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INSTUTUTO TECNOLOGICO DE VILLAHERMOSA

Fundamentos de investigación

‘Propiedad de los materiales’

Integrantes:

Gabriela Anahí Díaz Hernández

Paola Álvarez Isidro

Osiris Cornelio Morales

Carrillo jerónimo Cecilia del Carmen

Carlos Alejandro Jiménez Medina

David Correa Kolansinsky

Gustavo Alberto Guzmán Chan

CATEDRATICA:

Ma. Del Carmen A. Vázquez E. de los M.

Villahermosa Tabasco, Diciembre 2014

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Contenido

Introducción………………………………………………………….2

1. Generalidades……………………………………………………….3

2. Materiales puros…………………………………………………….4

2.1. Elementos…………………………………………………….6

2.2. Compuestos ………………………………………………..6

3. Metales ………………………………………………………………7

3.1. Ferrosos……………………………………………………..8

3.2. Proceso Siderúrgico. ………………………………………….9

3.3. Acero ……………………………………………………..….11

4. No ferrosos………………………………………………………….13

5. Aspectos ambientales……………………………………………..14

6. Materiales cerámicos……………………………………………….15

6.1 estructura cristalina……………………………………………..16

Conclusión………………………………………………………………..19

Bibliografía……………………………………………………………......20

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Introducción

En este proyecto podremos observas las la clasificación de alguno materiales,

como son los puros y materiales cerámicos, de igual forma se describe un poco

sobre cada uno de ellos podremos consultar también las aleaciones ferrosas y no

ferrosas, con el fin de ver las propiedades de los materiales los cuales son

utilizados en diversas industrias para realizar trabajos en diferentes áreas.

Pero lo más importante es saber que es un material, ya que un material está

compuesto por elementos, generalmente los elementos químicos encontrados en

la naturaleza y representados en la tabla periódica de elementos químicos.

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1. Generalidades de los materiales

Para definir lo que es un material el autor Ashby en el año 2005 nos menciona que

lo primero que debemos de tener claro, es que un material está compuesto

por elementos, generalmente los elementos químicos encontrados en la

naturaleza y representados en la tabla periódica de elementos químicos. Sin

embargo, esto no es todo, en los materiales estos elementos están relacionados

por una composición química definida. Un ejemplo muy sencillo es la sal común,

su fórmula química es NaCl, lo que significa que hay un átomo de Sodio (Na) por

cada átomo de Cloro (Cl) y es la única forma de obtener este compuesto.

El último factor importante de un material es el acomodo de estos elementos, es

decir, su estructura, los materiales están caracterizados por tener una estructura,

determinada y única, si este acomodo cambia, cambiarán las características del

material y por lo tanto se hablará de este como una variación o como otro material

distinto.

En resumen, los materiales están formados por elementos, con una composición y

estructura única y que además, pueden ser usados con algún fin específico.

Los materiales se clasifican de forma muy general en:

 Metales

Cerámicos

Polímeros

Materiales compuestos

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2.Materiales puros

La clasificación de los materiales y lo que es un material puro, el autor D., en su

libro del 2007 menciona que las sustancias puras están formadas por partículas

(átomos o moléculas) iguales, tienen una composición fija, no pueden separase

por medios físicos. Sus propiedades son específicas, bien definidas y no varían,

aun cuando dicha sustancia pura se encuentre formando parte de una mezcla.

Los materiales se clasifican en:

Metálicos

Ferrosos

No ferrosos

No metálicos

Orgánicos e inorgánicos

También se clasifican por algunas de sus propiedades las cuales pueden ser:

• El color

• El sabor

• El olor

• La densidad

• La temperatura de (fusión y ebullición)

• La solubilidad

• La conductividad térmica y eléctrica.

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Como sustancias puras tenemos el cobre, la sal, el diamante, el agua, el azúcar

de mesa, el oxígeno, el mercurio, la vitamina C, el ozono, entre muchos otros.

Las sustancias puras a su vez se clasifican en:

a) Elementos.

b) Compuestos.

Ambos son homogéneos ya que mantienen sus propiedades y características.

2.1Elementos: 

En el libro de física y química 1, del 2008; los autores (maria, barrio, anton,

cabrerizo andres, bozal anton, & perez barrio, explican que los elementos son

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sustancias fundamentales simples, pueden ser moleculares o atómicas, y no se

descomponen en otras sustancias distintas. Ejemplo: oxígeno, nitrógeno,

nitrógeno gaseoso (N2), la plata (Ag).

2.1 Compuestos

El autor Miguel Hernández, en el 2012, describe que un compuesto puede

separarse, o descomponerse en sus elementos constituyentes, pero los elementos

mismos resisten todos cualquier intento de fragmentación en sustancias más

simples y fundamentales.

Están formados por moléculas y éstas están formadas por unión de átomos de

distintos elementos. Todas las moléculas del mismo compuesto son iguales entre

sí. Es importante saber que los compuestos no son mezclas, no son separables

por medios físicos. Además, tienen composiciones fijas características.

Un compuesto se representa a menudo mediante una abreviatura química

compuesta de los símbolos de sus elementos. Como por ejemplo: El NaCl

representa el cloruro de sodio, y el H2O representa el agua, dióxido de carbono

(CO2

3. Metales

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Los metales según el autor (H., feiler, reinhard , & Schmidt, 2005) son elementos

químicos caracterizados por las siguientes propiedades:

Poseen una estructura interna común.

Son sólidos a temperaturas normales, excepto el mercurio y el galio

Tienen una alta densidad

Tienen elevada conductividad térmica y eléctrica.

Tienen considerable resistencia mecánica.

Suelen ser maleables.

Se pueden fundir, conformar y reciclar.

Se pueden encontrar dos tipos de metales dependiendo de su contenido en hierro

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3.1. Ferrosos

Un material es ferroso cuando su componente principal es el hierro, esto lo explica

el autor (Howard, 1956), normalmente posee pequeñas cantidades de carbono

que se le han incorporado para que la aleación adquiera unas propiedades

especiales.

Propiedades del hierro puro:

Es un material magnético

Color blanco azulado.

Muy dúctil y maleable.

Punto de fusión: aproximadamente 1500 ºC

Densidad alta (7,87 g/cm3.)

Buen conductor del calor y la electricidad.

Se corroe y oxida con mucha facilidad.

Bajas propiedades mecánicas (al corte, limado, conformado, etc).

Es un metal más bien blando.

Se conoce como proceso siderúrgico a las operaciones que se llevan a cabo

para conseguir un material férrico de unas características determinadas. Este

proceso va desde la obtención del material de las minas hasta la obtención del

producto final.

3.2 Proceso Siderúrgico.

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La obtención del hierro por medio de una reacción química llamada reducción del

hierro. Lo menciona el autor (Gerardo, 2008) donde explica paso a paso este

proceso, como se menciona a continuación:

El alto horno es un horno especial en el que tiene lugar la fusión de los minerales

de hierro y la transformación de este en un metal rico en hierro llamado arrabio.

Su altura varía desde 30m hasta 70m, y su diámetro entre 4 y 12m. Su capacidad

de producción varia entre 500T a 1500T diarias.

En la parte superior se encuentran las dos campanas llamadas tolvas, ahí se

coloca el depósito. Tiene un sistema de apertura y cierre para que a la hora de la

carga no se escapen los gases.

El material se introduce por capas:

Una capa de materiales de Fe previamente lavado y triturado.

Una capa de carbón de coque para la fusión y reducción del material.

Una capa de material fundente que se combina con las impurezas, ganga y

cenizas, dando lugar a la escoria.

Del alto horno se obtienen estos productos:

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Escoria: es un residuo que se puede utilizar como material de construcción,

bloques o como aislantes de humedad, y en la fabricación de cemento y

vidrio.

Hierro colado o arrabio: es el producto principalmente aprovechable del alto

horno. Se presenta en estado líquido y a este metal se le denomina hierro

de primera fusión.

También se recogen otros materiales como gases, debido a las

combustiones del coque y de la reducción química del mineral de hierro.

Estos se recogen con un colector que se encuentra en la parte superior del

alto horno.

A partir de la primera fusión se produce todos los materiales ferrosos restantes:

hierro dulce, otras fundiciones, acero....

(g., 1981)

3.3. Acero

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Para la obtención del acero, el autor (Howard, 1956) explica que lo primero que

tenemos un producto ferroso intermedio, duro y frágil, que no puede ser extendido

en hilos ni en láminas y que precisa una transformación posterior para su

utilización industrial. Entonces se hace necesario reducirle el contenido de

carbono del arrabio, calentándolo, para transformarlo en acero; este material sigue

siendo duro pero mas elástico, dúctil, maleable capaz de soportar impactos. Se

traslada en estado liquido en unos contenedores especiales llamados torpedos

hasta la planta de obtención de acero. El acero se obtiene o en uno recipientes

llamados convertidores o en hornos eléctricos en los que se realiza un proceso de

fusión.

Los productos finales son:

Acero liquido: La colada del acero líquido se enfriará en unos moldes

adecuados para el los comerciantes que los necesiten.

Escoria: Se recicla para otros fines por ejemplo la construcción

Gases: Especialmente el el monóxido y dióxido de carbono, resultantes de

la combustión de carbono.

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Como se ha dicho anteriormente, el acero se alea con otros materiales con el fin

de mejorar sus propiedades mediante varios tratamientos. La tabla que continúa

muestra las propiedades que adquiere el acero cuando se alea con un material:

Material aleante Propiedades

Carbono Dureza

Resistencia

Silicio Elasticidad

Aumenta la conductividad magnética

Manganeso Dureza

Resistencia al desgaste

Cromo Dureza

Resistencia al calor y al rozamiento. Imprescindible para

hacerlo inoxidable

Níquel Aumenta la tenacidad

Resistencia a la tracción y la corrosión

Molibdeno Dureza

Resistencia al desgate mecánico en caliente

Vanadio Dureza

Resistencia al desgates mecánico en caliente

Volframio Tenacidad

Resistencia al calor y a la corrosión

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4. No ferrosos

Los autores (Miguel Hernández, 2012) (Kalpakjian, R. Schmid, Sanchez Garcia, &

figueroa lopez, 2002) (H., feiler, reinhard , & Schmidt, 2005) describen que los

materiales ferrosos son aquellos cuyo contenido en hierro ( Fe) es muy escaso.

Se pueden clasificar en tres grupos

pesados: su densidad es igual o mayor a 5gr/cm3. Se encuentra el cobre,

estaño, plomo, cinc, níquel, cromo y cobalto.

Ligeros: densidad entre 2 y 5. los mas utilizados son el aluminio y titanio

ultra ligeros: su densidad es menor de 2. se encuentran el berilio, raramente

en estado puro, mas común en una aleación, y el magnesio

Todos ellos tienen en común que están en estado puro, es ser blandos y poseer

una resistencia mecánica bastante escasa.

Metales no ferrosos más usados:

Cobre

Aluminio

Plomo

5. Aspectos ambientales

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Estos metales influyen mucho en el aspecto ambiental y en la sociedad, a

continuación de acuerdo a los autores (H., feiler, reinhard , & Schmidt, 2005) y

(Miguel Hernández, 2012) se mencionan los mas destacados.

En la creación de las minas encontramos problemas tanto visuales y

sonoros como gases tóxicos y contaminantes como es es carbonilo de

níquel, bastante toxico para los humanos.

También pueden sucederse diversos derrumbamientos a causa de las

explosiones.

En la fundición del metal también se libaran gases como CO2 en la

obtención del calor para la fundición.

Los residuos que no se pueden utilizar como pueden ser el resto del

mineral del que se extrajo el metal se devuelven a la naturaleza.

La mayor parte de los metales que existen pueden fundirse y volver a

procesare creando nuevos metales. Metales como aluminio, plomo, hierro,

acero, cobre, plata y oro son reciclados fácilmente cuando no están

mezclados con otras sustancias, porque pueden ser fundidos y cambiar de

forma o adoptar la misma anterior. De estos materiales, el hierro es el que

tiene mayor demande comercial.

6. Materiales cerámicos

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Otro de los materiales mencionados son los cerámicos, el autor (Eduardo, 2011)

explica que estos, son compuestos químicos inorgánicos o soluciones complejas,

constituidos por elementos metálicos y no metálicos unidos entre sí principalmente

mediante enlaces iónicos y/o covalentes; con gran aplicación en alfarería,

construcción, utensilios de cocina, dispositivos eléctricos...

Esta gran versatilidad de aplicaciones se debe a que poseen propiedades muy

características que no pueden ser obtenidas con ningún otro material.

Son compuestos inorgánicos constituidos por elementos metálicos y no metálicos.

Su enlace puede ser iónico o covalente.

Presenta estructura cristalina.

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6.1. ESTRUCTURA CRISTALINA

Los autores (Kalpakjian, R. Schmid, Sanchez Garcia, & figueroa lopez, 2002)

mencionan que los materiales cerámicos poseen estructuras típicas como la

estructura del NaCl, de blenda (ZnS) y de fluorita (CaF2), así como ciertas

propiedades. Sin embargo la mayoría de los cerámicos tienen estructuras

cristalinas más complicadas y variadas. Entre estas estructuras podríamos

destacar las más importantes como son:

Estructura perovskita (CaTiO3). Ejemplo: BaTiO3, en la cual los iones de

bario y oxigeno forman una celda unidad cúbica centrada en las caras con

los iones bario en los vértices de la celda unidad, y los iones oxido en el

centro de las caras, el ión titanio se situará en el centro de la celda unidad

coordinado a seis iones oxigeno.

Estructura del corindón (Al2O3). Es similar a una estructura hexagonal

compacta; sin embargo, a cada celda unidad están asociados 12 iones de

metal y 18 de oxigeno.

Estructura de espinela (MgAl2O4). Donde los iones oxigeno forman un

retículo cúbico centrado en las caras y los iones metálicos ocupan las

posiciones tetraédricas u octaédricas dependiendo del tipo de espinela en

particular.

Estructura de grafito. Tiene una estructura hexagonal compacta.

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PROPIEDADES

PROPIEDADES MECÁNICAS

Son duros y frágiles a temperatura ambiente debido a su enlace

iónico/covalente (al aplicarles una fuerza los iones de igual carga quedan

enfrentados provocando la rotura del enlace),este echo supone una gran

limitación en su número de aplicaciones. Esta fragilidad se intensifica por la

presencia de imperfecciones.

Son deformables a elevadas temperaturas ya que a esas temperaturas se

permite el deslizamiento de bordes de grano.

PROPIEDADES MAGNÉTICAS

No suelen presentar propiedades magnéticas, sin embargo podemos encontrar

cerámicas con propiedades magnéticas de gran importancia como ferritas y

granates. Éstas son las llamadas cerámicas ferrimagnéticas. En estas

cerámicas los diferentes iones tienen momentos magnéticos distintos, esto

conduce a que al aplicar un campo magnético se produzca como resultado una

imantación neta.

PROPIEDADES ELÉCTRICAS

Son en su mayoría aislantes eléctricos debido a que tienen una alta resistencia

dieléctrica y baja constate dieléctrica. Algunos de ellos presentan otras

propiedades dieléctricas como es la facilidad de polarizarse.

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PROPIEDADES TÉRMICAS

La mayoría de los materiales cerámicos tienen bajas conductividades térmicas

debido a sus fuertes enlaces iónico/covalentes. La diferencia de energía entre

la banda de covalencia y la banda de conducción en estos materiales es

demasiado grande como para que se exciten muchos electrones hacia la

banda de conducción, por este echo son buenos aislantes térmicos. Debido a

su alta resistencia al calor son usados como refractarios, y estos refractarios

son utilizados en las industrias metalúrgicas, químicas cerámicas y del vidrio.

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Conclusión

Como pudimos observar gracias a dicha información se nos hizo más fácil

comprender las propiedades de algunos materiales. La clasificación que tienen los

metales y estos a su vez se dividen, también aprendimos un poco del proceso que

se realiza para la obtención así como las aplicaciones que tiene en nuestra vida

sin darnos cuenta. Además de los materiales cerámicos las diferentes aplicaciones

que hay. También vimos la importancia de una investigación documental y a pesar

de que no utilizamos muchas fuentes debido a que en dichos libros nos explicaba

más claramente el tema, pudimos aprender a clasificar la información por la

importancia de esta.

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BibliografíaAshby, M. F. (2005). Materiales para Ingenieria 1. Introduccion a las propiedades, las aplicaciones

y el diseño. Volumen1 . Reverte.

D., c. w. (2007). introduccion a la ciencia e ingenieria de los materiales (Vol. 2). españa: reverte.

Eduardo, M. A. (2011). los materiales ceramicos. buenos aires: alsina.

Fernandez Columbié, T., Rodríguez González, I., & Alcántara Bolges, D. (2009). Estructura Cristlina del Acero. Cuba: Centro de Informacion Y Gestión Tecnológica.

G., r. e. (1981). qumica organica. españa: reverte.

Gerardo, c. g. (2008). el estado y la globalizacion en la industri siderurgica mexicana. mexico.

H., a., feiler, K., reinhard , A., & Schmidt, P. (2005). tecnologia de los metales. españa: reverte.

Howard, l. r. (1956). introduccion a la quimica. mexico: reverte.

Juan, g. m. (2005). tecnologia de los materiales ceramicos. madrid: diaz de santos.

Kalpakjian, S., R. Schmid, S., Sanchez Garcia, G., & figueroa lopez, u. (2002). Manufactura, ingeniería y tecnología (cuarta ed.). mexico: prentice hall.

Maria, a. d., barrio, j., anton, j. l., cabrerizo andres, d. m., bozal anton, j. l., & perez barrio, j. (2008). fisica y quimica 1. españa: editex.

Miguel Hernández, L. (8 de Febrero de 2012). Todo Ingeniería Industrial. Recuperado el 2 de Diciembre de 2014, de http://www.todoingenieriaindustrial.wordpress.com/

p., g. m. (2005). fundamentos de manufactura moderna. mexico: prentice hall.

Serope, k., schmid, e. r., Garcia Sanchez, G., & figeroa lopez, u. (2002). manufactura de la ingenieria y la tecnologia (Vol. 4). mexico: prentice hall.