UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE TABASCO

CARRERA: MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

MATERIA:ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

GRADO: 4°B

INTEGRANTES: MAURICIO ZACARIAS JIMENEZ

JULIO ALBERTO JUAREZ GARCIA

PROFESORA: ROSA AURORA HERNANDEZ OVANDO

introduccion a las propiedades de los materiales

Los materiales son sustancias que, a causa de sus

propiedades, resultan de utilidad para la fabricación de

estructuras, maquinaria y otros productos.

Propiedades de los materiales

Existen materiales de muy diversos tipos que, de forma muy regular, se pueden clasificar en cuatro grandes grupos:

Metales y aleaciones: hierro y acero, aluminio, cobre, níquel, titán, etc., y sus aleaciones.

Polímeros: gran desarrollo potencial. Comúnmente llamados plásticos

introduccion a las propiedades de los materiales

introduccion a las propiedades de los materiales

Cerámicos y vidrios: vidrios, cementos, hormigones, etc.

Materiales compuestos: mezcla de materiales: madera, fibra de vidrio, fibra de carbono, polímeros rellenos.

introduccion a las propiedades de los materiales

Uno de los factores que limitan de forma notable la vida de un material es la alteración química que puede experimentar en procesos de oxidación o corrosión.

Propiedades químicas

Las propiedades mecánicas indican el comportamiento de un material cuando se encuentra sometido a fuerzas exteriores.

Propiedades mecánicas

introducción a las propiedades de los materiales

Las propiedades de un material determinado se pueden clasificar en cinco grupos diferentes:

introduccion a las propiedades de los materiales

Maleabilidad: indica si un material se puede estirar en láminas sin romperse.

Ductilidad: señala si se puede estirar en forma de hilos.

Forjabilidad: da idea de la capacidad que posee un material para ser forjado.

Maquinabilidad: indica si se pueden aplicar procesos de arranque de viruta al

material.

Propiedades de fabricación

son aquellas en las que se mantienen las propiedades originales de la sustancia ya que sus moléculas no se modifican.

Las propiedades físicas

Para que un material sea utilizable en una aplicación y poseer unas adecuadas propiedades físicas, químicas y mecánicas. También sus condiciones económicas, el coste del transporte desde el lugar de su fabricación hasta el de consumo.Para usos estructurales la madera, el hormigón y el acero estructural. Aunque por sus propiedades mecánicas adecuadas se podrían emplear aleaciones de níquel o titanio, pero lo descartamos por el precio elevado.La investigación de nuevos materiales se centra en los metales utilizados en ingeniería media y ligera.

propiedades: estéticas y económicas

introducción a las propiedades de los materiales

La primera clasificación que se puede hacer de materiales en estado sólido, es en función de cómo es la disposición de los átomos o iones que lo forman. Si estos átomos o iones se colocan ordenadamente siguiendo un modelo que se repite en las tres direcciones del espacio, se dice que el material es cristalino.

Materiales cristalinos

introducción a las propiedades de los materiales

Un sólido amorfo consiste en partículas acomodadas en forma irregular y por ello no tienen el orden que se encuentra en los cristales. Ejemplos de sólidos amorfos son el vidrio y muchos plásticos. Los sólidos amorfos difieren de los cristalinos por la manera en que se funden. Si controlamos la temperatura de un sólido cristalino cuando se funde, encontraremos que permanece constante. Los sólidos amorfos no tienen temperatura de fusión bien definida; se suavizan y funden en un rango de temperatura y no tienen “punto de fusión” característico.

. Estructura Amorfa se presenta como un amontonamiento caótico de subestructuras

idénticas.

el cuarzo es el ejemplo más habitual.

ESTRUCTURA AMORFA

Descripción de las propiedades de los sólidos amorfos.

introducción a las propiedades de los materiales

La metalurgia como uno de los principales procesos de transformación utilizados hasta 1991 comenzó con el descubrimiento del cobre, del oro y de la plata. Aunque existe en la naturaleza como elemento la mayor parte se halla en forma de minerales como la calcopirita, la azurita o la malaquita

LA METALURGIA

La metalurgia es la ciencia y técnica de la obtención y tratamiento de los metales desde minerales metálicos, hasta los no metálicos. También estudia la producción de aleaciones, el control de calidad de los procesos vinculados así como su control contra la corrosión.

INTRODUCCION A LA METALURGIA

PROPIEDADES DE LOS

MATERIALES FERRICOS

• Tienen un brillo muy característico.

• Son más densos y pesados que

otros materiales de uso técnico.

• Su gran resistencia mecánica les

permite soportar grandes esfuerzos, presiones

o golpes.

• Algunos de ellos son muy duros.

• Conducen muy bien el calor y la electricidad.

• Tienen grandes posibilidades de trabajo, como

doblar, cortar, estampar, fundir o moldear.

CLASIFICACIÓN GENERAL DE LAS ALEACIONES FERROSAS

Las aleaciones son productos homogéneos de propiedades metálicas de

dos o mas elementos.

Estas aleaciones pueden ser:

Ferrosas. Y No ferrosas.

Aleaciones ferrosas

CLASIFICACIÓN GENERAL DE LAS ALEACIONES FERROSAS

introduccion a las propiedades de los materiales

FERROSAS

Las aleaciones ferrosas son las

que contienen un porcentaje

muy alto de hierro, como el

acero o los hierros fundidos.

NO FERROSASEstas aleaciones están constituidas por elementos metálicosLas Aleaciones no

ferrosas, son aquellas

que carecen de hierro o

tienen un bajo nivel de

éste.

en estado elemental (estado de oxidación nulo), como P, C, Si, S, As.

CLASIFICACIÓN DE LAS ALEACIONES FERROSAS

Aleaciones Metálicas

No ferrosasFerrosas

FundicionesAceros

Maleable Nodular Blanca GrisAlta aleaciónBaja aleación

Bajo C Medio C Alto C herramientas Inoxidable

Las mas conocidas son la clasificación del acero por su composición química y por sus propiedades o clasificación del acero por su uso

composición estructural y química de un acero al carbono

Clasificación de Acero por su composición química:Acero al carbono Se trata del tipo básico de acero que contiene menos del 3% de elementos que no son hierro ni carbono.

Composición química del Acero Galvanizado: 0.15% Carbono, 0.60% Manganeso, 0.03% Potasio, 0.035% Azufre.

Composición del Acero Inoxidable: es un acero aleado que debe contener al menos un 12% de Cromo y dependiendo de los agentes exteriores corrosivos a los que va ha estar expuesto debe contener otros elementos como el niquel, el molibdeno y otros.

METALES FÉRRICOS

Aleaciones de hierro

Fundición: entre 1,7 y 6,6% de carbono

• Son de fácil moldeo, y de mayor resistencia

a la corrosión que el acero

Aceros: menos del 1,7% de carbono.

• Tienen una aceptable dureza y resistencia

CLASIFICACIÓN GENERAL DE LAS ALEACIONES FERROSAS

ALEACION DEL ACERO

En las aleaciones Fe-C pueden encontrarse hasta once constituyentes diferentes, que se denominan: ferrita, cementita, perlita, austenita, martensita, troostita sorbita, bainita, ledeburita, steadita y grafito.

.

CLASIFICACIÓN GENERAL DE LAS ALEACIONES FERROSAS

FERRITA Aunque la ferrita es en realidad una solución sólida de carbono en hierro alfa, su

solubilidad a la temperatura ambiente es tan pequeña que no llega a disolver ni un 0.008% de C. Es por esto que prácticamente se considera la ferrita como hierro alfa puro. La ferrita es el más blando y dúctil constituyente de los aceros. Cristaliza en una estructura BCC. Tiene una dureza de 95 Vickers, y una resistencia a la rotura de 28 Kg/mm2, llegando a un alargamiento del 35 al 40%. Además de todas estas características, presenta propiedades magnéticas.

CLASIFICACION GENERAL DE LAS ALEACIONES FERROSAS

CEMENTITA Es carburo de hierro y por tanto su composición es de 6.67% de C y 93.33% de Fe en peso.

Es el constituyente más duro y frágil de los aceros, alcanzando una dureza de 960 Vickers. Cristaliza formando

un paralelepípedo ortorrómbico de gran tamaño. Es magnética hasta los 210ºC, temperatura a partir de la cual

pierde sus propiedades magnéticas.

PERLITA Es un constituyente compuesto por el 86.5% de ferrita y el 13.5% de cementita, es decir, hay 6.4

partes de ferrita y 1 de cementita. La perlita tiene una dureza de aproximadamente 200 Vickers, con una

resistencia a la rotura de 80 Kg/mm2 y un alargamiento del 15%. Cada grano de perlita está formado por

láminas o placas alternadas de cementita y ferrita. Esta estructura laminar se observa en la perlita formada por

enfriamiento muy lento.

AUSTENITA Este es el constituyente más denso de los aceros, y está formado por la solución sólida, por

inserción, de carbono en hierro gamma. La proporción de C disuelto varía desde el 0 al 1.76%, correspondiendo

este último porcentaje de máxima solubilidad a la temperatura de 1130 ºC.La austenita en los aceros al

carbono, es decir, si ningún otro elemento aleado, empieza a formarse a la temperatura de 723ºC.

BAINITA Se forma la bainita en la transformación isoterma de la austenita, en un rango de temperaturas de

250 a 550ºC. El proceso consiste en enfriar rápidamente la austenita hasta una temperatura constante,

manteniéndose dicha temperatura hasta la transformación total de la austenita en bainita.

DIAGRAMA DE EQUILIBRIO DE LAS ALEACIONES

HIERRO-CARBONO.

La temperatura a que tienen lugar los cambios alotrópicos en el hierro estará influida por los elementos que forman parte de la aleación, de los cuales el más importante es el carbono. La figura que mostramos a continuación muestra la porción de interés del sistema de aleación Fe-C. Contiene la parte entre Fe puro y un compuesto intersticial, llamado carburo de hierro, que contiene un 6.67% de C en peso. Esta porción se llamará diagrama de equilibrio hierro-carburo de hierro.

diagrama muestra tres líneas horizontales que indican reacciones isotérmicas. La solución sólida se llama austenita. La segunda figura muestra ampliada la porción del diagrama de la esquina superior izquierda. Esta se conoce como región delta, debido a la solución sólida . A 2720ºF se encuentra una línea horizontal que nos marca la reacción peritéctica. Dicha reacción responde a la ecuación:

Líquido + Austenita (enfriamiento)

(calentamiento)

La solubilidad máxima del carbono en Fe (BCC) es de 0.10% (punto M), mientras que en Fe (FCC) es mucho mayor. La presencia de carbono influye en el cambio alotrópico . Conforme crece la proporción de C, la temperatura del cambio alotrópico aumenta de 2554 a 2720ºF al 0.10% de C. Considérese el significado de la línea NMPB.

CLASIFICACION GENERAL DE LAS ALEACIONES FERROSAS

CLASIFICACION GENERAL DE LAS ALEACIONES FERROSAS

obtención del acero.

ACEROS AL CARBONO, DE BAJA ALEACIÓN, PARA HERRAMIENTAS E INOXIDABLES

Importancia de la composición estructural y química de las aleaciones

ferrosas (aceros y hierros fundidos).

ACEROS AL CARBONO, DE BAJA ALEACIÓN, PARA HERRAMIENTAS E INOXIDABLES

Aluminio:

• Es blando y dúctil

• Resistente a la corrosión

• Buen conductor de electricidad y calor

Cobre:

• Metal poco duro

• Buen conductor de electricidad y calor

• Poco corrosivo

Latón:

• Aleación de cobre y cinc

• Fácil de moldear

• Bastante económico

Bronce:

• Resistente a los esfuerzos

• Resistente a la corrosión

• Muy apto para fundir

Esta familia es la más reciente de las cinco grandes clases de acero. Los aceros de baja aleación son más baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleación. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono.

Aceros de baja aleación ultra resistentes.

Usos: Los buques

1 - MANGANESO2 - NIQUEL3 - NIQUEL-CROMO, principal aleante el cromo4 - MOLIBDENO5 - CROMO6 - CROMO-VANADIO, principal aleante el cromo8 - NIQUEL-CROMO-MOLIBDENO, principal aleante el molibdeno9 - NIQUEL-CROMO-MOLIBDENO, principal aleante el níquel.

En el sistema SAE. - A.I.S.I, los aceros se clasifican con cuatro dígitos XXXX. Los primeros dos números se refieren a los dos elementos de aleación mas importantes y los dos o tres últimos dígitos dan la cantidad de carbono presente en la aleación.

Un acero 1040 AISI es un acero con 0.4%C; un acero 4340 AISI, es un acero aleado que contiene o.4%C, el 43 indica la presencia de otros elementos aleantes.Las convenciones para el primer dígito son:

Sistema SAE. - A.I.S.I,

Tratamiento Térmico a los Materiales

TRATAMIENTO TERMICO

Se conoce como tratamiento térmico el proceso al que se someten los metales u otros sólidos con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la tenacidad. Los materiales a los que se aplica el tratamiento térmico son, básicamente, el acero y la fundición, formados por hierro y carbono. También se aplican tratamientos térmicos diversos a los sólidos cerámicos.

Propiedades mecánicas de los materiales:

las características mecánicas de un material dependen tanto de su composiciónquímica como de la estructura cristalina que tenga. Los tratamientos térmicosmodifican esa estructura cristalina sin alterar la composición química, dando a losmateriales unas características mecánicas concretas, mediante un proceso decalentamientos y enfriamientos sucesivos hasta conseguir la estructura cristalinadeseada.

TRATAMIENTO TERMICO

Entre estas características están:

Resistencia al desgaste: Es la resistencia que ofrece un material a dejarse erosionar cuando está en contacto de fricción con otro material.

Tenacidad: Es la capacidad que tiene un material de absorber energía sin producir fisuras (resistencia al impacto).

Maquinabilidad: Es la facilidad que posee un material de permitir el proceso de mecanizado por arranque de viruta.

Dureza: Es la resistencia que ofrece un acero para dejarse penetrar. Se mide en unidades BRINELL (HB) o unidades ROCKWEL C (HRC), mediante el test del mismo nombre.

TRATAMIENTO TERMICO

TRATAMIENTO TERMICO

Tratamientos térmicos del acero:

El tratamiento térmico en el material es uno de los pasos fundamentales para que pueda alcanzar las propiedades mecánicas para las cuales está creado

Con el tratamiento térmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el tamaño del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dúctil. La clave de los tratamientos térmicos consiste en las reacciones que se producen en el material, tanto en los aceros como en las aleaciones no férreas, y ocurren durante el proceso de calentamiento y enfriamiento de las piezas, con unas pautas o tiempos establecido. Los tratamientos térmicos han adquirido gran importancia en la industria en general, ya que con las constantes innovaciones se van requiriendo metales con mayores resistencias tanto al desgaste como a la tensión

Los principales tratamientos térmicos son:

Temple: Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Para ello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior Ac (entre 900-950ºC) y se enfría luego más o menos rápidamente (según características de la pieza) en un medio como agua, aceite, etcétera.

Austenita. Es una solución sólida de carburo de hierro, dúctil y tenaz, blanda y resistente al desgaste.

Bainita. Es una mezcla difusa de ferrita y cementita, que se obtiene al transformar isometricamente la austenita a una temperatura de 250º-500ºC.

Martensita. Es el constituyente de los aceros cuando están templados, en magnética y tiene una dureza de 50-60Hrc.

Ferrita. Es hierro casi puro con impurezas de silicio y fósforo(Si-P). Es el componente básico del acero.

Cementita. Es el componente mas duro de los aceros con dureza superior a 60Hrc con moléculas muy cristalizadas y por consiguiente frágil.

Perlita. Compuesto formado por ferrita y cementita

TRATAMIENTO TERMICO

TRATAMIENTOS TERMICOS

Revenido: Sólo se aplica a aceros previamente templados, para disminuir ligeramente los efectos del temple, conservando parte de la dureza y aumentar la tenacidad. El revenido consigue disminuir la dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada. Se distingue básicamente del temple en cuanto a temperatura máxima y velocidad de enfriamiento.

Se calienta y enfría el acero para conseguir una estructura molecular del material (temple) para posteriormente volver a calentarlo y enfriarlo modificando así la estructura anteriormente conseguida (revenido)..

TRATAMIENTOS TERMICOS

Recocido: Consiste básicamente en un calentamiento hasta temperatura de austenitización (800-925 ºC) seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza. También facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura, afinar el grano y ablandar el material, eliminando la acritud que produce el trabajo en frío y las tensiones internas.

Recocido de regeneración* . Tiene por objeto afinar el grano de los aceros sobrecalentados. Recocido globular* . Se realiza para lograr una más fácil deformación en frío. Recocido contra la acritud* . Recuperamos las propiedades perdidas en la deformación en frío(acritud). Recocido de ablandamiento* . Ablandamos piezas templadas con anterioridad para su mecanización. Recocido de estabilización* . Elimina las tensiones de las piezas trabajadas en frío. Recocido isotérmico* . Mejoramos la maquinabilidad de las piezas estampadas en caliente. Doble recocido. Para lograr una estructura mecanizable en aceros de alta aleación.

TRATAMIENTOS TERMICOS

Normalizado: Tiene por objeto dejar un material en estado normal, es decir, ausencia de tensiones internas y con una distribución uniforme del carbono. Se suele emplear como tratamiento previo al temple y al revenido

IV.I.- Polímeros

Estructuras amorfas características de los polímetros

Un Polímero amorfo es un polímero que debido a la falta de regularidad en su estructura, tacticidad, o por la falta de conformación helicoidal no puede formar cristales, que requieren de un orden en las cadenas del polímero. Muchos polímeros son amorfos, por ejemplo, el Poliestireno atáctico.

POLIMEROS

En general, estos polímeros presentan como única transición la temperatura de transición vítrea, ya que no existe realmente una fusión de cristales, se considera que el estado sólido de estos materiales corresponde únicamente al de un líquido subenfriado.Las ventajas de algunos polímeros amorfos sobre algunos semicristalinos es la transparencia natural inherente al polímero, sin embargo, plásticos altamente cristalinos como el PET, pueden presentar alta transparencia si son procesados adecuadamente.Los polímeros amorfos son también llamados vítreos, puesto que el vidrio tampoco forma cristales y es también un líquido subenfriado.Generalmente la entropía de un polímero amorfo es mayor que la de uno similar cristalino, su densidad es mayor, no experimenta refuerzo, en pruebas de tracción (estrés-elongación).

Características

POLIMEROS

VENTAJAS

1. Son los más aplicables en pruebas de campo. 2. Factor económico 3. Son muy livianos. 4. Son muy sólidos

DESVENTAJAS

1. Es muy susceptible al ataque bacterial. 2. Son muy Costosas al momento de tener problemas. 3. Efecto de esfuerzos y altas temperaturas4. Se rompen fácil al trabajo pesado

Polímetros

POLIMREROS

IV.II.- CERAMICOS

Los materiales cerámicos son compuestos químicos o soluciones complejas, que contienen elementos metálicos y no metálicos. Tienen amplias propiedades mecánicas y físicas. Debido a sus enlaces iónicos o covalentes, los cerámicos son duros, frágiles, con un alto punto de fusión, baja conductividad eléctrica y térmica, buena estabilidad química, resistencia a la compresión.

CERAMICOS

CERAMICOS

Materiales cerámicos: sólidos inorgánicos no metálicosEspecialmente atractivos por:

• Estabilidad térmica• Dureza• Rigidez• Baja densidad• Resistencia al desgaste• Resistencia mecánica• Resistencia a la oxidación y corrosión

La estructura de los cerámicos cristalinos.

Estructura Perovskite

Se encuentra en varios cerámicos eléctricos . En este tipo de celdas están 3 tipos de iones, que son iones de bario, iones de oxigeno y iones de titanio. La distorsión de la celda unitaria produce una señal eléctrica, lo que permite que ciertos titanatos sirvan como transductores.

Estructura del corindón

Es similar a una estructura hexagonal compacta. Algunos cerámicos tienen esta estructura como son: Cr2O3 y Fe2O3.Estructura de espinelTiene una celda unitaria cúbica , en cada uno de sus cubos menores hay iones de oxigeno, hay 4 intersticiales octaédricos y 8 sitios intersticiales tetraédricos, de los cuales los cationes ocupan 3. En los espineles inversos, el ión bivalente y la mitad de los iones trivalentes se localizan en los sitios octaédricos.

CERAMICOS

CERAMICOS

Estructura de espinel

Tiene una celda unitaria cúbica , en cada uno de sus cubos menores hay iones de oxigeno, hay 4 intersticiales octaédricos y 8 sitios intersticiales tetraédricos, de los cuales los cationes ocupan 3. En los espineles inversos, el ión bivalente y la mitad de los iones trivalentes se localizan en los sitios octaédricos.

Grafito

A veces se le considera como cerámico, tiene una estructura hexagonal por capas y se usa como material refractario, lubricante y como fibra.La estructura de los silicatos cristalinosEn el sílice, el enlace covalente requiere que los átomos de silicio tengan junto 4 átomos de oxígeno, creando así una estructura retraédrica, esta es la unidad estructural fundamental del sílice, de las arcillas y de silicatos vítreos.

CERAMICOS

Propiedades que lo hacen atractivo como cerámica estructural

Elevada resistencia mecánica aaltas temperaturas

Buena resistencia al choque térmico

Buena resistencia ala oxidación

Baja densidadAplicaciones

Rotores de turbinas

Cámaras de pre-combustión

Herramientas de

CERAMICOS

CERAMICOS

CERAMICOS

Propiedades que lo hacen atractivo como cerámica estructural

Elevada resistencia mecánica aaltas temperaturas

Buena resistencia al choque térmico

Buena resistencia ala oxidación, corrosión yabrasión

Baja densidadAplicaciones

Sellos mecánicos, válvulas

Intercambiadores de calor, elementos calefactores

Turbinas de gas,

Materiales Compuestos

Los materiales compuestos son aquellos que están formados por combinaciones de metales, cerámicos y polímeros. Las propiedades que se obtienen de estas combinaciones son superiores a la de los materiales que los forman por separado, lo que hace que su utilización cada vez sea más imponente sobre todo en aquellas piezas en las que se necesitan propiedades combinadas, en la que un material (polímero, metal o cerámico) por sí solo no nos puede brindar.

Las propiedades que se obtienen son un producto de la combinación de los refuerzos que se utilicen y de la matriz que soporta al refuerzo en los materiales compuestos, el cual también juega un papel importante en la aplicación por lo que resulta necesario hacer referencia a las propiedades que se obtienen al combinar refuerzo-matriz.

Plásticos reforzados con fibra: Clasificados por el tipo de fibra:

Madera (fibras de celulosa en una matriz de lignina y hemicelulosa)

Plástico reforzado de fibra de carbono o CFRP o Plástico reforzado de fibra de vidrio o GFRP o reinforced plastic GRP (informalmente, "fibra de vidrio")

Clasificados por la matriz:

Termoplásticos reforzados por fibra larga. Termoplásticos tejidos de vidrio.

Compuestos termo formados o termoestables. Compuestos de matriz metálica o MMCs:

Cermet (cerámica y metal). Fundición blanca.

Metal duro (carburo en matriz metálica) Laminado metal-intermetal.

Compuestos de matriz cerámica: Hormigón/Concreto Carbono-carbono reforzado (fibra de carbono en matriz de grafito). Hueso (matriz ósea reforzada con fibras de colágeno) Adobe (barro y paja)

Compuestos de matriz orgánica/agregado cerámico Madreperla o nácarConcreto asfáltico

Madera mejorada PlywoodTableros de fibra orientada. TrexWeatherbest (fibra de madera reciclada en matriz de polietileno) Pycrete (serrín en matriz de hielo)