Materiales y Procesos Industriales

ObjetivoAplicación de conocimientos básicos sobre la estructura, propiedades, tratamientos y aplicaciones de los materiales de uso en ingeniería

Universidad de Managua

¿Qué son los Materiales?

• Latín: Materialis• Sustancia con calidad útil con

propiedades térmicas, mecánica u otros para producir bien o servicio.

¿Por qué estudiar la ciencia de los materiales?

• Ciencia de los materiales estudia , investiga las propiedades, características y estructura de materiales para buscar el material adecuado a las necesidades

Materiales de Ingeniería

• Las materias primas son tomadas de la tierra • Son convertidas en material en bruto, • Transformadas en material para ingeniería:

Cable eléctrico, Acero estructural

Concreto, Plástico, madera • Satisfacer las necesidades de la sociedad

con los productos terminados • Regresan a la tierra como deshecho

¿Porqué son necesarios los materiales?

1. Fabricación de productos2. Diseño de un objeto para emplearse el material

que mejor se adapta a sus exigencias de uso, ya que resulta más económico.

3. Conocer los tipos de materiales susceptibles de ser empleados

4. Aprovechar los recursos disponibles del entorno como la madera, la arcilla, metales, etc

Evolución de los materiales

Relación entre proceso-estructura-Propiedad

Estructura Atómica

• El átomo es la unidad estructural básica de todos los componentes formando los bloques estructurales del material.

Arreglos atómicos

• Los arreglos permiten distinguir si los materiales son amorfos o cristalinos.

• Amorfos => arreglos de corto alcance.• Cristalinos => arreglos de corto y largo alcance.• Los átomos muestran un determinado orden solo en

distancia relativamente cortas.• Los materiales cristalinos de largo alcance => sus

átomos ordenados en arreglos tridimensionales que se repiten a distancias mayores de 100 nm.

Relación de niveles-dimensiones-Propiedades de un motor

Materia Prima

• Son los recursos naturales a partir de los que obtenemos los materiales que empleamos en la actividad técnica.

Son los productos útiles para la actividad tecnológica que se obtienen de la transformación de las materias primas

Materiales

TIPOS DE MATERIALES TECNOLÓGICOS

Madera• Se obtiene de la parte leñosa de los árboles. • Se utiliza como combustible, para la industria

papelera , para la fabricación de muebles, elementos de construcción (vigas, escaleras ... ), decorativos (esculturas, marcos de fotografías)

Plástico

• Se obtienen artificialmente a partir de polímeros sintéticos en su mayoría

• Los plásticos se utilizan para fabricar tuberías, embalajes, juguetes, recipientes, revestimiento de cables.

Metales

• Se extraen de los minerales que forman parte de las rocas. • Los metales se utilizan para estructuras y piezas de

máquinas, herramientas, elementos de unión, componentes electrónicos, marcos de ventanas, muebles...

Se extraen de las rocas.Son materiales pétreos el mármol, la pizarra, el vidrio, el yeso.

Pétreos

TIPOS DE MATERIALES TECNOLÓGICOSCERÁMICOS

TEXTILES

Se obtienen moldeando arcillas y sometiéndola después a un proceso de cocción a altas temperaturas en un horno.Un ladrillo y una teja, una vajilla e, incluso, un inodoro son productos fabricados con materiales cerámicos

Estos materiales se utilizan en forma de hilos para elaborar tejidos. Pueden ser naturales o sintéticos.Son materiales textiles la lana, el algodón, la seda, el lino, o el nailon y la lycra.

illita

Bentonita

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

• Cada material tiene unas propiedades que:

lo diferencian de los demás

determinan lo que puede hacerse con él

TIPOS DE PROPIEDADES

C o lo r

T e x tu ra

B rillo

S E N S O R IA L E S

T ra n spa re n c ia

O x ida c ión

C o n du c tiv id ade lé c trica

C o n du c tiv id adté rm ica

F IS IC O -Q U ÍM IC A S

D u re za

T e n ac id adF ra g ilid ad

E la s tic id adP la s tic id ad

R e s is te n c iam e cá n ica

M E C Á N IC A S

F u s ib ilid ad

D u c tilid ad

M a le ab ilid ad

T E C N O L Ó G IC A S

T o x ic id ad

R e c ic la b ilid ad

B io de g rad a b ilid ad

E C O L Ó G IC A S

P R O P IE D A D E S D E L O S M A T E R IA L E S

PROPIEDADES SENSORIALES

• Son las que están relacionadas con la impresión que produce el material en nuestros sentidos.

Color. Transparencia/opacidad

Acabado superficial y Textura.

Brillo.

Características ópticas

PROPIEDADES SENSORIALES

• Son las que están relacionadas con la impresión que produce el material en nuestros sentidos.

Olor que se desprende del material.

Sonoridad.

Características Acústicas

Características Olfativas

PROPIEDADES FISICO-QUÍMICAS

• Son las que están relacionadas con el comportamiento del material frente a acciones externas.

Ópticas: Según el comportamiento de los materiales frente a la luz se clasifican en: transparentes, translúcidos y opacos.

Corrosivas: Hace referencia al comportamiento de un material cuando es sometido a la acción de agentes atmosféricos o químicos.

Térmicas: Hace referencia del comportamiento del material frente al calor

PROPIEDADES FISICO-QUÍMICAS• Son las que están relacionadas con el comportamiento

del material frente a acciones externas.

Propiedades Eléctricas Conductividad: Un material tiene alta conductividad

eléctrica cuando deja pasar la corriente eléctrica por él. Entonces decimos que es conductor.

Resistividad: Un material tiene alta resistividad eléctrica cuando se opone al paso de la corriente eléctrica por él. Entonces decimos que es aislante.

PROPIEDADES FISICO-QUÍMICAS• Son las que están relacionadas con el comportamiento

del material frente a acciones externas.

Propiedades Magnéticas : son aquellos cambios físicos que se producen cuando un cuerpo esta sometido a un campo magnético.

Diamagnéticas: Las líneas del campo magnético generado por un campo inductor son de sentido contrario a éste

Paramagnéticas: Las líneas del campo magnético generado por un campo inductor son del mismo sentido a éste.

Ferromagnéticas: Es cuando el material , a determinadas temperaturas, adquiere un campo magnético intenso en presencia de un campo exterior inductor y queda como consecuencia de esta acción Imantado

PROPIEDADES MECÁNICAS• Son las que están relacionadas con el comportamiento del

material cuando se somete a esfuerzos.

Dureza: Un material es duros o blando dependiendo de si otros materiales puede rayarlo.

Tenacidad: Es la resistencia que opone un material a su rotura cuando este esta sometido a esfuerzos lentos y de deformación

Fragilidad: Un material es frágil si cuando le damos un golpe se rompe.

PROPIEDADES MECÁNICAS• Son las que están relacionadas con el comportamiento

del material cuando se somete a esfuerzos.

Elasticidad: Un material es elástico cuando, al aplicarle una fuerza se estira, y al retirarla vuelve a la posición inicial.

Plasticidad: Un material es plástico cuando al retirarle la fuerza continua deformado

Resistencia mecánica o resiliencia :Es la resistencia que opone un material a golpes y esfuerzos bruscos sin romperse.

Fatiga: Es la deformación que en algunos casos puede llegar a la ruptura de un material sometido a cargas variables , (inferiores a las de rotura) cuando éstas actúan por un largo período de tiempo o por un numero de veces determinado.

PROPIEDADES TECNOLÓGICAS

• Son las que están relacionadas con el comportamiento de los materiales durante la fabricación.

Fusibilidad: Es la capacidad de los materiales de pasar del estado sólido al líquido cuando son sometidos a una temperatura determinada.

Ductilidad: Es la capacidad de los materiales de transformarse en hilos cuando se estiran.

Maleabilidad: Es la capacidad de los materiales de transformarse en láminas cuando sin romperse.

Maquinabilidad: Es la capacidad de los materiales de ser trabajados por maquinas-herramientas sin que estos produzcan deformaciones en el material

PROPIEDADES ECOLÓGICAS

• Son las que están relacionadas con la mayor o menor nocividad del material para el medio ambiente.

Toxicidad: Es el carácter nocivo de los materiales para el medio ambiente o los seres vivos.

Reciclabilidad: Es la capacidad de los materiales de ser vueltos a fabricar.

Biodegrabilidad: Es la capacidad de los materiales de, con el paso del tiempo, descomponerse de forma natural en sustancias más simples.

RECICLADO Y REUTILIZACIÓN

• Los recursos de la Tierra son ilimitados y, si no se usan correctamente, pueden agotarse sin encontrar otros que los sustituyan.Las formas de prolongar la vida de estos recursos son dos: RECICLAR

REUTILIZAR

EJEMPLOS: RECICLAJE DEL VIDRIO

EJEMPLOS: RECICLAJE DEL PAPEL

Ductibilidad: >ξ ~ romperse

Comportamiento de los metales durante el

conformado de metales:

Curva de Fluencia: Curva de fluencia media es:

Para laminado: Para forjado:

Para extrusión:

Ejercicios

• Un metal tiene curva de fluencia con los parámetros: coeficiente de resistencia 35000 y coeficiente de endurecimiento n:0.26. El espécimen se estira de 2pulg a 3.3 pulg. Determine: a) Deformación real b) esfuerzo de fluencia y c)esfuerzo de fluencia promedio. (De las respuesta en mm y MPa

• Si k= 500 Mpa,n:0.3 y y promedio es 285.8 Mpa. Determine la reducción del área y el área final si el área inicial es de 2.8 mm. Mpa:106 Pa. De la respuesta en pulgada.1 cm :0.3937 pulg.

Retroalimentación

Defina:• Estructura

Cristalina• Cristal• Amorfo• Proceso• Materia• Materia Prima

Estructura AtómicaIsotopoMasa AtómicaPartículas Sub atómicasConfiguración electrónicaProtónNeutrónElectrón

Características principales de:

• Polímeros• Arcilla• Metal• Materiales

compuestos• Semiconductores

o electrónicos• Pétreo• Madera• Textil

Analice y Resuelva:¿Qué es el diagrama esfuerzo deformación?¿Cuáles son los elementos del diagrama?Relación de dureza con resistencia mecánicaDiferencia entre material frágil y dúctil

Gracias por su atención