Tene Escobar Jaime OlivioGrupo # 5

Informe # 12011/04/08

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

Facultad de Ingeniería Mecánica

Tecnología de Conformado Mecánico

Tema: Materiales usados en Ingeniería Mecánica

Objetivos: Clasificación de los materiales

Estructuras

Unidades Estructurales

Redes de Bravais

Propiedades

Propiedades Mecánicas

Prueba de Indentación

Marco Teórico:

CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES

Los materiales sólidos se clasifican según sus estructuras con su unidad estructural en

cinco (5) grupos; a citar:

1.- Materiales Metálicos: son sustancias inorgánicas establecidas por uno o más

elementos metálicos (aleaciones). Los átomos de los metales se acoplan consigo mismo

mediante enlace metálico, una estructura formada por el conjunto de átomos ordenados

que se denomina celda, en una red completamente cristalina de largo alcance que se

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reproduce a lo largo del vector de formación. El vector de formación es único y esta

dado por las dimensiones de la celda así se describe una red cristalina de celda unitaria.

[Apuntes tomados en clase, 2011]

2.- Materiales Cerámicos: son materiales inorgánicos no metálicos; constituidos por

elementos metálicos y no metálicos, por ejemplo los Óxidos Metalicos (MxO4);

enlazados mediante enlaces iónicos y/o covalentes. Tienen estructuras cristalinas de

corto alcance con más de dos vectores de formación; cada una se acopla mediante un

orden regular de celdas unitarias. La estructura cristalina que se forma depende del tipo

de enlace iónico o covalente de los átomos q se presente en dicho compuesto.

[SMITH,1998]

En los materiales con estructuras cristalinas formadas por enlaces iónicos, los iones de

las celdas unitarias ocupan sitios en la red que proporcionan estabilidad adecuada de

cargas, por ejemplo las estructuras de los compuestos q se asemejan a NaCl; Ca F 2, la

fluorita. Existen algunos materiales q presentan estructuras cristalinas con enlaces

covalentes, sílice (cristobalita de SiO4), q debido a la disposición de los átomos en la

celda unitaria presenta una coordinación que equilibra la carga; asi no se infringe la

direccionalidad de los enlaces covalentes. [ASKELAND, 1998]

3.- Materiales Poliméricos: es un material orgánico formado por muchas partes

químicamente acopladas como unidades enlazadas entre sí formando cadenas. Estas

partes acopladas son moléculas pequeñas que se unen mediante enlace covalente se

denominan monómeros; así la molécula de cadena larga formada por monómeros se

denomina polímeros; este proceso de agrupar monómeros se denomina polimerización.

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Los polímeros se subdividen en tres subclases en función de comportamiento mecánico

y térmico:

Termoplásticos cuya estructura se forma por cadenas lineales flexibles.

Termoestables su estructura es una red rígida tridimensional.

Elastómeros su estructura se forma por cadenas lineales con enlaces cruzados.

[ASKELAND, 1998]

Los Elastómeros: son materiales q tienen un cierto número de polímeros naturales y

sintéticos, cuyas dimensiones pueden cambiar al aplicar una tracción y q vuelven a su

originalidad cuando se quita la tracción; por ejemplo, el caucho natural, el caucho de

nitrilo, la silicona.

Materiales de Madera: es un material compuesto natural formado por una compleja

disposición de células de celulosa armadas con una sustancia polimérica lignina, y

hemicelulosa, entre los principales. Su unidad estructural la celulosa es un polímero

lineal compuesto por unidades de glucosa.

Las maderas se clasifican en maderas duras y blandas.

Materiales Compuestos: es un conjunto de materiales conformado por una mezcla o

combinación de dos o más microconstituyentes o macroconstituyentes que permitan

obtener una mejor rigidez, eficiencia, resistencia, peso, rendimiento a altas

temperaturas, dureza, etc.; que no son posibles conseguir si se utilizan en los materiales

originales.

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Se pueden clasificar en tres categorías: con partículas (concreto, mezcla de cemento y

grava), con fibras (fibra de vidrio, fibras de vidrio en un polímero) o laminares (la

madera contrachapada, capas alternas de chapa de madera) todo depende de la

condición de los materiales.

REDES DE BRAVAIS

Se identifican catorce (14) tipos de celdas unitarias o Redes Bravais agrupadas en siete

(7) sistemas cristalinos. Los puntos de esta red están localizados en las esquinas de las

celdas unitarias y, en algunos casos, en cualquiera de las caras o en el centro de la celda

unitaria. [ASKELAND, 1998]

Hay cuatro (4) tipos de celda unitaria principales: simple, centrada en el cuerpo,

centrada en la cara y centrada en la base. En la figura 1, se muestran las catorce redes.

Los sistemas se describen en la siguiente tabla y se muestran en el siguiente gráfico:

ESTRUCTURA LONGITUDES AXIALESEJES AXIALES

CELDAS UNITARIASREDES ESPACIALES

Cúbico Ejes iguales en ángulos rectos a=b=c ===90º

Cubico simpleCubico centrado en el cuerpoCúbico centrado en las caras

Tetragonal Ejes en ángulos rectos, dos de ellos iguales a=b≠c ; ===90º

Tetragonal simpleTetragonal centrado en el cuerpo

Ortorrómbico Ejes distintos en ángulos rectos a≠b≠c ; ===90º

Ortorrómbico simpleOrtorrómbico centrado en el cuerpoOrtorrómbico centrado en las basesOrtorrómbico centrado en las caras

Romboédrico Ejes iguales, inclinados por igual a=b=c ; ==≠90º

Romboédrico simple

Hexagonal Ejes iguales a 120º y a 90º con el tercero

Hexagonal simple

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a=b≠c ==90º y =120ºMonoclínico Ejes distintos, dos de ellos

no forman ángulo rectoa≠b≠c ==90º ≠

Monoclínico simple Monoclínico centrado en la base

Triclínico Ejes distintos con distinta inclinación y ninguno en ángulo recto a≠b≠c ≠≠≠90º

Triclínico simple

[ASKELAND, 1998]

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PROPIEDADES DE LA MATERIA

Permiten apreciar una sustancia de otra y su característica no depende de la cantidad de

materia. Se clasifican en físicas, químicas y físico-químicas.

Propiedades Físicas

Son todas aquellas propiedades inherentes a la materia en donde una vez pasado la

acción desaparece la reacción.

Entre las propiedades propias de cada material se cita por ejemplo, la densidad, el punto

de fusión, el punto de ebullición, el coeficiente de solubilidad, el índice de refracción, el

módulo de Young, etc.

Propiedades Químicas

Son todas aquellas q determinan el comportamiento de las sustancias al combinarse con

otras en las q pasada la acción aun se mantiene la reacción, por ejemplo, la combustión,

la oxidación, la descomposición de material orgánico, la fermentación.

Propiedades Físico-químicas

Aquellas q pasada la acción, la reacción no desaparece del todo completamente; por

ejemplo los radiación elementos radioactivos.

Las propiedades físicas se subdividen a su vez en:

Propiedades Térmicas

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Determinan el comportamiento de los materiales frente al calor. Se determina por medio

de características como: conductividad térmica (un material puede ser buen o mal

conductor térmico), fusibilidad (facilidad con que un material puede fundirse),

soldabilidad (facilidad de un material para poder soldarse), Dilatación (aumento de

tamaño que experimenta un material cuando se eleva su temperatura).

Propiedades Ópticas

Se ponen de manifiesto cuando la luz incida sobre el material. Materiales opacos: no se

pueden ver los objetos a través de ellos. Materiales transparentes: los objetos se pueden

ver a través de ellos, pues dejan pasar los rayos de luz. Materiales translúcidos: estos

materiales permiten el paso de la luz, pero no dejan ver con nitidez a través de ellos.

[SLIDEBOOM,2010]

Propiedades Magnéticas

Se relaciona con los materiales q presentan cierto magnetismo donde se observa la

capacidad de una sustancia o medio para atraer y hacer pasar a través de sí los campos

magnéticos, la cual está dada por la relación entre la intensidad de campo magnético

existente y la inducción magnética que aparece en el interior de dicho material.

[WIKIPEDIA,2011]

Propiedades Eléctricas

Determinan el comportamiento de un material cuando pasa a través de él la corriente

eléctrica. Una propiedad eléctrica es la llamada conductividad, que es la propiedad que

tienen los materiales para transmitir la corriente eléctrica. En función de ella los

materiales pueden ser: conductores, aislantes y semiconductores. [SLIDEBOOM, 2010]

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Propiedades Mecánicas

Se determinan por medio de solicitaciones mecánicas (fuerzas aplicadas). Estas son:

Tracción: es el esfuerzo q se aplica a un cuerpo al suministrar dos fuerzas en la misma

línea de acción, que actúan en sentido contrario, una fuerza orientándose en dirección

contraria a la otra, y tienden a estirarlo. Con este ensayo se determinan propiedades

como resistencia y varias características de los materiales elásticos.

Compresión: el esfuerzo contrario a la tracción. Este se aplica a un cuerpo cuando se

suministra dos fuerzas en la misma línea de acción, en sentido contrario, las dos fuerzas

apuntando hacia la misma orientación, y tiende a reducirlo en dicha línea de acción.

Flexión: es el esfuerzo que se aplica a un cuerpo cuando se suministra una fuerza

perpendicular a su eje longitudinal o su dimensión predomínate y produce una

deformación en su estructura que se observa en forma de una curva alargándose.

Corte: es el esfuerzo que se aplica a un cuerpo cuando se le suministra dos fuerzas

paralelas que tienden a acercarse, cada una en su propia línea de acción, y se deslizan en

sentido contrario apuntando la una hacia dirección de la otra. Este esfuerzo provoca un

corte transversal al cuerpo.

Torsión: es el esfuerzo aplicado a un cuerpo cuando se suministra dos torques en

dirección contraria del eje longitudinal o su dimensión predominante; esta solicitud

produce que el cuerpo tienda a retorcerse.

Indentación: es la solicitud aplicada a un cuerpo que se encuentra sobre una base y se

suministra una fuerza perpendicular a su eje longitudinal. Produce una penetración que

permite determinar entre otros la dureza del material. [Apuntes tomados en clase, 2011]

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NORMAS

ENSAYO DE INDENTACIÓN

Escalas Normalizadas de Dureza

Escala Mhos

Se determina en una escala de 1 -10 en función de su grado de dureza de menor a

mayor, se probo a los minerales escogidos rayando el uno al otro. La medida de la

escala se expresa: H X1-10 MH. Esta escala es la siguiente:

Dureza Mineral

1 Talco_Mg3Si4O10 (OH)2

2 Yeso_ CaSO4·2H2O

3 Calcita_CaCO3

4 Fluorita_CaF2

5 Apatito_ Ca5 (PO4)3(OH-, Cl-, F-)

6 Ortoclasa_ KAlSi3O8

7 Cuarzo_ SiO2

8 Topacio_Al2SiO4 (OH-, F-)2

9 Corindón _Al2O3

10 Diamante [WIKIPEDIA, 2011]

ESCALA DE SHORE

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Esta escala se mide en el escleroscopio de Shore q utiliza una esfera de acero de 10 mm

de diámetro, la esfera cae en forma libre con energía potencial desde una altura de 1200

mm para luego transformarse en energía cinética cuando esta llega al material q se

quiere medir. La dureza se determina en función de la altura que rebota la esfera de

acero sobre el material de prueba. Todo este procedimiento se lo realiza en una campana

de vacio para evitar efectos ambientales, gravitacionales, etc.

Esta escala permitió incluir a varios metales entre ellos el acero que presentaban en la

escala de Mhos una similitud que dificultaba su comparación. La escala de Shore es mas

ampliada q la anterior tenia medidas q van desde 1 hasta 100. [Apuntes tomados en

clase, 2011]

La medida registrada se indica de la siguiente manera: H X1-100 SH.

Escala de Brinell

Descripción de la práctica:

Medición de resistencia de materiales por medio de la indentacion aplicado a tres (3)

tipos de metales, en este caso acero.

Datos obtenidos:

ESCALA DE DUREZA ROCKWELL B

DF2 96 94 95 95

K100 94 92 88 96

CONSTRUCCION 75 78 76 72

ESCALA DE DUREZA BRINELL

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ACERO DF2 96 94 95 95

ACERO K100 94 92 88 96

ACERO

CONSTRUCCION

75 78 76 72

Conclusiones:

Para una mejor comprensión del lector la redacción del informe técnico debe ser la

adecuada, integra y la más legible posible para dar a conocer el proceso y resultado de

los datos e información recogidas durante la práctica.

Existe una vasta información acerca de los temas de interés, en libros, revistas y apuntes

para el desarrollo de la materia de tecnología de conformado.

Recomendaciones:

Los errores comunes en la escritura del informe; como por ejemplo; escribir en primera

persona, dejar información con ambigüedades, datos inconclusos o mal planteados se

deben evitar por completo.

Restringir la información a solo lo esencial y específico de cada uno de los apartados

del informe.

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Se debe tener en cuenta el uso de una correcta gramática para una mejor expresión

escrita.

Bibliografía:

APRAIZ, J; Tratamientos Térmicos de los Aceros; Dossat; 1971.

Apuntes tomados en clase.

CÁRDENAS, V; Breve Visión de la Ciencia y la Tecnología de los Materiales, EPN;

1995.

CÁRDENAS, V; Introducción al Conformado Mecánico, EPN; 1989.

KEYSER, C; Ciencia de Materiales para Ingeniería; Limusa; 1990.

TSELIKOV, A; Stress and Strain in Metal Rolling; MIR; 1967.

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