciencia de Materiales
¿Qué es Ciencia de Materiales ?
Ciencia de materiales ha sido una respuesta a las demandas tecnológicas del mercado y desarrollar productos.
¿En qué se diferencian la Ingeniería de materiales y la Ciencia de materiales?
Ciencia de Materiales
Ciencia e Ingeniería de Materiales
Propiedades
ProcesamientoEstructura
Rendimiento
Ciencia de Materiales
Investiga la relación entre la estructura y las propiedades de los materiales
Materiales de Ingeniería
Diseño de una estructura o producto para alcanzar las propiedades deseadas.
Metales
•
Procesamiento
• Estructura
• Propiedades
• Rendimiento
Plásticos
• Estructura
•
Procesamiento
• Propiedades
• Rendimiento
Ciencia de Materiales
Origen de las propiedades de los materiales: Estructura
Como se estudian las estructuras mediante la caracterización o identificación de cómo están organizados los átomos o moléculasEstructura sub-atómica: Estructura electrónica de los átomos que define la interacción entre ambos átomos Estructura atómica: arreglo de átomos en materiales. Mismo átomos pueden tener diferentes arreglosEstructura microscópica (Microestructura) : arreglo de pequeños granos de los materiales.Estructura macroscópica: Granos vistos a simple vista Ciencia de Materiales
Factor de respuesta: PropiedadesEs la respuesta de un material al interactuar con una estimulo externoMecánicas: deformación, respuesta a fuerzas, esfuerzos, etc.Eléctricas: respuestas a campos eléctricos, conductividad, constante dieléctrica, etc.Magnéticos: respuestas de un material ante un campo magnéticoTérmicos: transmisión de calor o capacidad de calorÓpticas : absorción, transmisión o reflexión de la luz Degradación: contacto con ambientes (corrosión)
Medios para alcanzar propiedades: Procesamiento
Ejemplo: dureza vs. estructura del acero • Propiedades dependen de la estructura
Porcentaje de carbono 4% del peso
Ejemplo: estructura vs. Velocidad de enfriamiento del acero • El procesamiento puede cambiar la estructura
Hard
ness
(B
HN
)
Cooling Rate (C/s)
100
200
300
400
500
600
0.01 0.1 1 10 100 1000
(a)
30m
(b)
30m
(d)
30m(c)
4m
Ciencia de Materiales
Tipos de materiales
Metales: la valencia de electrones es refería por los átomos, dichos átomos están unidos por un mar de electrones, los electrones “pegan” los iones juntos. Caracteristicas: enlaces fuertes, buenos conductores, poseen brillos al ser pulidos, etc.
Ciencia de Materiales
Tipos de materiales
Polímeros: tienen principalmente fuerzas covalentes y de Van der Waals entre los átomos, que son formados mayormente por C e H. Son ligeros y proseen diferentes propiedades dependiendo de su estructura molecular. Son baratos y tienen buena relación entre sus propiedades y el costo
Ciencia de Materiales
Tipos de materiales
Cerámicos: los átomos se comportamiento como iones positivos o negativos y son unidos por fuerzas de Coulomb. Usualmente son combinaciones de metales o semiconductores con oxigeno, nitrógeno o carbono. Características: duro , frágil y aislantes. Ejemplo: porcelana.
Ciencia de Materiales
Tipos de Materiales
Semiconductores: los enlaces son covalentes. Sus propiedades eléctricas depende de la purezas del material tales como: Si o Ge. En general poseen baja conductividad eléctricaEjemplos: microchip , controla la señal eléctrica
Ciencia de Materiales
Tipo de materiales
Compuestos: los compuestos están formados por dos o mas materiales diferentes. Propiedades difieren de matriz y relleno. Ej. : Hormigón.
Ciencia de Materiales
Proceso de Selección de Materiales
Partir de una propiedad requerida. Prop: mecánica, eléctrica, óptica, decorativa, etc..Con las propiedades identificar el material a escoger o alternativas. Material: estructura, composición, cristalino, etc.Con el Material, identificar el procesamiento requerido. Procesamiento es cambiar la estructura para dar una forma determinadaAnalizar el costo del material y procesamiento con las propiedades requeridas
Ciencia de Materiales
Preguntas de repaso¿Cual es la diferencia ciencias de los materiales y ingeniería de materiales?
Identifique los cuatro tipos básicos de materiales (Ceramicos, metales, compuesto y polímeros) dentro del aula
¿Por que a algunos periodos de tiempo tienen nombre de algunos materiales?
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