Materiales y Procesos Industriales

Objetivo

Aplicación 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 productos

2. 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 demáquinas, herramientas, elementos de unión, componenteselectrónicos, marcos de ventanas, muebles...

Se extraen de las rocas.

Son materiales pétreos el mármol, lapizarra, el vidrio, el yeso.

Pétreos

TIPOS DE MATERIALES TECNOLÓGICOS

CERÁMICOS

TEXTILES

Se obtienen moldeando arcillas y sometiéndoladespués a un proceso de cocción a altastemperaturas en un horno.

Un ladrillo y una teja, una vajilla e, incluso, uninodoro son productos fabricados con materialescerámicos

Estos materiales se utilizan en forma de hilospara elaborar tejidos. Pueden ser naturales osintéticos.

Son materiales textiles la lana, el algodón, laseda, 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

Color

Textura

Brillo

SENSORIALES

Transparencia

Oxidación

Conductividad

eléctrica

Conductividad

térmica

FISICO-QUÍMICAS

Dureza

Tenacidad

Fragilidad

Elasticidad

Plasticidad

Resistencia

mecánica

MECÁNICAS

Fusibilidad

Ductilidad

Maleabilidad

TECNOLÓGICAS

Toxicidad

Reciclabilidad

Biodegradabilidad

ECOLÓGICAS

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

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: 𝜎 = 𝑘𝜀𝑛

Curva de fluencia media es:

𝜎 =𝑘𝜀𝑛

1 + 𝑛Para laminado:

𝜀 = 𝑙𝑛𝑡𝑜

𝑡𝑓

Para forjado:

𝜀 = 𝑙𝑛ℎ𝑜

ℎPara extrusión:

𝜀 = 𝑙𝑛𝐴𝑜

𝐴𝑓

Ejercicios

• Un metal tiene curva de fluencia con los parámetros: coeficiente de resistencia 35000 𝑙𝑏

𝑝𝑢𝑙𝑔2y 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 𝜎y 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 Atómica

Isotopo

Masa Atómica

Partículas Sub

atómicas

Configuración

electrónica

Protón

Neutrón

Electrón

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 mecánica

Diferencia entre material frágil

y dúctil