Estructura y propiedades de los materiales

Universidad tecnológica de tabascoTSU. MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

Nombre del trabajo:Diapositivas del temario de la materia de estructura y propiedades de los materiales

Materia:Estructura y propiedades de los materiales

Profesor:Rosa Aurora Hernández ovando

Alumno:Ángel de Jesús Jiménez mayo

Grado y grupo:4 “B”

Turno matutino

ESTRUCTURA Y

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

OBJETIVO DE LA ASIGNATURA:

IDENTIFICAR LAS PROPIEDADES QUE TIENE EL

ESTADO SÓLIDO DE LA MATERIA, PARA PRODUCIR

PARTES (METALES, POLÍMEROS, CERÁMICOS O

COMPUESTOS), DEPENDIENDO DE LAS NECESIDADES

QUE DEMANDEN LOS DIFERENTES PROCESOS

INDUSTRIALES.

UNIDADES TEMÁTICAS QUE INTEGRAN LA ASIGNATURA:

I. INTRODUCCIÓN A LAS PROPIEDADES DE LOS

MATERIALES.

II. METALURGIA, ALEACIONES FERROSAS Y NO

FERROSAS.

III. TRATAMIENTOS TÉRMICOS.

IV. POLÍMEROS, CERÁMICOS Y MATERIALES

COMPUESTOS.

V. COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE LOS MATERIALES.

I. INTRODUCCIÓN A LAS PROPIEDADES

DE LOS MATERIALES.

INTRODUCCIÓN A LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Clasificar los diferentes tipos de materiales

los materiales utilizadas en ingeniería se divide en tres grupos

principales:

Tipos de materiales:

†Metálicos

†Poliméricos

†Cerámicos

†Compuestos

†Electrónicos

Metálicos

Tienen como características:

†Buena conductividad eléctrica y térmica

†Alta resistencia

†Rigidez

Son particularmente útiles estructurales o de carga. Las alineaciones

(combinaciones cátales) conceden alguna propiedad particularmente deseable

en mayor proporción o permiten una mejor combinación de propiedades.

Cerámicos

†Tienen como características:

†Baja conductividad eléctrica y térmica.

†Sirven como aislantes

†Son fuertes y duros, aunque frágiles

†Quebradizos


Polímeros

Son estructuras moleculares creadas a partir de moléculas orgánicas.

®Tiene baja conductividad eléctrica y térmica.

®Reducidas resistencia y debe evitarse su uso a temperaturas elevadas.

Polímeros termoplásticos

En los que la cadena moleculares no están conectadas de manera rígida,

tienen buena conductividad y conformabilidad.

Polímeros termoestables

Son mas resistentes, a pesar de que sus cadenas moleculares fuertemente

enlazadas los hacen mas frágiles .

Tienen múltiples aplicaciones entre ellas:

®Dispositivos electrónicos

®fabricación de DVD

®Envase de bebidas.


COMPUESTOS

Los materiales compuestos son estructuras en los que se combinan dos o

mas materiales para producir un nuevo material.

CARACTERISTICAS

Gran rigidez.

Resistencia a altas temperaturas.

Aislante.

APLICACIONES

Losetas cerámicas del transbordador espacial.

Industria metalúrgica.

Biomédica.

Industria automotriz.


TIPOS DE ENLACES

1. Enlace covalente.

2. Enlace iónico.

3. Enlace metálico.

ENLACE COVALENTE

Este enlace se lleva a cabo entre elementos de alta electronegatividad, es decir,entre no metales y siempre por compartición de pares de electrones.


ENLACE COVALENTE POLAR

Propiedades de las sustancias con este tipo de enlace:

Moléculas que existen en los tres estados de agregación de la masa.

Gran actividad química.

Solubles en solventes polares.

En soluciones acuosa son conductores de electricidad.

Sus puntos de fusión y ebullición son bajos, pero mas altos que los de las

sustancias polares.


ENLACE COVALENTE NO POLAR :

Propiedades de las sustancias con este tipo de enlace:

Moléculas verdaderas y biatómicas (con dos átomos).

Actividad química media.

Baja solubilidad en agua.

No son conductores de calor ni electricidad.

Estado físico gaseoso, aunque puede existir como sólidos o líquidos.

Presentan puntos de fusión muy elevados.

Son cuerpos muy duros.

Ejemplos:

Carbono (diamante), carburo de silicio (SiC), dióxido de silicio(SiO2).


ENLACE IÓNICO

Propiedades de los compuestos con este tipo de enlace:

Sus puntos de fusión y ebullición son altos.

Fundidos o en solución acuosa son conductores de la corriente eléctrica.

Son solubles en solventes polares.

En solución son químicamente activos.

La forma del cristal es geométrica (cúbica, rómbica, hexagonal). No se

forman verdaderas moléculas sino redes cristalinas.


ENLACE METALICO

Este tipo de enlace se produce entre elementos poco electronegativos

(metales).

Los electrones que se comparten no se encuentran localizados entre los

átomos que los comparten.

Propiedades de este tipo de enlace:

Puntos de fusión y ebullición generalmente elevados.

Brillo metálico.

Tenacidad.

Dureza.

Maleabilidad (laminados, estiraje, doblado).

Ductilidad (hilos, alambres).

Alta conductividad térmica y eléctrica.


Diferenciar las características de un material cristalino y uno amorfo.


SOLIDOS CRISTALINOS

Los cristalinos están constituidos por átomos ordenados a larga distancia, o

sea que están dispuestos de tal forma que su ordenamiento se repite en las

tres dimensiones, formando un sólido con una estructura interna ordenada.

y poseen la característica de que al romperse producen caras y planos

definidos, al igual presentan puntos de fusión definidos.

Ejemplos de sólidos cristalinos

El NaCl

La sacarosa.

Metales y aleaciones.

Algunos cerámicos.


SOLIDOS AMORFOS

Son sustancias que al ser sometidas a experimentación, ponen de manifiesto:

su resistencia a la fluencia, característica del estado cristalino (sin presentar

una tendencia a asumir la forma geométrica de los cristales ya que presentan

poca o ninguna organización estructural). Además no existe ordenamiento

periódicos de sus moléculas.

Los factores que favorecen la formación de un sólido amorfo son:

1.Alta direccionalidad del enlace.

2.Alto velocidad de enfriamiento desde el estado liquido al sólido.

3.Baja pureza del material.


CLASIFICACION DE LOS SOLIDOS AMORFOS

los sólidos amorfos se clasifican en:

1. Si están compuestos por redes tridimensionales no periódicas (vidrio).

2.Moléculas individuales de cadena larga (polímeros naturales y plásticos).

3.Ordenación intermedias entre estos dos casos limite (cristales líquidos).


II. METALURGIA, ALEACIONES

FERROSAS Y NO FERROSAS.

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Introducción a la metalurgiaLa metalurgia es la ciencia y técnica de la obtención y tratamiento de los

metales, desde minerales metálicos, hasta los no metálicos.

También estudia la producción de aleaciones, el control de calidad de los

procesos

vinculados así como su control contra la corrosión.

II. METALURGIA, ALEACIONES. FERROSAS Y NO FERROSAS

Conocer la clasificación general de las aleaciones ferrosas, aceros y hierros

fundidos, a partir del diagrama Fe-C, para determinar sus características y

propiedades a partir de la relación del contenido de Carbono vs

Temperatura


Gris

CLASIFICACIÓN DE LAS

ALEACIONES FERROSAS

Aleaciones

Metálicas

No

ferrosas

Ferrosas

FundicionesAceros

Maleabl

e

Nodul

ar

Blanc

a

Alta

aleación

Baja aleación

Bajo C Medio C Alto C herramientasInoxidable


ALEACIONES FERROSAS

Las aleaciones ferrosas son las que contienen un porcentaje muy

alto de hierro, como el acero o los hierros fundidos.


ACERO

El acero es una aleación de hierro y carbono, donde el carbono no supera el

2,1% en peso de la composición de la aleación, alcanzando normalmente

porcentajes entre el 0,2% y el 0,3%. Porcentajes mayores que el 2,0% de

carbono dan lugar a las fundiciones, aleaciones que al ser quebradizas y no

poderse forjar a diferencia de los aceros, se moldean.


BAJA ALEACION

Esta familia es la más reciente. Son más baratos que los aleados

convencionales, pues contienen cantidades menores de los costosos elementos

de aleación.

Reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mayor que la del

acero al C. Por ejemplo, los vagones de mercancías fabricados con este acero

pueden transportar cargas más grandes, porque sus paredes son más delgadas

que lo que serían al usar acero al C.

Actualmente, se construyen muchos edificios con estructuras de este acero. Las

vigas pueden ser más delgadas sin disminuir su resistencia, logrando un mayor

espacio interior en los edificios.


Clasificaciòn de aceros

Los diferentes tipos de acero se agrupan en cinco clases principales:

aceros al carbono

aceros aleados

aceros de baja aleaciòn ultrarresistentes

aceros inoxidables y aceros de herramientas.

Entre los productos fabricados con aceros al carbono figuran maquinas,

carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción

de acero, cascos de buques, somieres y horquillas o pasadores para el pelo.


Aceros al Carbono:

Sus propiedades dependen principalmente del cabrono que tiene,

contienen pequenas cantidades de (Mn, Si, P, S). No se endurecen por

temple.

• Bajo Carbono (%C < 0.25)

• Columnas metálicas en líneas eléctricas

• Estructuras de casas

• Carrocería de automóviles

• Clavos

• Medio Carbono (0.2 < C < 0.70)

• Piezas de maquinaria en general

• Ejes, elementos de motores


Aceros al Carbono:

• Alto Carbono (0.7 < C < 1.40)

• Son los más duros, fuertes y menos dúctiles

• Responden mejor al tratamiento térmico

• Resortes

• Alambres de alta resistencia a la tensión


ALTA ALEACION

ACERO INOXIDABLES

Los aceros inoxidables son las aleaciones ferrosas más importantes por su altaresistencia a la corrosión; para ello, debe contener al menos 12% de Cromo.

Los elementos de aleación (níquel, cromo y molibdeno) se añaden a los acerosal carbono para producir aceros de baja aleación.

Los aceros de baja aleación presentan alta resistencia y tenacidad, y son deaplicación común en la industria de automóviles para usos como engranajes yejes.


-Aceros al carbono: para la fabricación de herramientas para los usos más diversos, se emplean

aceros sin elementos de aleación con porcentajes de carbono variables de 0.50

a 1.40%.

-Aceros rápidos:estos aceros es conservar su filo en caliente, pudiéndose trabajar con las

herramientas casi a l rojo (600º) sin disminuir su rendimiento.

-Aceros indeformables: los aceros que en el temple no sufren casi deformaciones y con frecuencia

después del temple y revenido quedan con dimensiones prácticamente

idénticas a las que tenían antes del tratamiento

Aceros al corte no rápidos:se agrupan varios aceros aleados, principalmente con cromo y wolframio,

muy empleados para la fabricación de herramientas de corte que no deben

trabajar en condiciones muy forzadas


Fundiciones

Fundición blanca. Se forma al enfriar rápidamente la fundición de hierro

desde el estado líquido, durante el enfriamiento, la austenita solidifica a

partir de la aleación fundida en forma de dendritas.

Fundición maleable. Los hierros maleables son tipos especiales de hierros

producidos por el tratamiento térmico de la fundición blanca.


Fundición gris. La mayor parte del contenido de carbono en el hierro gris se

da en forma de escamas o láminas de grafito, las cuales dan al hierro su color

y sus propiedades deseables.

Fundición nodular. En la fundición nodular, dúctil o esferoidal, la mayor

parte del contenido de carbono en el hierro nodular, tiene forma de esferoides.


DIAGRAMA FE-C

El hierro y el carbono constituyen aleaciones únicamente hasta un 6,67% enpeso de C. Con esta concentración y superiores, se crea un compuesto químicodenominado Cementita (Fe3C), que no tiene propiedades metálicas.

Por lo tanto, únicamente se estudia el diagrama hasta esa proporción.


Esto provoca la 1° clasificación del sistema Fe-C: se habla de aceros, si el C esinferior a 1,76%; y de fundiciones, entre 1,76 y 6,67%.

A los aceros con proporción menor que 0,89% de C se les llamahipoeutectoides; y si tienen entre 0,89 y 1,76%, hipereutectoides.


Conocer el proceso de obtención del acero.


Proceso de obtención del acero.

El acero es una aleación de hierro y carbono, donde el carbono no supera el

2,1% en peso de la composición de la aleación, alcanzando normalmente

porcentajes entre el 0,2% y el 0,3%. Porcentajes mayores que el 2,0% de

carbono dan lugar a las fundiciones, aleaciones que al ser quebradizas y no

poderse forjar a diferencia de los aceros, se moldean.

Todos los metales se obtienen a través de la minería

Minería: Es la extracción física de materiales de la corteza terrestre


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A-Materia prima del horno alto:

Mineral de hierro .Estos tratamientos consisten en triturar y moler el

mineral, para posteriormente separar la parte útil (mena) de la no

aprovechable (rocas, cal, sílice, tierra, etc.), que constituye la ganga.

• Carbón de coque . Se ha creado artificialmente a partir de la hulla. Su

misión, dentro del horno alto, es la siguiente:

– Producir, por combustión, el calor necesario para fundir la mena y generar

las reacciones químicas necesarias para que el óxido de hierro (mineral de

hierro) se convierta en arrabio.

– Soportar el peso de la materia prima introducida, permitiendo que no se

aplaste, para que pueda arder en la parte inferior y salgan los gases hacia laparte superior del horno.


• Fundente . Compuesto por piedra caliza o, lo que es lo mismo, cal

(siempre que el mineral tenga composición ácida), cuya misión es:

– Reaccionar químicamente con la ganga que haya podido quedar en el

mineral, arrastrándola

hacia la parte superior de la masa líquida, y formando lo que se denomina

escoria.

– Bajar el punto de fusión de la ganga para que la escoria sea líquida.


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Tratamiento térmico

Se conoce como tratamiento térmico el proceso al que se

someten los metales u otros sólidos con el fin de mejorar sus

propiedades mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia

y la tenacidad.

Los materiales a los que se aplica el tratamiento térmico

son, básicamente, el acero y la fundición, formados por hierro y

carbono. También se aplican tratamientos térmicos diversos a

los sólidos cerámicos.

III. TRATAMIENTOS TÉRMICOS

Tratamientos térmicos del acero

Este tipo de procesos consisten en el calentamiento y enfriamiento

de un metal en su estado sólido para cambiar sus propiedades

físicas. Con el tratamiento térmico adecuado se pueden reducir los

esfuerzos internos, el tamaño del grano, incrementar la tenacidad o

producir una superficie dura con un interior dúctil.

Permite:

reducir los esfuerzos internos, el tamaño del grano,

incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un

interior dúctil


Principales tipos de tratamientos son:

TempleSu finalidad es 900-950ºC) y se enfría luego más o menos rápidamente

(según característica aumentar la dureza y la resistencia del acero. Para

ello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente más elevada que la

crítica superior Ac , en un medio como agua, aceite, etcétera

RevenidoSólo se aplica a aceros previamente templados, para disminuir ligeramente

los efectos del temple, conservando parte de la dureza y aumentar la

tenacidad. El revenido consigue disminuir la dureza y resistencia de los

aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple y se

mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada.


RecocidoConsiste básicamente en un calentamiento hasta temperatura de

austenitización (800-925ºC) seguido de un enfriamiento lento. Con

este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que

disminuye la dureza.

NormalizadoTiene por objeto dejar un material en estado normal, es decir,

ausencia de tensiones internas y con una distribución uniforme del

carbono. Se suele emplear como tratamiento previo al temple y al

revenido.


HAY OTROS MÉTODOS DE TRATAMIENTO TÉRMICO PARA

ENDURECER EL ACERO:

Cementación: Las superficies de las piezas de acero terminadas se

endurecen al calentarlas con compuestos de carbono o nitrógeno.

Carburización: La pieza se calienta manteniéndola rodeada de

carbón vegetal, coque o gases de carbono.

Cianurización: Se introduce el metal en un baño de sales de

cianuro, logrando así que endurezca.

Nitrurización: Se usa para endurecer aceros de composición

especial mediante su calentamiento en amoniaco gaseoso.


IV. POLÍMEROS, CERÁMICOS Y MATERIALES COMPUESTOS

IV. POLÍMEROS, CERÁMICOS Y

MATERIALES COMPUESTOS.

POLIMEROS


Un polímero (del griego poli, muchos; meros, parte, segmento) es una

sustancia cuyas moléculas son, por lo menos aproximadamente,

múltiplos de unidades de peso molecular bajo.

Los polímeros constan de largas cadenas moleculares o redes

constituidas de elementos de bajo peso.

Los diferentes procesos de polimerización se agrupan en dos

categorías.

•Polímeros de adición.

•Polímeros de condenación.

POLÍMEROS DE ADICIÓN.


Son polímeros formados a partir d la unión de moléculas

manométricas insaturadas y con apertura de su doble

enlace.

•Polietileno

•Polipropileno

•Cloruro de polivinilo

•Polietileno

•Etanoato de polivinilo

•Politetrafluoreno

POLÍMEROS DE CONDENSACIÓN.


Se obtienen a partir del enlace entre monómeros que poseen, al menos,

dos grupos reaccionantes (monómeros bi, tri o multifuncionales) y que

reaccionan con separación de algún producto de bajo peso molecular,

como agua, acido clorhídrico, etc.

•Nylon

•Poliuretanos

•Poliésteres

POLÍMEROS DE ISÓMEROS


Los polímeros isómeros son polímeros que tienen esencialmente la

misma composición de porcentaje, pero difieren en la colocación de los

átomos o grupos de átomos en las moléculas. Los polímeros isómeros

del tipo vinilo pueden diferenciarse en las orientaciones relativas

(cabeza a cola, cabeza a cabeza, cola a cola, o mezclas al azar de las

dos.) de los segmentos consecutivos (unidades monómeras.).


Los materiales como el polietileno, el PVC, el polipropileno, y otros que

contienen una sola unidad estructural, se llaman homopolímeros. Los

homopolímeros, a demás, contienen cantidades menores de

irregularidades en los extremos de la cadena o en ramificaciones.

Por otro lado los copolímeros contienen varias unidades estructurales,

como es el caso de algunos muy importantes en los que participa el

estireno.

Homopolímeroscopolímeros

POLIMERIZACIÓN


La reacción por la cual se sintetiza un polímero a partir de sus

monómeros se denomina polimerización.

CERAMICOS


Son compuestos químicos o soluciones complejas, que comprenden fases quecontienen elementos metálicos y no metálicos. Sus enlaces iónicos o covalentes lesconfieren una alta estabilidad y son resistentes a las alteraciones químicas. Atemperaturas elevadas pueden conducir iónicamente, pero muy poco encomparación con los metales. Son generalmente aislantes.

PROPIEDADES DE LOS CERÁMICOS


FISICAS MECANICAS QUIMICAS

•Opacidad

• Fragilidad

• Permeabilidad

• Porosidad

• Absorción de

agua

•Tenacidad

• Elasticidad

• Dureza

• Fragilidad

• Plasticidad

• Ductibilidad

• Maleabilidad

•Antialérgico

• Anticorrosivo

• Inerte

• Poca

reactividad

OBTENCIÓN DE LA CERÁMICA.


MATERIALES COMPUESTOS


Los materiales compuestos son combinaciones de materiales

diversos como resinas epoxi, poliéster, acrílicas, poliuretanicas, con

materiales de refuerzo tales como fibras de carbono, fibras de vidrio,

fibras aramidicas, etc. Sus propiedades son superiores a la simple

suma de las propiedades de sus componentes, por lo que dan por

resultante materiales de características excepcionales, muy

utilizados en la industria espacial, aeronáutica, química, náutica,

etc.

TIPOS


Fibras de refuerzo: Pueden ser de vidrio, de carbono, o aramidicas y estar tejidas o no. Lastejidas tienen el aspecto de una tela tipo de arpillera, en cambio las no tejidas son mantas coninfinidad de hilos cortados en diferentes direcciones y aglomeradas con un ligante para que no sedeshaga dicha manta. Resinas: Las de un uso mas generalizado son las poliéster y epoxi, esta ultimatiene condiciones mecánicas extraordinarias.

Acelerador: Este elemento sirve para modificar la velocidad de reacción en las resinas poliéster.El de uso más común es Octoato de Cobalto, es un liquido de color azul intenso. Catalizador: Esteproducto es el encargado de la polimerización (curado) de la resina, el más usual es Peróxido de MetilEtil Cetona, es un liquido incoloro y no debe ponerse en contacto con el acelerador de cobalto ya quegenera una reacción exotérmica.

Gelcoat: Esta es la vista externa del plástico reforzado. Se trata de una

resina poliéster especialmente formulada para resistir las condiciones

atmosféricas. El gelcoat tiene una muy alta resistencia a la abrasión y

confiere brillo y color a la pieza fabricada.

Diluyente: Su función es disminuir la viscosidad de la resina o del gelcoat. El

mas difundido se llama Monómero de Estireno, y, a diferencia de lo que

generalmente uno conoce por un diluyente, este se polimeriza junto a la

resina o el gelcoat, o sea, no se evapora como un solvente.SUIN S.A.

suministra las resinas poliéster puras, preaceleradas o preaceleradas y

tixotrópicas, dependiendo de la necesidad de sus clientes.


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