guia de estudio caracterizacion 1

8/18/2019 Guia de Estudio Caracterizacion 1

1/49

Historia de los materiales


2/49

Edad de piedra (hasta ~3000 A.C.)• El hombre primitivo desarrolló una gran

destreza para crear armas punzo-cortantes, tales como cuchillos, flechas ylanzas, para defenderse de las bestias.

• El hombre del neolítico descubrió que laarcilla (barro se ablandaba al mezclarsecon agua, y se endurecía al secarse.Este ciclo de ablandamiento-endurecimiento se podía repetir una yotra vez al ir a!adiendo agua. "uandose introducían los bloques de arcillah#meda dentro de una hoguera por undeterminado tiempo, $stos quedabanpermanentemente endurecidos alenfriarse y eran resistentes al agua.


3/49

Edad del cobre%orígenes de la metalurgia (5000 a 1500 A.C.)

•El hombre neolítico descubrió que el cobrenatural podía ser suavizado al calentarlo, yendurecido al deformarlo mediante martilleo.El cobre desplazó progresivamente a la piedra y se

posicionó como el material preferido por el hombre para la fabricación de herramientas yob&etos ceremoniales.'in embargo, una vez que el cobre natural

•

• escaseó, el hombre se vio obligado a poner suatención en los metales contenidos en losminerales.


4/49

Edad de bronce%desarrollo de aleaciones (2000 – 0 A.C.)

• os metales puros eran demasiado suavespara ser empleados como armas.

• )escubrieron que al mezclar mineral de esta!o ymineral de cobre, previo al proceso de fundición,el producto resultante presentaba venta&assignificativas en relación con todos los metalesconocidos hasta entonces.• El nuevo material era: * *

+ s f cil de fundir que el cobreodía fluir m s f cilmente dentro de los

moldes (sin burbu&as de gas'e endurecía m s r pido despu$s de servaciado

odía endurecerse m s mediante el martilleo.

* *

• El hombre primitivo descubrió, desarrolló yperfeccionó las t$cnicas que permiten producirmetales con propiedades sustancialmente diferentesa las de sus constituyentes individuales es decir,inventó las aleaciones.


5/49

Edad•

de hierro (1000 A.C. – 1950 .C.)/0ierro bueno1 2 3nventado accidentalmente por loshititas (4urquía

• 'e calentaba el hierro dentro de un horno de carbón, semartillaba la pieza para compactarla y se removía el ó5idoproducido, repitiendo el procedimiento varias veces.

• )urante el calentamiento en el horno, los tomos decarbono se difundían hacia el interior del hierro,6produciendo acero de ba&o carbono.

• 7unca se descubrió que el carbono era el responsable del/hierro bueno1, sino hasta 899: d.". (6casi ; mil a!osdespu$s< .


6/49

=evolución industrial!i"lo #$%%%

• +ano del hombre desplazada por m quinas(construidas casi totalmente de hierro .

• a metalurgia cobró nuevos horizontes

• )esarrollo de medios de transporte (ferrocarrilbarcos de vapor

y

• 'e facilitaron las travesías comerciales entre lassociedades a lo largo de nuevos canales denavegación y carreteras.


7/49

>y en la actualidad?@ue hasta a!os recientes que los científicos lograronentender lamateriales

relación entre los elementos estructurales de losy sus propiedades. A partir de entonces se

desarrollaron miles de materiales.

• Era de los polímeros?• Era del 'ilicio?4odos los

componenteselectrónicos

4odos los pl sticosincluyendote5tiles

fibras


8/49

>Bu$ son la "iencia y la 3ngenieríade +ateriales?

• a &ien&ia de los materiales investiga larelación entre la estructura y las propiedades delos materiales.

• a in"enier'a de los materiales se fundamentaen las relaciones propiedades-estructura ydise!a o proyecta la estructura de un materialpara conseguir un con&unto predeterminado depropiedades.


9/49

" A'3@3"A"3C7 )E C'+A4E=3A E'

METALES

CERAMICOSPOLIMEROS

METAL- POLIMEROS

POLI-CERAMICOS

METAL- CERAMICOS


10/49

METALICOS

NO METALICOS

FERROSOS

NO FERROSOS

ORGANICOS

INORGANICOS

HULE

ACEROS

HIERROS

MADERA

NIQUEL

ALUMINIO

PLASTICOSPROD DEL PETROLEO

COBRE

CERAMICACEMENTO

MINERALES

PIELPAPEL

GRAFITOVIDRIO

CLASIFICACIÓN DE LOSMATERIALES


11/49

" A'3@3"A"3D7)E C' +A4E=3A E'

* METALES Y ALEACIONES

* CERAMICOS VIDRIOS YVITROCERAMICOS

* POLIMEROS

* SEMICONDUCTORES


12/49

" A'3@3"A"3D7 )E C'+A4E=3A E'

* !+ ,+-C% -A % A

AE* E! AC%A E!

/% E %C !E! *+C +*A E!

%- E % E- E!

%C !EC. E E-E* %A

A /%E- E

E EC * -%CA

A -E %C !


13/49

UNIDAD I.

MATERIALES COMPUESTOS


14/49

4- %CEDefnición

Ventajas e inconvenientes

TipologíasRe uerzo por partículas

Re uerzo por fbras

Laminados

Estructuras sánd ic!

"plicaciones

A E*%A E! C +E! !


15/49

A E*%A E! C +E! !

Objetiv !

#$%$#ER

&'u( son)uáles son

suselementos)

*"+ER

&*usventajas&Las

oportunidades

E%TE%DER

&*usaplicaciones

&*uspropiedade

s


16/49

=

+aterial formado por dos o m s constituyentes, de formaque las propiedades del con&unto sean superiores a las de loscomponentes por separado

Materialcompuesto

+

E,%-%C% -

Refuerzo

Matríz


17/49

7ue es la matri8De"#i$i%#•Es la ase continua, sostiene los elementos de re uerzo, daconsistencia -continuidad al material.

F$i #e!

•"glutinar los re uerzos.• Trans erir las cargas aplicadas sobre la matriz !acia los

re uerzos.

•/roteger la superfcie de los re uerzos de la abrasión

mecánica.

•/roveer al re uerzo de una barrera contra los e ectos del


18/49

i os de matri&es

1etálicas 234 5 647re uerzo8

#erámicas.

/olim(ricas.


19/49

67ue es el re;uer8o

De"#i$i%#•El re uerzo es el componente del material compuesto0ue soporta la carga Los re uerzos pueden serpartículas, fbras o elementos estructurales como severá mas adelante.

F$i #e!

• 1ejorar las características dela matriz.•

oaislamiento,

$torga características deconductividad el(ctricaestabilidad t(rmica, propiedadesestructurales.


20/49

i os de re;uer8o

• /artículas.• 9ibras. * :!is;ers 2per ección cristalina8. * 9ibras 2polímeros o cerámicos8.

* "lambres 2grandes diámetros acero, molibdeno -tungsteno8.• Láminas -


21/49

6Ctil0ue (sta se encuentre en estado lí0uido.

•El grado de impregnabilidad es la capacidad


22/49

E,%-%C% -

-o se &onsiderar'an materiales &om uestos:• ateriales naturales

- +adera (fibras enrolladas de celulosa lignina- 0ueso (colageno cristales inorg nicos agua grasas- +#sculos

• ateriales tradi&ionales o ma&ros&< i&amente homo">neos- 0ormigón- Aleaciones met licas- Adobe


23/49

6 or ?u> usar materiales &om uestos

Por su alta resistencia

Por su bajo pesoPor su flexibilidad

Por su estabilidad dimensional

Por su alta resistencia diel ctrica

Por su capacidad de consolidaci!n de partesPor su resistencia a la corrosi!n

Por su "ariedad de acabados

$E- A@A! E %-C -$E-%E- E!


24/49

$E- A@A! E %-C -$E-%E- E!

Fibra de carbono:

2-8 veces más resistente que el acero

4 veces más ligero

7 veces más resistente que el aluminio

1,5 veces más ligero

Fibra de vidrio:

2-6 veces más resistente que el acero

3 veces más ligero

5 veces más resistente que el aluminio

Densidades similares


Por su estabilidad dimensional



Por su bajo peso

Por su flexibilidad

Por su capacidad deconsolidaci!n de partes

Por su resistencia a la corrosi!nPor su "ariedad de acabados


25/49

$E- A@A! E %-C -$E-%E- E!


Por su flexibilidadPor su estabilidad dimensional



Por su bajo peso

Por su capacidad deconsolidaci!n de partes

Por su resistencia a la corrosi!n

Por su "ariedad de acabados


26/49

$E- A@A! E %-C -$E-%E- E!



Por su bajo peso

Por su flexibilidadPor su estabilidad dimensional


Por su capacidad de consolidaci!n de partes

Por su resistencia a la corrosi!nPor su "ariedad de acabados


27/49

$E- A@A! E %-C -$E-%E- E!

imita&iones de los materiales &om uestos

Existe la creencia de #ue no son duraderos

$o existe una tradici!n de dise%o con estos materiales

Las &erramientas de c'lculo no son tanconocidas ni est'n ampliamente extendidascomo para los metales

(alta informaci!n sobre su comportamiento

El coste de la materia prima es ele"ado

En al)unos casos* existen peli)ros para la salud en losprocesos de fabricaci!n en ciertosEl peli)ro de fue)o puede serma+ormateriales

Los mecanismos de da%o son m's complejos


28/49

$E- A@A! E %-C -$E-%E- E!

Costo

• Materia prima

• Procesos de fabricación

• Diseño

Elevados

Menores que los

metales


29/49

C A!%,%CAC% -


30/49

A* 4C+ A!Las part,culas no constitu+en un refuer-o eficiente desde el punto de "ista de

las propiedades mec'nicas.Este tipo de refuer-o es usado paramejorar otras propiedades o

para incorporar caracter,sticas multifuncionales en un material.

Part,culas cer'micas incrementan la ri)ide- + la temperatura de ser"icio de las

matrices met'licas

Part,culas d/ctiles aumentan la tenacidad de fractura en matrices fr')iles

* %E A E! EC %CA! E !


31/49

* %E A E! EC -%CA! E !A E*%A E! C +E! ! C - A* 4C+ A!

•#on este tipo de re uerzo, se mantienenbuenas propiedades a altas temperaturas - porlargos períodos de tiempo.

•"-udan a reducir la contracción 0ue su ren losmateriales luego de un proceso de moldeo.

•/ueden elevar la dureza e incrementar laresistencia a la compresión.

•*i las partículas son suaves, se puede mejorar lalubricidad- la resistencia al desgaste.


32/49

,%/*A!*on materiales de mejor resistencia a la atiga,

rigidez - relación resistencia@ peso al incorporar

fbras resistentes - rígidas, en una matriz más

blanda - d>ctil.El material de la matriz transmite la carga a las

fbras, las cuales soportan la ma-or parte de la

uerza aplicada.


33/49

* %E A E! EC -%CA! E !A E*%A E! C +E! ! C - ,%/*A!

• +ásicamente depende de la orientación.• Las fbras continuas en orma de !ojas o láminas se utilizan

para, deliberadamente, !acer del material compuestoresistente en una dirección en particular 0ue está a lo largo

del eje principal de carga.• De esta manera, se crea la posibilidad de orientar las fbras

en la dirección en 0ue se aplicará la ma-or carga, lo cualincrementa la efciencia del re uerzo


34/49

circular*

cuadrada o• La secci!n trans"ersal puedeser &exa)onal

• 0i'metros1 2*3 micras 4 5*6 mm• Esbelte-1 L70 ∼ 655

Fibras cortas

!is"ers

•(ibras cortas monocristalinas* "irtualmente sin defectosAcero1 Resistencia mec'nica 5*8 9Pa

•:&is;er de acero1 Resistencia mec'nica 25 9Pa

*E,+E*B * ,%/*A!


35/49

%-A!Las propiedades de estos compuestos no solo dependen de las

propiedades de sus materiales constitu-entes, sino 0ue sonuertemente dependientes de la geometría de los elementosestructurales.En unción de la orientación de las láminas, el materialcompuesto presenta

una resistencia mecánica considerable.


36/49


37/49

E,%-%C% - E A %-A !

Sublaminado1 Los laminados se forman a partir de la repetici!nde un n/mero finito de l'minas con diferentes orientaciones

Ejemplo: [ 0 / 45 / -45 / 90 ]


38/49

as l minas se definen desde el e5terior hacia el interior del laminado.'e indicar con un n#mero el ngulo que forman las fibras con la dirección dereferencia y, mediante un subíndice, el n#mero de l minas repetidas con esaorientación.'e utilizar el subíndice T para indicar que el laminado ha sido definido en sutotalidad.En laminados sim$tricos, sólo se e5presar la secuencia de apilamiento de unode los lados y utilizando el subíndice S para indicar la simetría.

E,%-%C% - E A %-A !


39/49

o 45

0 o

o 45 45 o

o0

o0

90 o lano

medio

[0 / ± 45 / 0 / 90 ] s

0 o

45o

90 o

E,%-%C% - E A %-A !


40/49

A %-A !•Ti, +e $ #!tit& e#te!

FIBRAS- FIBRA DE

CARBONO

- FIBRA DE

VIDRIO

- FIBRA DE

ARAMIDAMATRICES

- RESINA DE

POLI STER

- RESINA

VINIL STER

- 9A+R" DE #"R+BR$ DE

*ALA#A$

- 9A+R" DE +$R$

- 9A+R" DE #B"RC$

- RESINA EPO/I

- RESINAS DE

BISMALEIMIDA

- POLIIMIDA Y STERES


41/49

Fibras * +idrio

Es e# ref$er,o m(s $ti#i,ado en #a fabricación de materia#escomp$estos

Propiedades?ajo costo

Resistencia a la corrosi!nAlta ad&erencia fibra=matri-Aislante el ctricoPermeabilidad diel ctrica?ajo coeficiente de dilataci!n

Alta resistencia mec'nica pero menor #ue otras fibras

A %-A !


42/49

un balance adecuado de+idrio E) La m's empleada* presentapropiedades con un coste moderado.

+idrio R o S . 0e ma+ores caracter,sticas mec'nicas* resistencia +ri)ide-. Empleada en aeron'utica + en defensa.

+idrio D) Altas propiedades diel ctricas. Se utili-a en aplicacionesdonde se precise permeabilidad a las ondas electroma)n ticas.

+idrio A) Menores resistencia + ri)ide- #ue el "idrio Epero con ma+or resistencia al ata#ue #u,mico.

@ariedades de fibra de "idrio

A %-A !


43/49

Altas propiedades mec'nicasMaterial anis!tropo

?aja resistencia al impacto9ran estabilidad dimensional asociada aun coeficiente de dilataci!n mu+ bajoConducti"idad t rmica ele"adaPuede fa"orecer la corrosi!n )al"'nica?uena resistencia a la fati)a

combinadasEs #a fibra con me ores propiedades mec(nicascon $na densidad ba a

Fibras * Carbono

A %-A !


44/49

Fibras * Ar(mida

Es $na fibra or.(nica sint/tica fabricada por !i#ado de $npo#0mero 1po#iamida arom(tica de tipo po#iterefta#atode po#ifeni#endiamina2

3istoria*

=Desarro##o* 4567-4587=Act$a#idad* Di9ersos fabricantes %denominaciones

=A:;O T AROPO


45/49

A *%CE!

F$nciones de #a matri,

Transmitir la fuer-a entre las fibrasMantener las fibras en su posici!nProte)er a las fibras del medio ambiente

Re&$erimientos de #a matri,

Resistencia a cortaduraTenacidadResistencia a la &umedad + al medio amienteCoste


46/49

Resina epoxiResinas poliesterResinas fen!licasResinas "inilester

Matrices termoestab#es Matrices termop#(sticas

Polipropileno PoliamidasPolicarbonato

Tipos de matrices po#im/ricas

A *%CE!


47/49

Matrices termoestab#es

Resina epo i

•Es un pol,mero termoestable #ue contiene en su mol cula dos o m'sfunciones epox,dicas o )lic,dica.

Propiedades

•?uenas propiedades mec'nicas &asta 6 5BC•?uena resistencia a los a)entes #u,micos* especialmente a losata#ues de alcali

•Pose una buena concentraci!n durante la polimericaci!n•Es bastante sensible a la presencia de &umedad•Re#uiere un a)ente de curado

A *%CE!


48/49

m's importantesfamiliautili-adas en la fabricaci!n

de las resinasdemateriales

Constitu+en latermoestablescompuestos.

Propiedades9ran capacidad para impre)nar las fibras de "idrioPermite conse)uir materiales compuestos con buenas propiedades

mec'nicas + )ran li)ere-aSon productos inestables #ue re#uieren un almacenamiento

controlado

Matrices termoestab#es

Resina po#i/ster

A *%CE!


49/49

guia de estudio caracterizacion 1

Documents