Unidad 1 de propiedad de los materiales PM
- 1. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES M.A. Giovanna Morales [email protected]
- 2. • Aporta al perfil de egreso la capacidad para fundamentar la aplicación de los diferentes tipos de materiales en función de sus propiedades físicas, químicas, así como el impacto que pueden causar al ser humano y el medio ambiente. En el primer tema se clasifica a los diferentes materiales. • En el segundo tema se analiza la microestructura de los diferentes materiales y como ésta influye en las propiedades de los mismos. • El tercer tema profundiza en las propiedades físicas y químicas de los materiales así como el impacto que pueden tener en el ser humano y el medio ambiente, lo que permite al estudiante analizar y reflexionar sobre sus aplicaciones, así como predecir su comportamiento en el desempeño. • Los contenidos del cuarto tema permiten que el estudiante analice la aplicación de los diferentes materiales en los procesos industriales. Las competencias a desarrollar constituyen parte de las requeridas en las asignaturas: Procesos de Fabricación, Diseño de Instalaciones, Higiene y Seguridad Industrial, Administración del Mantenimiento, Sistemas de Manufactura. CARACTERIZACIÓN DE LA ASIGNATURA
- 3. BIBLIOGRAFÍA 1. 91031187 USA: ASTM 1916 Race Street. 2003. última Edición 2. Askeland, Donald R. Ciencia e ingeniería de los materiales 3. ASTM. Annual Book of ASIM Standards, todos los tomos, Philadelphia, PA 4. Continental S. A. 1998. 7ª Edición. 5. Dirección General de Normas, Editorial Secretaria de Economía México. 2003. 6. Doyle, Keyser, Leach, Schrader, Singer. Materiales y procesos de manufactura para ingenieros, Prentice Hall. 7. Higgings, Raymon. Ingeniería Metalúrgica tomo I y II, México: Editorial Interamericano. 1996. 6ª Edición. 8. Mark. Manual de Ingeniería Mecánica Volumen I, II y III, México: Editorial Mc 9. Van, Vlack. Tecnología de los Materiales, México: Editorial Fondo Educativo 10. Química I, “Sistemas materiales. Estructura de la materia. Transformaciones químicas”, Editorial Santillana, POLIMODAL, varios autores, noviembre de 1999.
- 4. UNIDAD 1 CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES 1.1 Generalidades. 1.2 Materiales Metálicos. 1.2.1 Ferrosos y No Ferrosos. 1.2.2 Puros y Aleaciones. 1.3 Materiales no Metálicos. 1.3.1 Orgánicos e Inorgánicos. 1.3.2 Polímeros 1.4 Cerámicos. 1.5 Materiales Compuestos 1.6 Nanomateriales
- 5. 1.-GENERALIDADES • Que es la materia? • Que es un material? • Que es la estructura de los materiales? Tipos de enlace Enlaces iónicos se forman por la unión de elementos metálicos y no metálicos. Enlace covalente es la union de átomos no metálicos Enlaces metalicos, la union de átomos metálicos. .
- 6. El hidrógeno es el primer elemento de la tabla periódica. • Es el elemento químico más ligero que existe. • Gas incoloro e inodoro. • Es un gas muy inflamable, que reacciona de manera espontánea con elementos oxidantes como el oxígeno, cloro o flúor. • Puede disolverse en diversos metales, lo cual lo hace un elemento indispensable en la metalurgia.
- 7. • Es un isótopo carente de características radiactivas • En reactores nucleares se utiliza para disminuir la velocidad con la que se mueven los neutrones. • Aumenta la vida de fármacos El ion hidrógeno es la sustancia resultante más importante de estos procesos metabólicos y está presente en todos los compartimentos corporales, y es el responsable del nivel de acidez o alcalinidad de los líquidos y tejidos corporales
- 8. • El helio es un gas incoloro, inodoro e insípido. • Tiene menor solubilidad en agua que cualquier otro gas. • Es el elemento menos reactivo y esencialmente no forma compuesto químicos. • La densidad y la viscosidad del vapor de helio son muy bajas. • La conductividad térmica y el contenido calórico son excepcionalmente altos. • El helio puede licuarse, pero su temperatura de condensación es la más baja de cualquier sustancia conocida. • Aplicación el helio se utiliza también para la detección de fugas • Inflar globos.
- 9. 1.1 GENERALIDADES. El diagrama esfuerzo-deformación es el resultado de la prueba o ensayo de tensión sobre un elemento calibrado llamado probeta
- 10. • El diagrama esfuerzo-deformación permite conocer las propiedades mecánicas de los materiales, como el límite elástico, el módulo de elasticidad, el límite de proporcionalidad, el límite de fluencia, el límite de rotura y la tenacidad
- 11. • Límite de proporcionalidad (P): valor de la tensión por debajo de la cual el alargamiento es proporcional a la carga aplicada. • Límite elástico (E): es la tensión máxima que un material elástico puede soportar. • Resistencia fluencia convencional (Y): el fin de la zona elástica del material y el inicio de la zona plástica. Eso significa que al superar el límite de fluencia, el material se deformará de forma permanente, irreversible. • Resistencia máxima (U):Es la máxima fuerza o tensión a la que puede someterse un metal antes de su rotura. • Punto de ruptura (F) : máxima tensión que un material puede soportar bajo tensión antes de que su sección transversal se contraiga de manera significativa.
- 12. CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES Clasificación Metales Ferrosos Elemento principal Fe No Metales No Ferrosos Polímeros Orgánicos e inorgánicos Nanoma. Aceros Fe Aluminio Cobre Niquel Cobalto Zinc Plata Oro Cerámicos M. Compuestos
- 13. METAL • Elemento que tiene enlaces metalicos y en general presentan Buena ductilidad, Resistencia y conductividad eléctrica
- 14. PROPIEDADES Brillo metálico Dureza Ductilidad Maleabilidad Tenacidad Fusibilidad Densidad Sólidos excepto el mercurio, el cesio, el galio y el francio Conductividad térmica Conductividad eléctrica
- 15. FERROSOS • Las aleaciones ferrosas son aquellas que tienen como elemento principal al hierro(Fe) combinado con otros elementos cuya distribución y porcentaje de composición puede darle al hierro diversas características y ventajas • El hierro es el metal más usado a nivel mundial debido a que los compuestos de este material abundan en la corteza terrestre, se obtiene a partir de 4 elementos
- 16. FE EN SU ESTADO PURO • Magnetización es el proceso por el cual un elemento adquiere unas propiedades magnéticas, mediante la aplicación de un campo magnético. • Buen calor especifico Es la cantidad de calor para que 1 g de sustancia eleve su temperatura a 1 grado Celsius
- 17. ACEROS BASE CARBONO • Los aceros son aleaciones de hierro cuya cantidad de carbono está entre el 0.02% y el 2% aproximadamente, además de poder contener otros elementos que le proporcionan características o incrementan propiedades como la resistencia, maquinabilidad, elasticidad, dureza, etc. Es un grupo de aleaciones tan grande y variado, por lo que es de los materiales más utilizados en conformado y mecanizado. gama alfa
- 19. APLICACIONES • Aplicaciones de los aceros de bajo carbono: La principal aplicación que se puede encontrar en este tipo de aceros es en perfiles estructurales, alambres, clavos, tornillos, varillas y barras
- 20. APLICACIONES Aplicaciones de los aceros de medio carbono: Al poseer una resistencia mecánica mayor a los aceros de bajo carbono, frecuentemente se emplean en la fabricación de herramientas utilizadas en la agricultura, también los encontramos en resortes, engranajes y en partes de maquinaria, por ejemplo, ejes para vehículos
- 21. -Aplicaciones de los aceros de alto carbono: Dado que los aceros presentan una alta dureza así como una alta resistencia al desgaste se pueden fabricar herramientas de corte, de igual forma herramientas de arranque de viruta como por ejemplo; brocas, cintas de sierra, cuchillas, limas. También se les puede encontrar en objetos como los muelles, discos de arado, yunques, cables reforzados y vías de ferrocarril APLICACIONES
- 22. PROPIEDADES • Níquel. Incrementa la elasticidad y la Resistencia. • Cromo. Incrementa la dureza. • Molibdeno. Incrementa la soldabilidad. • Vanadio Aumenta la Resistencia de la tracción. • Silicio. Aumenta la Resistencia mecánica.
- 23. NO FERROSOS • Aleacciones donde su matriz es diferente al Fe, como Aluminio Cobre Niquel Cobalto Zinc Plata Oro
- 24. CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES Clasificación Metales Ferrosos Elemento principal Fe No Metales No Ferrosos Polímeros Orgánicos e inorgánicos Nanoma. Aceros Fe Aluminio Cobre Niquel Cobalto Zinc Plata Oro Cerámicos M. Compuestos
- 25. NO METÁLICOS • Aquellos materiales donde no intervienen los metales como elementos básicos. • Polimeros se definen como macromoléculas que se obtienen por la unión de una o más moléculas pequeñas repetidas a lo largo de una cadena. La unidad que se repite en el polímero es el monómero y la reacción por la que se forman es la reacción de polimerización.
- 26. POLIMERIZACIÓN POR ADICCIÓN • Una polimerización por adición se da cuando la molécula de monómero pasa a formar parte del polímero sin pérdida de átomos, es decir, la composición química de la cadena resultante es igual a la suma de las composiciones químicas de los monómeros que la conforman. Por lo cual, durante la polimerización por adición no se generan subproductos. • Un ejemplo para ilustrar este punto podría ser la síntesis del polietileno. Cuando se polimeriza el etileno para obtener polietileno (PE), cada átomo de la molécula de etileno se transforma en parte del polímero. El monómero es adicionado al polímero en su totalidad.
- 27. POLIMERIZACIÓN POR CONDENSACIÓN • La polimerización por condensación corresponde aquellos procesos donde se producen la eliminación de una molécula ligera como agua, amoniaco o HCl. El producto resultante, el policondensado, ha de tener por tanto una composición centesimal del monómero o monómeros de partida, ya que el policondensado puede ser un homopolímero o un copolimero.
- 28. 28 CLASIFICACIÓN • En función de su origen: • Polímeros naturales: La seda, lana, algodón, celulosa, almidón, proteínas, caucho natural (látex o hule), ácidos nucleicos, como el ADN, entre otros • Polímeros semisintéticos: La seda artificial obtenida a partir de la celulosa. • Polímeros sintéticos : Nylon. En función del número de monómeros: • Homopolímero • Copolimeros ejemplo estireno-butadieno • ABS = copolímero de acrilonitrilo butadieno estireno En función de las propiedades del polímero, se pueden distinguir tres tipos generales de polímeros: • Elastómeros Elastómeros • Termoplásticos • Termofijos
- 29. 29 BASADOS EN SU ESTRUCTURA • • Polipropileno Poliestireno resina fenol-formol
- 30. 30 BASADOS EN SU ESTRUCTURA • • Polipropileno Poliestireno resina fenol-formol
- 31. PROPIEDADES • Bajo punto de fusion • Baja densidad • Pobre conductividad electrica • Poca reactividad quimica
- 36. CERÁMICOS Las cerámicas tradicionales pueden definirse como aquellas que comprenden las industrias que tienen como base a los silicatos, principalmente los materiales arcillosos, los cementos y los vidrios de silicatos. Materiales cerámicos Son compuestos inorgánicos formados por elementos metálicos y no metálicos cuyos enlaces interatómicos pueden ser de carácter totalmente iónico ó predominantemente iónico con algún carácter covalente. Por ejemplo la alúmina (Al2O3) es un cerámico que tiene átomos metálicos (aluminio) y no metálico (oxígeno). Tipo de enlace tipo iónico, o de caracter mixto iónico y covalente • Son duros y fragiles con tenacidad y ductilidad baja, termicos. Poseen alta temperature de fusion y gran estabilidad • quimica en muchos ambientes corrosivos. • Nota Los cerámicos están compuestos por al menos dos elementos, por lo tanto su estructura es más compleja que la de los metales
- 37. PROPIEDADES GENERALES 1. Comparados con los metales y plásticos son duros, no combustibles y no oxidables. 2. Su gran dureza los hace un material ampliamente utilizado como abrasivo y como puntas cortantes de herramientas. 3. Gran resistencia a altas temperaturas, con gran poder de aislamiento térmico y, también, eléctrico. 4. Gran resistencia a la corrosión y a los efectos de la erosión que causan los agentes atmosféricos. 5. Alta resistencia a casi todos los agentes químicos. 6. Una característica fundamental es que pueden fabricarse en formas con dimensiones determinadas 7. Los materiales cerámicos son generalmente frágiles o vidriosos. Casi siempre se fracturan ante esfuerzos de tensión y presentan poca elasticidad.
- 38. MATERIALES COMPUESTOS Son aquellos que se forman por la union de dos o más materiales que se utilizan juntas para dar una combinacion de propiedades que no se pueden lograr de otra manera. Origen Naturales fibra de celulosa + matriz de lignina Colageno+Apatito Artificiales Son combinaciones creadas por el hombre Fibras de silice+aire La mayoria de los compuestos están formados por por dos fases Una matriz, continua y que rodea a la otra fase, denomindada dispersa . Por ejemplo al decir matriz metalica indica que un material metalico es utilizado para formar la fase continua.
- 39. Matriz es la encargada de aglutinar y proteger las fases. Refuerzo incrementa las propiedades mecánicas
- 40. HISTORIA • Siglo XIV La copa de Licurgo es una copa en jaula de vidrio dicroico del siglo IV Mediante difraacion de rayos x se detecto pequeñas particulas oro plata de un diametro de 50 a 100 nm
- 41. INTRODUCCIÓN Nanomateriales Son materiales con al menos 1 dimension inferior a los 100 nm. • .
- 42. INTRODUCCIÓN • Nanotecnología es el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nanoescala, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nanoescala • Nota: Recuérdese que un nanómetro equivale en escala a la billonésima parte de un metro • (1 nm = 1x10-9 m). En la tabla siguiente se presentan algunas equivalencias del nanómetro El desarrollo de esta disciplina se produce a partir de las propuestas de Richard Feynman quién es considerado el padre de la "nanociencia", premio Nóbel de Física, quién en 1959 propuso fabricar productos en base a un reordenamiento de átomos y moléculas. • .
- 43. CLASIFICACIÓN DE ACUERDO A EPA • EPA agencia del medio ambiente de USA ha clasificaco a los nanomaterials en • Basados en Carbono Estos nanomateriales están compuestos mayoritariamente por carbono y suelen adoptar formas como esferas huecas, elipsoides o tubos. Los nanomateriales de carbono con forma elipsoidal o esférica se conocen como fullerenos, mientras que los cilíndricos reciben el nombre de nanotubos. • Basados en metals Estos nanomateriales incluyen puntos cuánticos, nanopartículas de oro y plata y óxidos metálicos como el dióxido de titanio. • Polimericos Estos nanomateriales son polímeros de tamaño nanométrico construidos a partir de unidades ramificadas. La superficie de un dendrímero tiene numerosos extremos de cadena, que se pueden adaptar para desempeñar funciones químicas específicas. E • Compuestos Los compuestos combinan las nanopartículas con otras nanopartículas o con materiales de mayor tamaño
- 44. PARTICULARIDADES DE LOS NANOMATERIALES • Aumenta el área superficial conforme se reduce su tamaño. • Que es el área superficial ? Es una medida del área total que ocupa la superficie del objeto. A medida que el tamaño se reduce a la escala nanometrica, aumenta el area superficial expuesta y esto favorece la mayor interacción entre átomos y moleculas mas cercanos.
- 47. MATERIALES TAREA PRACTICA • Carburo de silicio, SiC • Carburo de titanio, TiC • Vidrios • Aluminio • Titanio • Cobre • Azufre • Cloro • Selenio • Caucho • Nylon • ARN y ADN • Cermet • Concreto • Plástico reforzado con vidrio Incluir Introducción y conclusion