SEPARATA 01 CIENCIA E INGENIERA DE LOS MATERIALES DE APOYO CURSO DE METALURGIA FSICA I FECHA 1.1HISTORIA1.2CIENCIA E INGENIERA DE LOS MATERIALES 1.3CLASIFICACIN DE LOS MATERIALES 1.4NECESIDAD DE MATERIALES MODERNOS DESARROLLO1.1 HISTORIALa metalurgia fsica es de gran importancia porque estudia a los materiales desde su microestructura y ayuda a clarificar la variacin de sus propiedades a partir de ellas.La importancia de los materiales actualmente es mayor debido a que cada segmento de nuestra vida cotidiana est influido en mayor o menor grado por los materiales. Ejemplo: transporte, vivienda, vestimenta, comunicacin, recreacin y alimentacin etc. El desarrollo y la evolucin de las sociedades han estado ntimamente vinculados a la capacidad de sus miembros para producir y conformar los materiales necesarios para satisfacer sus necesidades. Las primeras civilizaciones se conocen con el nombre del material que alcanz mayor grado de desarrollo (p.ej., Edad de Piedra, Edad de Bronce).El hombre primitivo slo tuvo acceso a un nmero muy limitado de materiales, que encontr en la naturaleza: piedras, madera, arcilla, cuero etc. Con el transcurso del tiempo, el hombre descubri tcnicas para producir materiales con propiedades superiores a las de los naturales; entre estos nuevos materiales se encontraban la cermica y algunos metales. El progreso de muchas tecnologas, que aumentan la confortabilidad de nuestra existencia, va asociado a la disponibilidad de materiales adecuados. El avance en la comprensin de un tipo de material suele ser el precursor del progreso de una tecnologa. Ejemplo, la fabricacin de automviles fue posible por la aparicin de un acero idneo y barato.Actualmente los adelantos electrnicos ms sofisticados se basan en componentes denominados materiales semiconductores. Ejemplo. El descubrimiento de los monocristales de silicio y la comprensin de sus propiedades ha hecho posible la era de la informacin.

METALURGIA FISICALa metalurgia fsica estudia las propiedades fsicas y mecnicas de los metales o aleaciones, su dependencia con la composicin qumica, procesamiento mecnico o termomecnico y tratamiento trmico. Estas tres variaciones determinan la estructura cristalina. La estructura es la caracterstica ms importante porque sus fundamentos de la cristalografa de los metales, tcnicas de estudio, caractersticas, imperfecciones cristalinas, transformaciones de fase (diagramas de fase binarios y ternarios) es posible predecir la microestructura final.

1.2 CIENCIA E INGENIERA DE LOS MATERIALESEsta disciplina implica investigar la relacin entre ESTRUCTURA y las PROPIEDADES de los materiales.Por el contrario, la ingeniera de los materiales se fundamenta en las relaciones PROPIEDADES-ESTRUCTURA y disea o proyecta la estructura de un material para conseguir un conjunto predeterminado de propiedades."ESTRUCTURA" es un trmino confuso. Se relaciona con la disposicin de sus componentes internos. La estructura subatmica implica a los electrones dentro de los tomos individuales y a las interacciones con su ncleo. A nivel atmico, la estructura se refiere a la organizacin de tomos o molculas entre s. El dominio estructural, que contiene grandes grupos de tomos enlazados entre s, se denomina "MICROSCPICO" que significa que se puede observar utilizando algn tipo de microscopio.Los elementos estructurales susceptibles de apreciarse a simple vista se denominan "MACROSCPICOS"."PROPIEDAD" necesita cierta elaboracin. Un material en servicio est expuesto a estmulos externos que provocan algn tipo de respuesta. Ejemplo, una muestra sometida a esfuerzos experimenta deformacin; o un metal pulido refleja la luz. Las propiedades de un material se expresan en trminos del tipo y magnitud de la respuesta a un estmulo especfico impuesto. Las propiedades importantes de los materiales slidos se agrupan en seis categoras: mecnicas, elctricas, trmicas, magnticas, pticas y qumicas. Las propiedades mecnicas relacionan la deformacin con la carga o fuerza aplicada; ejemplos de ellas son el mdulo elstico y la resistencia. En las propiedades elctricas, tales como conductividad elctrica y constante dielctrica, el estmulo es un campo elctrico. El comportamiento trmico de los slidos se representa en funcin de la capacidad calorfica y de la conductividad trmica. Las propiedades magnticas se refieren a la respuesta de un material frente a la influencia de un campo magntico. Para las propiedades pticas, el estmulo es la radiacin electromagntica o lumnica; el ndice de refraccin y la reflectividad son propiedades pticas representativas. Finalmente, las propiedades qumicas indican la reactividad qumica de un material.

Por qu se estudian los materiales? Los cientficos tcnicos o ingenieros, sean metalrgicos, mecnicos, civiles, qumicos o elctricos, en alguna ocasin se encontrarn con un problema de diseo en el cual intervengan materiales. EJEMPLO. El engranaje de una transmisin, la superestructura de un edificio, el componente de una refinera de petrleo o el "chip" de un circuito integrado.El ingeniero y el cientfico de materiales son especialistas totalmente involucrados en la investigacin y en el diseo de materiales.A menudo el problema que se presenta es la eleccin del material ms idneo de entre los muchos miles de materiales disponibles. Existen varios criterios en los cuales se basa normalmente la decisin final. En primer lugar, deben caracterizarse las condiciones en que el material prestar servicio, y se anotarn las propiedades requeridas por el material para dicho servicio.En raras ocasiones un material rene una combinacin ideal de propiedades, por lo que, muchas veces, habr que reducir una en beneficio de otra. Ejemplo clsico lo constituyen la resistencia y la ductilidad; generalmente, un material con alta resistencia tiene ductilidad limitada. En estas circunstancias habr que establecer un compromiso razonable entre dos o ms propiedades.La segunda consideracin se refiere a la degradacin que el material experimenta en servicio. POR EJEMPLO, las elevadas temperaturas y los ambientes corrosivos disminuyen considerablemente la resistencia mecnica.

1.3 CLASIFICACIN DE LOS MATERIALESLos materiales slidos se clasifican en tres grupos: metales, cermicas y polmeros. Basado en la composicin qumica y en la estructura atmica.

MATERIALES DE INGENIERA:Metales: desde el punto de vista mecnico son resistentes, tenaces y dctilesCermicos: Desde el punto de vista mecnico son duras y muy frgiles.Polmeros: Desde el punto de vista mecnico tienen una resistencia y rigidez bajasCERMICOSMETALES POLIMEROSEste esquema se basa en la composicin qumica y en la estructura atmica. Por lo general, la mayora de los materiales encajan en un grupo u otro, aunque hay materiales intermedios.Adems, existen otros dos grupos de importantes materiales tcnicos: materiales compuestos (composites) y semiconductores.Los materiales compuestos constan de combinaciones de dos o ms materiales diferentes, mientras que los semiconductores se utilizan por sus extraordinarias caractersticas elctricas.

1.3.1METALESNormalmente los materiales metlicos son combinaciones de elementos metlicos. Tienen gran nmero de electrones deslocalizados, que no pertenecen a ningn tomo en concreto. La mayora de las propiedades de los metales se atribuyen a estos electrones. Los metales conducen perfectamente el calor y la electricidad y son opacos a la luz visible; la superficie metlica pulida tiene apariencia lustrosa. Adems, los metales son resistentes, aunque deformables, lo que contribuye a su utilizacin en aplicaciones estructurales.

1.3.2 CERMICASLos compuestos qumicos constituidos por metales y no metales (xidos, nitruros y carburos) pertenecen al grupo de las cermicas, que incluye minerales de arcilla, cemento y vidrio. Por lo general se trata de materiales que son aislantes elctricos y trmicos y que a elevada temperatura y en ambientes agresivos son ms resistentes que los metales y los polmeros. Desde el punto de vista mecnico, las cermicas son duras y muy frgiles.

1.3.3 POLMEROSLos polmeros comprenden materiales que van desde los familiares plsticos al caucho. Se trata de compuestos orgnicos, basados en el carbono, hidrgeno y otros elementos no metlicos, caracterizados por la gran longitud de las estructuras moleculares. Los polmeros poseen densidades bajas y extraordinaria flexibilidad.

1.3.4MATERIALES COMPUESTOSSe han diseado materiales compuestos formados por ms de un tipo de material. La fibra de vidrio, que es vidrio en forma filamentosa embebido dentro de un material polimrico, es un ejemplo familiar. Los materiales compuestos estn diseados para alcanzar la mejor combinacin de las caractersticas de cada componente. La fibra de vidrio es mecnicamente resistente debido al vidrio, y flexible debido al polmero. La mayora de los materiales desarrollados ltimamente son materiales compuestos

1.3.5SEMICONDUCTORESLos semiconductores tienen propiedades elctricas intermedias entre los conductores y los aislantes elctricos. Las caractersticas elctricas de los semiconductores son extremadamente sensibles a la presencia de diminutas concentraciones de tomos de impurezas. Estas concentraciones se deben controlar en regiones espaciales muy pequeas. Los semiconductores posibilitan la fabricacin de los circuitos integrados que han revolucionado, en las ltimas dcadas, las industrias electrnicas y de ordenadores.

1.4 NECESIDAD DE MATERIALES MODERNOSEl permanente desafo tecnolgico requiere materiales cada vez ms sofisticados y especializados. La energa constituye una preocupacin constante. Es necesario nuevas y econmicas fuentes de energa, uso ms racional de las actuales fuentes. Los materiales desempean un papel preponderante en esta cuestin. Ejemplo, se ha demostrado la conversin directa de la energa solar en energa elctrica, pero las clulas solares emplean algunos de los materiales ms complejos y caros. La viabilidad tecnolgica de esta conversin se asegurara si se desarrollaran materiales baratos y de alta eficiencia para este proceso.La energa nuclear tiene futuro, pero la solucin a los muchos problemas que quedan por resolver est relacionada con los materiales: desde el combustible a la estructura de los recipientes para controlar los residuos radiactivos.La calidad medioambiental depende de nuestra habilidad para controlar la contaminacin del aire y del agua. Las tcnicas de control de la contaminacin emplean diversos materiales. Adems, los procedimientos de fabricacin de los materiales deben producir mnima degradacin ambiental, esto es, mnima contaminacin y mnima destruccin del paisaje en aquellos lugares de donde se extraen las materias primas.Los transportes consumen cantidades significativas de energa. La disminucin del peso de los vehculos de transporte (automviles, aviones, trenes,etc.) y el aumento de la temperatura de funcionamiento de los motores mejoran el rendimiento del combustible. Es necesario desarrollar nuevos materiales con elevada resistencia y baja densidad, as como materiales capaces de soportar elevadas temperaturas, para fabricar componentes de motores.La mayora de los materiales que utilizamos proceden de fuentes no renovables; es decir, no son capaces de regenerarse. Entre ellos se encuentran los polmeros, cuya principal fuente es el petrleo, y algunos metales. Estas fuentes no renovables se empobrecen paulatinamente, por lo que es necesario descubrir nuevas reservas o desarrollar nuevos materiales con propiedades comparables y con menos impacto medioambiental. Esta ltima alternativa constituye el mayor reto para los ingenieros y cientficos de materiales.REVISAR EN LINEA INTERNET: Clasificacin de los materiales, Forma de electrizar los cuerpos, Propiedades de los materiales, Seleccin de materiales II.

Mg. ING. METALURGISTA CIP N 144416 NICANOR MANUEL VEGA PEREDA11