PROPIEDAD DE LOS MATERIALES

Ing. Leandro Barragán Gallardo

Segundo semestre de Ingeniería Industrial

Clave de la materia INC-1024

UNIDAD I. CLASIFICACION DE LOS MATERIALES

1.1 GENERALIDADES• La mayoría de los materiales utilizados en ingeniería se dividen

en tres grupos principales: materiales metálicos, poliméricos y cerámicos , en estos apuntes se distinguirá entre ellos con base en algunas de sus propiedades mecánicas, eléctricas, magnéticas, químicas y térmicas.

1.2 MATERIALES PUROS Los materiales puros están formados por partículas (átomos o moléculas) iguales, tienen una composición fija, no pueden separarse por medios físicos.

Sus propiedades son específicas, bien definidas y no varía.

 

Algunas de estas propiedades son: • El calor• El sabor• El olor• La densidad• La temperatura (de fusión y ebullición)• La solubilidad• La conductividad eléctrica y térmica.

 

Algunas sustancias puras: • Cobre• Sal• Diamante• Agua• Azúcar• Oxigeno• Mercurio• Ozono

1.3 ALEACIONESUna aleación es una combinación, de propiedades metálicas, que está compuesta por dos o más elementos, de los cuales, al menos uno es un metal.

 Las aleaciones están constituidas por elementos químicos como Fe, Al, Cu, Pb, ejemplos concretos de una amplia gama de metales que se pueden alear. El elemento aleante puede ser no metal, como: P, C, Si, S, As, etc.

 

Aleaciones más comunes:

 

ACERO (Fe-C ):

Aceros de bajo carbón <0.25% C

Acero de medio carbón 0.25 _ 0,6% C

Acero de alto carbón 0.6 – 1.7%

Acero inoxidable(Fe-C ): Martensiticos 0.2- 1.2% C, 12-18% CrFerrificas <0.2% C, 12-30% CrAuténticos 16-28% Cr, 7-20% Ni, 1.5-6% Mo.

HIERROS COLADOS(Fe-C - Si- Mn, P. S)

Hierros colados

C % Si% Mn% S% P%

Maleable 2-2.65 1.1-1.6 .25-1.0 .05-.18 <.18

Gris 2.5-4 1.0-3.0 .25-1 .02-.25 .05-1.0

Modular 3-4 1.8-2.8 .1-1 <.03 <.10

Aleaciones comunes

-Bronce:

(Cu-Sn) con 3% a 20% de Sn.

-Latón:

(Cu-Zn) de 5 a 40% Zn

-Alnico:

Co (5-24%), Al (8-12%), Ni(15-26%)

-Cuproaluminio:

Cu-Al

-Peltre:

Sn-Cu-Ab, Pb

DIAGRAMA HIERRO-CARBONO (MATERIALES FERROSOS)

EL ACERO PUEDE TENER LAS SIGUIENTES FASES DE EQUILIBRIO

1. Ferrita (α). Consiste en átomos de hierro con estructura cristalina BCC y átomos de carbono en los sitios intersticiales. La cantidad de átomos de carbono presentes en la ferrita es pequeña. La ferrita es una fase muy suave, dúctil y magnética.

2. Austenita (y). Consiste en átomos de hierro con estructura FCC y átomos de carbono en los sitios intersticiales. Presenta menor suavidad y ductilidad que la ferrita. Es una fase no magnética.

3. Cementita (Fe3C). También se llama Carburo de Hierro. Es un compuesto intermetálico. Es una fase muy dura y frágil.

4. Perlita. Es una fase que resulta de la reacción eutectoide del acero. La reacción eutectoide permite que la austenita en estado sólido se transforme en ferrita y cementita, ambas también en estado sólido. Esta transformación es similar a la reacción eutéctica, por lo que la fase resultante tiene una apariencia similar al sólido eutéctico.

DIAGRAMA DE LATON

DIAGRAMA DE Al-Si

1.4 MATERIALES INORGANICOSEn general los materiales inorgánicos son aquellos en los que, por lo general, no está presente el carbono, salvo en los casos como carbonatos, monoxido y dióxido de carbón, diamante, grafito de fulereno.

 

Tipos de materiales inorgánicos:

-Sales

-Metales y aleaciones

-Gases atmosféricos

-Ácidos (sulfúrico, clorhídrico, nítrico, fosfórico),

-Azufre

-Silicio-Arcillas y cerámicas

- Minerales.

 

1.4 MATERIALES ORGANICOS

La materia orgánica es materia compuesta de compuestos orgánicos que provienen de los restos de organismos que alguna vez tuvieron vida, tales como plantas y animales y sus productos de residuos en el ambiente natural.

Ejemplos de materiales orgánicos:

-Plásticos

-Productos del petróleo

-Madera

-Papel

-Hule

-Piel, cera, lana, corcho, etc.

PLASTICOS SINTETICOS• TERMOPLASTICOS: Polietileno, PVC, Polipropileno,

Estírenos - acrilonitrilo, ABS, Acrílico, Acetatos celulósicos, Politetrafluoroetileno, Poliestireno, Poli cloruro de vinilo, Poliacrilonitrilo, Polimetil metacrilato, Fluoroplasticos, Poliamidas(nailon),Policarbonato, Acetales, Poliésteres, Sulfuro de polifenileno, Polieterimida.

• TERMOFIJADOS: Fenolicos, Resinas epoxicas, Poliésteres insaturados, Resinas amínicas.

• ELASTOMEROS(CAUCHO): Caucho sintético, polibutadieno, neopreno, nitrilo.

Madera de uso común

• MADERAS BLANDAS: Fresno, Pino, Abeto, Cedro, Ciprés, Álamo, Abedul, Aliso, Ébano.

• MADERAS DURAS: Olivo, Olmo, Caoba, Nogal, Roble, Arce, Cerezo, Encino, Coa.

1.5 MATERIALES CERAMICOS• CERAMICA: Los materiales cerámicos son inorgánicos, materiales

no metálicos que constan de elementos metálicos y no metálicos enlazados entre si principalmente por enlaces iónicos y/o enlaces covalentes. La composición química de los materiales cerámicos varia considerablemente, desde los compuestos simples hasta mezclas de muchas fases complejas enlazadas.

• CEMENTO PORTLAND: El mas importante de todos los materiales inorgánicos aglutinantes es, con mucho , el cemento Portland. Este producto recibe ese nombre por su semejanza con piedras extraídas de una cantera cercana a Portland, en las Islas Británicas. El cemento Portland, a diferencia de la cal y el yeso, es un material sintético que se hace mediante la calcinación cuidadosa de mezclas controladas de materiales arcillosos y calizos. Los materiales arcillosos proporcionan SiO2, y la masa calcinada consiste, principalmente, silicato de cal. Puesto que fragua y se endurece con agua es hidráulico.

1.5 CONTINUACION

• YESO: La materia prima para los productos de yeso es el mineral de yeso pétreo, CaSO4 .2H2O. Como muchos otros minerales, el yeso contiene impurezas, tales como dióxido de silicio, alúmina y piedra caliza, que, por lo común , no se consideran

• VIDRIOS: El vidrio es un solido amorfo con la estructura de un liquido. Se ha superenfriado, técnicamente, se define como un producto inorgánico de fusión que se ha enfriado hasta adquirir una condición rígida sin cristalizarse. El vidrio no tiene un punto distintivo de fusión o solidificación, por lo que su comportamiento es similar al de las aleaciones amorfas y polímeros amorfos.

CONTINUACION• Las cuentas de vidrio se produjeron por primera vez hacia el ano

2000 a.C. y el arte de soplar vidrio después del 200 a.C. Hasta finales del siglo XVII, la sílice se utilizaba para todos los productos de vidrio. Los rápidos desarrollos en vidrio se iniciaron a principios del siglo XX. En la actualidad existen unos 750 tipos de vidrios disponibles comercialmente, con aplicaciones que van desde vidrios para ventanas hasta vidrio para contenedores, utensilios de cocina, iluminación, tubos de TV y CRT, incluso vidrios con características especiales mecánicas, eléctricas, de alta temperatura, contra ataques químicos, de corrosión y ópticas. Todos los vidrios tienen por lo menos 50% de sílice, que se conoce como formador de vidrio. La composición y las propiedades de los vidrios pueden modificarse en gran medida mediante la adición de óxidos de aluminio, sodio, calcio, bario, boro, magnesio, titanio, litio, plomo y potasio. Según su función, estos óxidos se conocen como intermedios o modificadores.

CONTINUACION• TIPOS DE VIDRIOS:• Vidrio de sosa y cal (el tipo mas común)• Vidrio de plomo alcalino• Vidrio de borosilicato• Vidrio de aluminosilicatos• Vidrio con 96% de sílice• Vidrio de sílice fundida.• Los vidrios también se clasifican como coloreados, opacos

(blancos o translucidos), de formas múltiples (variedad de formas), de características ópticas, fotocromaticos (se oscurecen cuando se exponen a la luz, como en el caso de los anteojos para el sol), fotosensibles (cambian de claros a opacos), fibrosos (estirados como fibras largas, como en la fibra óptica), etc.

CAL• Cal: Es un termino que designa todas las formas físicas en los

que pueden aparecer el oxido de calcio (CaO) y el oxido de calcio y magnesio (CaMgO2 ), denominados también , cal viva y dolomita calcinada respectivamente. Estos productos se obtienen como resultado de la calcinación de las rocas (caliza o dolomita). Adicionalmente, existe la posibilidad de añadir agua a la cal viva y a la dolomita calcinada obteniendo productos hidratados denominados comúnmente cal apagada o hidróxido de calcio (Ca(OH)2) Y dolomita hidratada (Ca Mg(OH)4).

• La cal se ha usado, desde la mas remota antigüedad, de conglomerantes en la construcción; también [para pintar muros y fachadas de edificios construidos con adobes.