Universidad de Guadalajara

Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías

Ingeniería de Materiales

Prof. Dr. Cesar Alberto Reynoso Garcia

“Propiedades y usos de la clasificación de

la materia”

Daniel G. Rivadeneyra Romero

A 6 de Febrero del 2015

Metales y aleacionesLos metales son elementos químicos caracterizado por las siguientes propiedades:

Poseen una estructura interna común. Son sólidos a temperaturas normales, excepto el mercurio y el galio Tienen una alta densidad Tienen elevada conductividad térmica y eléctrica. Tienen considerable resistencia mecánica. Suelen ser maleables. Se pueden fundir, conformar y reciclar.

Se pueden encontrar dos tipos de metales dependiendo de su contenido en hierro: ferrosos y no ferrosos.

FERROSOS

Un material es ferroso cuando su componente principal es el hierro. Normalmente posee pequeñas cantidades de carbono que se le han incorporado para que la aleación adquiera unas propiedades especiales.

Propiedades del hierro puro: Es un material magnético

(ferromagnético). Color blanco azulado. Muy dúctil y maleable. Punto de fusión:

aproximadamente 1500 ºC Densidad alta (7,87 g/cm3.) Buen conductor del calor y la

electricidad. Se corroe y oxida con mucha

facilidad. Bajas propiedades mecánicas (al corte, limado, conformado, etc). Es un metal más bien blando.

Hierro dulceEl hierro dulce o hierro forjado es aquel que contiene un contenido inferior a 0.1% de carbono. Es un material de color plateado, de gran permeabilidad magnética, dúctil y maleable. Puede obtenerse por procedimientos electrolíticos, a partir de baño de sulfato cloruro de hierro. El material que resulta se emplea para conducción eléctrica por su baja resistividad. Sin embargo, resulta muy poroso, se oxida con gran facilidad

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y presenta con frecuencia grietas internas que lo hacen poco útil para otras aplicaciones industriales.

AceroLa proporción de carbono en el arrabio extraído del alto horno se encuentra en el intervalo correspondiente a las fundiciones, por lo que tenemos un producto ferroso intermedio, duro y frágil, que no puede ser extendido en hilos ni en láminas y que precisa una transformación posterior para su utilización industrial. Entonces se hace necesario reducirle el contenido de carbono del arrabio, calentándolo, para transformarlo en acero; este material sigue siendo duro pero mas elástico, dúctil, maleable capaz de soportar impactos. Se traslada en estado liquido en unos contenedores especiales llamados torpedos hasta la planta de obtención de acero. El acero se obtiene o en uno recipientes llamados convertidores o en hornos eléctricos en los que se realiza un proceso de fusión.

Los productos finales son: Acero liquido: La colada del acero líquido se enfriará en unos moldes

adecuados para el los comerciantes que los necesiten. Escoria: Se recicla para otros fines por ejemplo la construcción Gases: Especialmente el el monóxido y dióxido de carbono, resultantes de la

combustión de carbono.

Aceros comerciales.Los productos que reciben el nombre de aceros, debido a su gran variedad, se clasifican según su composición, características técnicas y aplicaciones:

Aceros al carbono:En este apartado se reúnen más del 90% de todos los aceros, estos contienen varias cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre.Estos productos son fabricas para maquinarias, carrocerías, gran parte de las estructuras de acero para la construcción, cascos de buques, somieres y horquillas.

Aceros aleados:Estos contienen una proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, además se distingue de los aceros al carbono por una mayor cantidad de manganeso, silicio y cobre. Se pueden clasificar en:

Estructurales.

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Se utilizan para las maquinas, estructuras de edificios, chasis de coches, puentes y barcos. Su contenidos de aleación varia desde un 0,25% a un 6%.

Para herramientas.Son aceros alta calidad para cortar y moldear metales y no-metales (taladros, fresas, machos de roscar, etc...)

Especiales.Son los inoxidables y con una proporción generalmente mayor a un 12% de cromo. Estos aceros se emplean en turbinas, engranajes, ejes y rodamientos, ya que poseen una gran dureza y alta resistencia.

Aceros de baja aleación ultra resistentesDe las cuatro clases de acero este aparto es el de los mas reciente. Son mas baratos que aceros convencionales ya que contienes menos materiales de aleación y por lo tanto menos costoso. Sin embargo, gracias a un tratamiento especial les da una mayor resistencia que los aceros al carbono. Este material en capas mas delgadas y ligeras son mas resistentes que las anteriores. En la actualidad muchas vigas de construcción están hechos de este material ya que se puede permitir una mayor fineza y un costo económico menor.

Aceros inoxidablesEstos son resistentes a la acción de la humedad o de ácidos y fases corrosivos, ya que contiene una aleación de cromo, níquel y otros elementos, manteniéndolos brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidación. Se usa mucho en la arquitectura como material decorativo, también para tuberías y tanques de petróleo o de plantas químicas, aparte también tiene un uso quirúrgico y en cocinas.

NO FERROSOS

Son aquellos cuyo contenido en hierro ( Fe) es muy escaso. Cada día son mas imprescindibles que los ferrosos.

Se pueden clasificar en tres grupos pesados: su densidad es igual o mayor a 5gr/cm3. Se encuentra el cobre,

estaño, plomo, cinc, níquel, cromo y cobalto. Ligeros: densidad entre 2 y 5. los mas utilizados son el aluminio y titanio Ultra ligeros: su densidad es menor de 2. se encuentran el berilio,

raramente en estado puro, mas común en una aleación, y el magnesio.

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Todos ellos tienen en común que están en estado puro, es ser blandos y poseer una resistencia mecánica bastante escasa.

Metales no ferrosos mas usados:

COBREPropiedades:

es el mas utilizado de los no ferrosos tiene un color rojo – pardo Tiene una conductividad eléctrica y

térmica elevadas. Metal pesado (densidad: 8.9) Persiste la corrosión y la oxidación Relativamente blando Es muy dúctil y maleable

Se utiliza principalmente como conductor eléctrico ya que posee una gran ductilidad. Por su alta resistencia al óxido, también se emplea en instalaciones de tuberías y calderas

ALUMINIOPropiedades:

Es ligero y resistente a la oxidación Buen conductor eléctrico y calorífico Dúctil y maleable Color plateado Muy blando

Se alea con otros metales como Cu, Mg, Ni, Co y Zn, por su baja densidad y conductividad relativamente alta se emplea como sustituto del cobre en cables de gran longitud, por su resistencia a la corrosión se emplea en utensilios de cocina, depósitos de bebidas, etc.

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Vidrios y cerámicos

VIDRIOS PLANOS Sustancia dura, normalmente brillante y

transparente, compuesta principalmente de silicatos y álcalis fusionados a alta temperatura.

Se lo considera un sólido amorfo. Los vidrios planos son del tipo sodo-

cálcicos.

Se utiliza principalmente en ventanas, mesas y demás adornos de vidrio.

VIDRIO ÓPTICOLos vidrios ópticos son materiales amorfos inorgánicos. Como tales presentan una buena estabilidad mecánica, química y térmica. Al ser amorfos presentan isotropía, lo que resulta de vital importancia para fenómenos como la refracción.

Es el vidrio al que llamamos cristal de plomo por su transparencia y sonoridad; cualidades a las que se suma su apariencia muy similar a la del cristal de roca.

Debido a su pureza y transparencia, tiene un mayor poder de refracción y dispersión, por lo que también es utilizado como vidrio óptico en anteojos, telescopios, microscopios, cámaras fotográficas y otros instrumentos

VITROCERAMICASLas vitroceramicas son uno de los materiales cerámicos mas sofisticados, pues combinan la naturaleza de los cerámicos cristalinos y los vidrios. En efecto, son materiales parcialmente cristalinos y parcialmente vítreos.

Coeficiente de dilatación térmica bajo Excelente resistencia al choque térmico Buenas conductividades térmicas. Elevada durabilidad química. Gran resistencia mecánica Alta tenacidad y dureza.

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Se utilizan principalmente en hornos, para implantes sio2 -cao -na20-p205, intercambiadores de calor, aisladores, circuitos integrados, transformadores de altas prestaciones

Polímeros

TERMOPLASTICOS Largas moléculas lineales no ramificadas unidas por enlaces secundarios Fluidez entre cadenas

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Funden Moldeables por calentamiento y/o presión manteniendo la forma (repeticiones

∞) Polimerización por adición Moderado coste, aceptables propiedades mecánicas y resistencia al calor Translucidez buena

Uso común: Recipientes, embalajes, tuberías, menaje del hogar, etc.

TERMOESTABLES Estructuras muy entrecruzadas

unidas por enlaces covalentes Poliadición No Funden No solubles Polimerización por

condensación

Uso: Resinas epoxi (EP): enchufes, sillas de jardín Resinas fenólicasPoliuretanos (PU), etc.

ELASTOMEROS Estructuras poco entrecruzadas unidas por enlaces

covalentes No solubles, pero se hinchan No Funden

Uso: Neumáticos, neoprenos, látex

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SemiconductoresLos Semiconductores son materiales que poseen propiedades intermedias deconducción.Los materiales semiconductores más importantes son:

Silicio Germanio GaAs

Ambos cristalizan en el sistema cúbico con red centrada en las caras.

Semiconductores intrínsecosEs un cristal de silicio o germanio que forma una estructura tetraédrica similar a la del carbono mediante enlaces covalentes entre sus átomos, como se muestra en la imagen.

Semiconductores extrínsecosSi a un semiconductor intrínseco, como el anterior, se le añade un pequeño porcentaje de impurezas, es decir, elementos trivalentes o pentavalentes, el semiconductor se denomina extrínseco, y se dice que está dopado.

Semiconductor tipo NUn Semiconductor tipo N se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado añadiendo un cierto tipo de átomos al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de carga libres (en este caso negativos o electrones).

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Semiconductor tipo PUn Semiconductor tipo P se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado, añadiendo un cierto tipo de átomos al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de carga libres (en este caso positivos o huecos).

Las aplicaciones de los semiconductores se dan en diodos, transistores y termisores principalmente.

Diodos: Al unir un semiconductor N con otro P se produce un fenómeno de difusión de cargas en la zona de contacto, que crea una barrera de potencial que impide a los demás electrones de la zona N saturar los restantes huecos positivos de la zona.

Transistores: Un transistor está constituida por dos zonas: 1.- Dos N separadas por una P (transistor NPN), esta disposición proporciona al conjunto unas propiedades particulares, en especial amplificadoras. 2.- Dos P separadas por una N (transistor PNP), permiten actuar sobre la intensidad de la corriente electrónica que pasa entre dos cristales semiconductores del mismo tipo, por medio de un electrodo metálico aislado por una delgada capa de óxido.

Termisores: Se llama así a los semiconductores que son sensibles a los cambios de temperatura, o mejor, a aquellos en que las variaciones tienen, frente a la composición, un gran valor.

Materiales compuestos

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Combinan materiales con el objetivo de obtener la mejor combinación de propiedadesEj: la flexibilidad y peso de un polímero con la resistencia de una cerámica.

Un material compuesto es en este contexto un material hecho artificialmente. Sus constituyentes son químicamente distintos y separados por diferentes interfaces.

Materiales reforzados con fibrasSon muy importantes tecnológicamente

Resistencia elevada y rigidez a baja densidadEstas características se expresan mediante los parámetros

o Resistencia específica – resistencia a la tracción/peso específico o Módulo específico – Módulo elástico/peso específico

Ej: fibra de vidrio Filamentos continuos de vidrio en una matriz polimérica • Resistencia debido a

las fibras El polímero únicamente las mantiene unidas.

Reforzados con particulas partículas grandes I nteracciones matriz-partícula no se puede describir a nivel atómico Sino

mediante la mecánica continua Consolidados por dispersión.

Materiales estructurales Láminas reforzadas con fibras apiladas y

unidas -- secuencia de apilamiento: e.g., 0º/90º beneficio: balanceado, rigidez en el plano Páneles Sandwich

baja densidad, núcleo de panal

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beneficio: bajo peso, rigidez de flexión alta

BibliografíaMetales y aleaciones tomado de: https://tecnologia-materiales.wikispaces.com/Metales+y+aleaciones el dia 05/02/15

Vidrio y cerámicos tomado de: http://es.slideshare.net/tersermar/ceramicos-y-vidrios-fuck-yeahhttp://es.wikiversity.org/wiki/Vidrios_cerámicos#Propiedades_Generales_de_los_vidrios_sodo-c.C3.A1lcicos_para_uso_en_construcci.C3.B3n el dia 05/02/15

Polimeros tomado de:http://ocw.uc3m.es/ciencia-e-oin/tecnologia-de-materiales-industriales/bloque-vi/Tema21-propiedades_polimeros.pdf el dia 05/02/15

Semiconductores tomado de:http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductorhttp://www.arqhys.com/construccion/semiconductores-aplicaciones.html

Materiales compuestos tomado de: http://www.iim.unam.mx/mbizarro/Materiales%20compuestos.pdf el dia 05/02/15

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