UNIDAD 1 CLASIFICACIN DE LOS MATERIALES

1.1 GENERALIDADESPara dar una definicin de lo que es un material, primero debe entenderse como es que est conformado. Lo primero es que un material est compuesto porelementos, generalmente los elementos qumicos encontrados en la naturaleza y representados en la tabla peridica de elementos qumicos. Sin embargo, esto no es todo, en los materiales estos elementos estn relacionados por unacomposicin qumica definida. Un ejemplo muy sencillo es la sal comn, su frmula qumica es NaCl, lo que significa que hay un tomo de Sodio (Na) por cada tomo de Cloro (Cl) y es la nica forma de obtener este compuesto.El ltimo factor importante de un material es el acomodo de estos elementos, es decir, suestructura, los materiales estn caracterizados por tener una estructura, determinada y nica, si este acomodo cambia, cambiarn las caractersticas del material y por lo tanto se hablar de este como una variacin o como otro material distinto.En ciencia e ingeniera de materiales, existe adems otra distincin para los materiales, y es que deben tener un uso especfico, si no es as, entonces se les denomina nicamente sustancia. Por ejemplo, el agua (H2O) en estado lquido es una sustancia, pero al enfriarse y convertirse en hielo, se puede usar como un material de construccin, por lo tanto, esta misma agua solidificada, al tener un uso prctico, se le considera un material.En resumen, los materiales estn formados por elementos, con una composicin y estructura nica y que adems, pueden ser usados con algn fin especfico.

1.1.1 PROPIEDADES DE LOS MATERIALES Las propiedades de los materiales son elconjunto de caractersticasque hacen que el material se comporte de una manera determinada ante estmulos externos como la luz, el calor, las fuerzas, etc.En lneas generales, se puede afirmar que no existe ningn material perfecto que se pueda emplear para la fabricacin de cualquier producto. Cada aplicacin necesita de un material que cumpla unas caractersticas determinadas. Ingenieros y diseadores necesitan sopesar las ventajas e inconvenientes de cada uno de los materiales y elegir adecuadamente aquel que mejor se adapte a las necesidades requeridas. Para elegir adecuadamente un material es necesario conocer, entre otras, sus propiedades sensoriales, pticas, trmicas, magnticas, qumicas, mecnicas, etctera. La eleccin de un material se debe hacer cuidadosamente desde el punto de vista de sus propiedades, dependiendo de la aplicacin a la que se destine.Las propiedades de un material determinado se pueden clasificar en cinco grandes grupos: 1. Propiedades qumicas: Se refiere a los procesos que modifican qumicamente un material.

2. Propiedades fsicas: Se refiere a las caractersticas de los materiales debido al ordenamiento atmico o molecular del mismo.

3. Propiedades trmicas: Se refiere al comportamiento del material frente al calor.

4. Propiedades magnticas: Se refiere a la capacidad de algunos materiales al ser sometidos a campos magnticos.

5. Propiedades mecnicas: Estn relacionadas con la forma en que reaccionan los materiales al actuar fuerzas sobre ellos.

PROPIEDADES QUMICASEstabilidad qumica: Indica la capacidad de un determinado elemento o compuesto qumico de reaccionar espontneamente al entrar en contacto con otro elemento o a descomponerse o si, por el contrario, para que reaccione es necesaria una accin exterior (calor, trabajo o elementos qumicos activadores) Oxidacin: Cuando un material se combina con oxgeno, se dice que experimenta una reaccin de oxidacin. Tal reaccin, de forma esquemtica sera...

La mayor temperatura acelera el proceso de oxidacin del material. Materiales susceptibles de ser oxidados: hierro, aceros bajos en carbono, cobre, titanio,... Materiales resistentes a la oxidacin: oro, plata, aluminio, estao, cromo,...Corrosin: Cuando la oxidacin se produce en un ambiente hmedo o en presencia de otras sustancias agresivas, se denomina corrosin.

PROPIEDADES FSICASDensidad: Es la relacin existente entre la masa de una determinada cantidad de material y el volumen que ocupa. Su unidad en el sistema internacional es el kg/m3. Peso especfico: Es la relacin existente entre el peso de una determinada cantidad de material y el volumen que ocupa. Su unidad en el SI es el N/m3. Resistencia elctrica: Todas las sustancias ofrecen un mayor o menor grado de oposicin al paso de la corriente elctrica. Tal oposicin es la resistencia elctrica, que define si un material es un conductor, semiconductor o aislante elctrico. La resistencia elctrica se mide en ohmios (). Una magnitud asociada a la resistencia elctrica es la resistividad (), que se define como la resistencia que ofrece al paso de la corriente un material de un metro de longitud y de un m2 de seccin. Se mide en m. La inversa de la resistividad es la conductividad () Propiedades pticas: Se refiere al comportamiento de los cuerpos cuando la luz incide sobre ellos, as tenemos: - Cuerpos opacos absorben o reflejan totalmente la luz, impidiendo que pase a su travs. - Cuerpos transparentes transmiten la luz, por lo que permiten ver a travs de ellos. - Cuerpos translcidos dejan pasar la luz, pero impiden ver los objetos a su travs.

PROPIEDADES TRMICASDilatacin trmica o dilatabilidad: La mayora de los materiales aumentan de tamao (se dilatan) al aumentar la temperatura. La magnitud que define el grado de dilatacin de un cuerpo es el coeficiente de dilatacin que nos da una idea del cambio relativo de longitud o volumen que se produce cuando cambia la temperatura del material. Podemos expresarla de tres formas distintas segn interese por la forma geomtrica de la pieza:

Calor especfico (Ce): Se define como la cantidad de calor que necesita una unidad de masa para elevar su temperatura un grado (centgrado o Kelvin). En el sistema internacional se mide en J/kgK (K = grados Kelvin, 0C = 273,15 K), aunque es ms frecuente medirlo en cal/gK. Temperatura de fusin: Al elevar la temperatura de un slido, puede producirse un cambio de estado, pasando de slido a lquido. La temperatura a la que se sucede tal fenmeno es la temperatura de fusin, que a presin normal se llama punto de fusin. Durante el proceso de fusin la temperatura del cuerpo no vara hasta que se ha aportado el calor necesario para el cambio de estado, momento en el cual vuelve a elevarse la temperatura del cuerpo. Conductividad trmica (K): Es un parmetro que indica el comportamiento de cada cuerpo frente a la transmisin del calor, es decir, es la intensidad con que se transmite el calor en el seno de un material. Calor latente de fusin: Es el calor necesario para transformar una unidad de masa del material del estado slido al lquidoPROPIEDADES MAGNTICASRepresentan los cambios fsicos que se producen en un cuerpo al estar sometido a un campo magntico exterior. Materiales diamagnticos: Las lneas de campo magntico creadas al estar el material en presencia de un campo inductor son de sentido contrario a ste, lo que significa que este tipo de materiales se oponen al campo magntico aplicado, son repelidos por los imanes. No presentan efectos magnticos observables. Hidrgeno, cloruro de sodio, oro, plata, cobre,... Materiales paramagnticos: Son aquellos en los que las lneas del campo magntico creadas al estar el material en presencia de un campo inductor son del mismo sentido que ste, aunque no se consigue una alineacin total. Esto es, son materiales que cuando estn sujetos a un campo magntico, sufren el mismo tipo de atraccin y repulsin que los imanes normales, pero al retirar el campo magntico, se destruye el alineamiento magntico. Aluminio, platino, magnesio, titanio... Materiales ferromagnticos: Son aquellos materiales que, cuando se encuentran a una temperatura inferior a un valor determinado, adquieren un campo magntico intenso al estar en presencia de un campo exterior inductor, quedando el material imanado. Esto se debe principalmente a la estructura cristalina que est fuertemente ordenada y crea zonas de dominio magntico, de forma que el campo total ser la suma del campo natural que posee el material ms el campo exterior. Hierro, nquel y cobalto.

PROPIEDADES MECNICASEstn relacionadas con la forma en que reaccionan los materiales cuando actan fuerzas sobre ellos. Las ms importantes son:

Elasticidad: Capacidad que tienen algunos materiales para recuperar su forma, una vez que ha desaparecido la fuerza que los deformaba.

Plasticidad: Habilidad de un material para conservar su nueva forma una vez deforma-do. Es opuesto a la elasticidad.

Ductilidad. Es la capacidad que tiene un material para estirarse en hilos (por ejemplo, cobre, oro, aluminio, etctera).

Maleabilidad: Aptitud de un material para extenderse en lminas sin romperse (por ejemplo, aluminio, oro, etc.).

Dureza: Oposicin que ofrece un cuerpo a dejarse rayar o penetrar por otro o, lo que es igual, la resistencia al desgaste.

Fragilidad: Es opuesta a la resiliencia. El material se rompe en aicos cuando una fuerza impacta sobre l.

Tenacidad: Resistencia que opone un cuerpo a su rotura cuando est sometido a esfuerzos lentos de deformacin.

Fatiga: Deformacin (que puede llegar a la rotura) de un material sometido a cargas variables, inferiores a la de rotura, cuando actan un cierto tiempo o un nmero de veces.

Maquinabilidad: Facilidad que tiene un cuerpo a dejarse cortar por arranque de viruta.

Acritud: Aumento de la dureza, fragilidad y resistencia en ciertos metales como consecuencia de la deformacin en fro.

Colabilidad: Aptitud que tiene un material fundido para llenar un molde.

Resiliencia: Resistencia que opone un cuerpo a los choques o esfuerzos bruscos.

PROPIEDADES ECOLGICASSegn el impacto que producen los materiales en el medio ambiente, se clasifican en:Reciclables: son los materiales que se pueden reciclar, es decir su material puede ser usado para fabricar otro diferente.Reutilizable: Se puede volver a utilizar pero para el mismo uso.

Txicos: estos materiales son nocivos para el medio ambiente, ya que pueden resultar venenosos para los seres vivos y contaminan el agua, el suelo o la atmsfera.Biodegradables: son los materiales que la naturaleza tarda poco tiempo en descomponerlos de forma natural en otras sustancias.

1.1.2 PROPIEDADES IMPORTANTES DE LOS MATERIALES EN LA MANUFACTURAEs difcil sealar exactamente que propiedades, o ms correctamente que combinacin de propiedades debe poseer un material destinado a un proceso determinado. No obstante, a menudo es posible identificar ciertas propiedades ocaractersticas dominantesquedebe tenercualquier material para poder someterlo a cierto proceso o grupo de procesos.

Al seleccionar los materiales para los productos, primero se consideran sus propiedades mecnicas, resistencia, tenacidad, ductilidad, dureza, elasticidad, fatiga y fluencia. Las relaciones entre resistencia y peso y entre rigidez y peso tambin son importantes, particularmente en aplicaciones aeroespaciales y automotrices. El aluminio, el titanio y los plsticos reforzados, por ejemplo, tienen relaciones de este tipo ms elevadas que los aceros y los hierros fundidos. Las propiedades mecnicas deben valorarse considerando las condiciones especficas en las que el producto deber funcionar.

Algunas propiedades mecnicas son:

Plasticidad: Capacidad de deformacin permanente de un metal sin que llegue a romperse.Ductilidad: Capacidad del metal de ser conformado, estirado o rayado sin quebrarse.Dureza: Capacidad del material de resistir a la penetracin.Compresin: Fuerza que procura aplastar o apretar un material.Tensin: Fuerza que intenta estirar una muestra de prueba.Torsin: Esfuerzo de desplazamiento que procura torcer un material de forma encontrada.Resistencia: Capacidad del material para soportar las fuerzas externas que tratan de romperlo o deformarlo.Tenacidad: Cantidad de energa que un material puede absorber antes de quebrarse.Resiliencia: Cantidad de energa que un material puede absorber a causa de un impacto antes de fracturarse.Torque: Fuerza que intenta torcer el material.Elasticidad: Deformacin que se presenta nicamente mientras el material est bajo carga, esta desaparecer

A continuacin deben tenerse en cuenta las propiedades fsicas de los materiales calor especfico, dilatacin y conductividad trmica, punto de fusin y propiedades elctricas y magnticas. Las propiedades qumicas tambin desempean un papel significativo, tanto en entornos hostiles como normales. La oxidacin, la corrosin, la degradacin general de las propiedades, toxicidad e inflamabilidad estn entre los factores que deben considerarse.

Por ltimo, las propiedades de manufactura de los materiales determinan si pueden ser fundidos, formados, maquinados, soldados o sujetos a tratamiento trmico con relativa facilidad.

COSTO Y DISPONIBILIDAD El costo y la disponibilidad de los materiales en bruto y procesados y de los componentes manufacturados son considerados de importancia en la manufactura. Los aspectos econmicos de la seleccin de los materiales son tan importantes como las consideraciones tecnolgicas de las propiedades y de las caractersticas de los mismos

1.1.3 CONFORMACIN DE LOS MATERIALES EN ESTADO LQUIDO

CONFORMACIN PRIMARIA

Es la fabricacin de una pieza partiendo de material sin forma (fundido, en polvo, granulado) y estableciendo una ligazn del mismo

Conformacin primaria de metales partiendo del estado lquido.

La fundicin, como conformacin primaria partiendo del estado lquido es el procedimiento ms importante, y utiliza la formabilidad de un material en estado lquido.

Los metales que tengan que ser fundidos, deben: Poseer un punto de fusin tcnicamente alcanzable Ser fusibles de manera econmica Ser lo ms fluidos posible para poder llenar bien el molde Variar de volumen lo menos posible durante su solidificacin Poseer la menor tendencia posible a formar tensiones de colada durante su enfriamiento.

Segn los diferentes principios fsicos, los procedimientos de fundicin se clasifican en fundicin por gravedad, a presin y centrifugada.

La conformacin de un material a partir del estado lquido incluye las siguientes fases:

Fase 1. FusinFase 2. Conformacin (creacin de la forma)Fase 3. Solidificacin (estabilizacin de la forma)

En laprctica lasfases2 y3 pueden estar mso menos integradas. Para los metales aleados no se tiene punto de fusin sino ms bien un intervalo de temperatura de fusin definido por temperatura de inicio de difusin, lacual el material esslido. Y temperaturade iniciode solidificacin, la cual el material es lquido. En ambas temperaturas existe una mezcla de material lquido y slido.

Otras propiedades importantes en la conformacin a partir del estado lquido incluyen el calor especfico, la conductividad trmica y la viscosidad del material.

Calor especfico

El calor especfico es la cantidad de calor que se necesita por unidad de masa para elevar la temperatura un grado Celsio. La relacin entre calor y cambio de temperatura, se expresa normalmente en la forma que se muestra abajo, donde c es el calor especfico. De forma anloga, se define la capacidad calorfica como la cantidad de calor que se debe suministrar a toda la masa de una sustancia para elevar su temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius). Se la representa con la letra C (mayscula).Por lo tanto, la capacidad calorfica especfica es el cociente entre la capacidad calorfica y la masa, esto es c = C/m donde m es la masa de la sustancia.Conductividad trmica

Laconductividad trmicaes unapropiedad fsicade los materiales que mide la capacidad deconduccin de calor. En otras palabras la conductividad trmica es tambin la capacidad de una sustancia de transferir laenerga cinticade sus molculas a otras adyacentes o a sustancias con las que est en contacto. En elSistema Internacional de Unidadesla conductividad trmica se mide enW/(Km) (equivalente aJ/(msK) )

Viscosidad del material

La viscosidad de un fluido es una medida de su resistencia a las deformaciones graduales producidas por tensiones cortantes o tensiones de traccin. La viscosidad se corresponde con el concepto informal de "espesor". Por ejemplo, la miel tiene una viscosidad mucho mayor que el agua.

La viscosidad es una propiedad fsica caracterstica de todos los fluidos que emerge de las colisiones entre las partculas del fluido que se mueven a diferentes velocidades, provocando una resistencia su movimiento. Cuando un fluido se mueve forzado por un tubo, las partculas que componen el fluido se mueven ms rpido cerca del eje transversal del tubo, y ms lentas cerca de las paredes. Por lo tanto, es necesario que exista una tensin cortante (como una diferencia de presin) para sobrepasar la resistencia de friccin entre las capas del lquido, y que el fluido se siga moviendo por el tubo. Para un mismo perfil radial de velocidades, la tensin requerida es proporcional a la viscosidad del fluido.

Ejemplos de temperaturas de fusin y de intervalos de temperatura de fusin

1.1.4 CONFORMACIN DE LOS MATERIALES EN ESTADO SLIDO.La mayor parte de la investigacin en la teora de la fsica de estado slido se centra en loscristales, en gran parte porque la periodicidad de lostomosen un cristal, su caracterstica definitoria, facilita el modelado matemtico, y tambin porque los materiales cristalinos tienen a menudo caractersticaselctricas,magnticas,pticas, o mecnicasque pueden ser explotadas para los propsitos de laingeniera.CONFORMACIN PRIMARIA DE METALES A PARTIR DEL ESTADO SOLIDO La conformacin primaria a partir del estado slido se efecta por compactacin (prensado) y por consolidacin (sintetizado) en moldes de polvo de modelo.

Las operaciones de trabajo necesarias son: Transformacin de metales o de combinaciones metlicas para convertirlos en polvo Introduccin de los polvos de moldeo mediante una herramienta en un molde que posea la forma geomtrica deseada Sinterizacion simultanea o subsiguiente de la pieza compacta.

La transformacin de los materiales de partida se hace por quebrantacin, trituracin y molindola hasta conseguir polvo fino.La compactacin con obtencin de la forma se realiza por medio de prensas hidrulicas. La presin de la prensa vence el rozamiento entre las distintas partculas del polvo, destruyendo los puentes y las cavidades. Al aumentar la presin las partculas se entrelazan y se consolidan en frio.Seguidamente los granos se deforman y aplastan, de manera que se forman grandes superficies de contacto. El sinterizado se efecta a temperaturas del orden de 5/10 a 9/10 de la temperatura de fusin del polvo empleado. Durante la operacin las partculas de polvo metlico se consolidan por unin reticular y/o por formacin de aleaciones.La ventaja de la sinterizacin consiste en que las piezas se pueden fabricar con gran precisin que hace casi innecesario un mecanismo posterior. Adems, la combinacin de materiales que no se poda lograr con los procedimientos convencionales se ha conseguido por medio de la sinterizacin. Las piezas con grandes requisitos de precisin vuelven a prensarse despus del sinterizado (calibrado). Un campo importante de aplicacin de la tcnica del sinterizado es la fabricacin de plaquitas de metal duro y de materiales cermicos para herramientas destinadas a arrancar virutas, as como de casquillos para cojinetes de motores.

La conformacin de materiales en estado slido se puede efectuar mediante procesos de conservacin de masa, de reduccin de masa o de unin. Procesos de Conservacin de Masa: Es la conformacin de metales, el proceso bsico es la deformacin plstica de tipo mecnico. La capacidad de un material para experimentar deformacin plstica est determinada primordialmente por su ductibilidad. Las curvas de esfuerzo deformacin son la fuente de informacin ms importante al evaluar la idoneidad de un material para ser sometido a deformacin plstica. Los parmetros importantes para la conformabilidad son el estado detencin, la velocidad de deformacin y la temperatura.

1.1.5 CONFORMACIN DE LOS MATERIALES EN ESTADO GRANULARLamateria granularomateria granuladaes aquella que est formada por un conjunto de partculasmacroscpicas slidaslo suficientemente grandes para que la nica fuerza de interaccin entre ellas sea la defriccin. Para esta rea de procesos es bastante difcil definir las propiedades del material que determinan la adaptabilidad del material granular a la compactacin y sinterizacin. Todos los materiales que pueden producirse en estado granular pueden ser compactados y sinterizados, pero dependiendo del material particular podra ser difcil desarrollar procesos adecuados de compactacin y sinterizacin. En general los requisitos funcionales y no el proceso en s, determinan el material a usar.Los procesos ms usados son: Reduccin de masa Flujo y deformacin plstica Compactacin de polvosPROCESOS DE REDUCCIN DE MASA.Los procesos bsicos del tipo de reduccin de masa son mecnicos (fractura dctil o frgil), qumicos (disolucin o combustin) o trmicos (fusin).Los procesos de reduccin de masa basados en la fractura son los ms importantes de la industria y que incluyen todos los procesos de corte. La adaptabilidad de un material a los procesos de corte se conoce, frecuentemente como maquinabilidad.La maquinabilidad depende primordialmente de: Propiedades mecnicas de un material Su composicin qumica Su tratamiento Trmico (estructura)En cuanto a las propiedades mecnicas se puede afirmar que una baja ductibilidad, un bajo endurecimiento por deformacin y una baja dureza equivalen a una buena maquinabilidad. La composicin de un material tiene una gran influencia en su maquinabilidad. Aadiendo pequeas cantidades de plomo, magnesio, azufre, selenio o titanio, se puede incrementar considerablemente la maquinabilidad sin alterar las propiedades mecnicas. Respecto a la estructura de un material debe ser lo ms homognea posible sin partculas abrasivas ni inclusiones duras, y que estos aumentan el desgaste de la herramienta, y dan por resultado superficies defectuosas.PROCESOS DE UNIN.Solo se considera aqu el tipo de proceso de unin que es la soldadura por fusin

IMPORTANCIA DE LOS MATERIALES GRANULARES Los materiales granulares juegan un importante rol en muchos procesos productivos, como la minera, la agricultura, la ingeniera civil y la industria farmacutica. Tambin son claramente importantes en procesos geolgicos que configuran la forma de la Tierra, como las avalanchas o deslizamientos y la erosin. Tomemos en cuenta los siguientes datos: En la industria qumica, cerca de la mitad de los productos y al menos los tres cuartos de los materiales en bruto se manejan en forma granular Las avalanchas causan constantemente prdidas humanas y econmicas Cada ao, miles de silos y graneros se rompen y destruyen. En estados unidos, por ejemplo, la cifra supera los mil anuales En Mxico, el 30 % del maz cosechado se pierde debido al mal diseo de sistemas de manejo de los granos para el transporte y almacenamiento.La tecnologa para manipular y controlar los materiales granulares no est suficientemente desarrollada. Se estima que las industrias, en general, podran perder ms de la mitad de la produccin de sus plantas, por problemas relacionados con el transporte y almacenamiento de estos materiales. Por tanto, incluso una leve mejora en el proceso de manipulacin de medios granulares, podra traer grandes beneficios. Y una buena comprensin de la fsica de la materia granular es esencial para disear sistemas de manejo eficientes.

Por otra parte, el estudio de los materiales granulares y su comportamiento tambin han sido recientemente utilizados para ilustrar fenmenos cientficos en otras reas, como la auto organizacin, los superconductores y las dinmicas de los terremotos.Los materiales granulares se usan principalmente en la conformacin de base y sub-base de estructuras de pavimentacin flexibles.

1.1.6 EFECTOS DE LOS PROCESOS EN LAS PROPIEDADES DEL MATERIALDependiendo del proceso y del material, las propiedades afectadas quedan incluidas en uno o ms de los siguientes grupos: propiedades fsicas (resistencia a la corrosin, cambios metalrgicos) propiedades mecnicas (resistencia, dureza, fundicin y ductibilidad). Y propiedades tecnolgicas(conformabilidad, maquinabilidad, soldabilidad).Durante el procesamiento, a menudo se introducen en el material varios defectos (micro o macro fracturas, porosidad, distribucin, irregularidades de propiedades, etc.) que podran influir drsticamente en la eficacia del componente.

1.1.7 CLASIFICACIN DE LOS MATERIALES Los materiales se clasifican de forma muy general en: Metales Cermico Polmeros Materiales compuestosSin embargo, est clasificacin no es nica, pues los materiales se pueden dividir por su estructura, por sus propiedades fsicas y qumicas, por sus usos en industrias especficas, etc.

La mayora de los materiales de ingeniera pueden clasificarse en: metales y no metales dentro de la categora de los no metlicos se tiene a: los cermicos y polmeros; entre los metales los cermicos y los polmetros se forma un grupo de tres materiales bsicos utilizados en la manufactura. Tanto sus caractersticas qumicas como sus propiedades fsicas y mecnicas son diferentes; estas diferencias afectan los procesos de manufactura. Adems de estas tres categoras bsicas existe otra: los materiales compuestos, los cuales son mezclas no homogneas de los otros tres tipos bsicos de materiales

METALESLos metales usados en la manufactura son comnmente aleaciones, las cuales estn compuestas de dos o ms elementos, en donde por lo menos uno es metlico. Los metales pueden dividirse en dos grupos: 1) ferrosos y 2) no ferrosos. Metales ferrosos: Los metales ferrosos se basan en el hierro; el grupo incluye acero y hierro colado; stos constituyen el grupo de materiales comerciales ms importantes y comprende ms de las tres cuartas partes del tonelaje de metal que se utiliza en todo el mundo. El hierro puro tiene poco uso comercial; pero aleado con el carbn tiene ms usos y mayor valor comercial que cualquier otro metal. Las aleaciones de hierro y carbn pueden formar acero y hierro colado.

Los elementos comunes que se aaden a la aleacin son el cromo, el manganeso, el molibdeno, el nquel y el vanadio, algunas veces en forma individual, pero generalmente en combinacin. Estos elementos forman soluciones slidas con el hierro y compuestos metlicos con el carbono (carburos).Metales no ferrosos: Los metales no ferrosos incluyen elementos metlicos y aleaciones que no se basan en el hierro. Los metales de ingeniera ms importantes en el grupo de los no ferrosos son el aluminio, el cobre, el magnesio, el nquel, el titanio, el zinc y sus aleaciones.

CERMICOSUn material cermico se define comnmente como un compuesto que contiene elementos metlicos (o semimetlicos) y no metlicos. Los elementos no metlicos tpicos son el oxgeno, el nitrgeno y el carbn. Algunas veces se incluye en la familia de los materiales cermicos al diamante, el cual no se ajusta a la definicin anterior.Los materiales cermicos pueden dividirse para propsitos de proceso en: 1) cermicos cristalinos y 2) vidrios. Se requieren diferentes mtodos de manufactura para los dos tipos.

POLMEROSUn polmero es un compuesto formado por repetidas unidades estructurales llamadas meros cuyos tomos comparten electrones para formar molculas muy grandes. Los polmeros estn constituidos generalmente por carbn y otros elementos como hidrgeno, nitrgeno, oxgeno y cloro. Los polmeros se dividen en tres categoras: Polmeros termoplsticos, Polmeros termofijos y Elastmeros Polmeros termoplsticos. Los termoplsticos pueden someterse a mltiples ciclos de calentamiento y enfriamiento sin alterar sustancialmente la estructura molecular del polmeroPolmeros termofijos. Estas molculas se transforman qumicamente (se curan) en una estructura rgida cuando se enfran despus de una condicin plstica por calentamiento, de aqu el nombre de termofijo.Elastmeros. Estos polmeros exhiben un comportamiento elstico importante, de aqu el nombre de elastmero. Los elastmeros son polmeros capaces de sufrir grandes deformaciones elsticas cuando se les sujeta a esfuerzos relativamente bajosCOMPUESTOSLos materiales compuestos no constituyen realmente una categora separada de los materiales; sino que constituyen una mezcla de los otros tres tipos de materiales. Un material compuesto se logra comnmente con dos fases en las que se procesan separadamente los materiales y luego se unen para lograr propiedades superiores a los de sus constituyentes. 1.2 CLASIFICACIN DE LOS MATERIALES PUROSSon aquellos que estn tal y como son en la naturaleza sin sufrir ningn cambio o alteracin, los materiales ms puros son los que se encuentran en la tabla peridica.Los materiales puros se clasifican en: metales, metaloides y no metales.

1.2.1 QU SON LOS MATERIALES PUROS?Los metales puros son materiales de origen mineral que procesados se los puede encontrar en su composicin Pura, es decir que no se encuentran combinados con el oxgeno (xidos) u otros elementos (Sulfuros, carbonatos, silicatos, etc.). Estos metales se presentan generalmente como pequeos conglomerados de metal aunque puede presentarse tambin casos excepcionales en grandes masas, ejemplos de estos metales son el Oro, Plata, Cobre, Mercurio entre otros.Los metales "puros" son los elementos de transicin. En una tabla peridica, abarcan del grupo 3 al grupo 12. Todos estos tienen las caractersticas que se llaman metlicas (ductilidad, maleabilidad, etc.)Luego existen otros tipos de metales que no son "puros" porque tienen otra serie de caractersticas. Son los alcalinos (grupo 1) y alcalinotrreos (grupo 2), adems de los elementos de transicin interna (lantnidos y actnidos).En cuanto a la pureza no se encuentran con una pureza del 100%, sino combinados, salvo raras excepciones como el oro o el carbono (en forma de diamante).Mejor proceso de proceso para obtener la purezaFundir el mineral en hornos gigantes, recuperar la mezcla en fusin en moldes, dejar hasta que se enfri y...listo.PropiedadesTienen una gran dureza. Se pueden trabajar mediante procesos de fundicin. Son buenos conductores del calor y de la electricidad. Su resistencia mecnica permite utilizarlos en aplicaciones estructura les sometidas a grandes esfuerzos. Se pueden reciclar con facilidad. Destacan el cobre, el hierro, el aluminio, el oro y la plata.Caractersticas Los metales tienen una serie de caractersticas que los diferencian de los dems materiales, los no metales. Adems de que todos, a excepcin del mercurio, son slidos, la ms caracterstica de las propiedades de los metales es su brillo especial, que curiosamente se llama brillo metlico. El brillo es la capacidad de un material para reflejar, absorber o reflectar la luz. Los metales, una vez pulidos, reflejan la mayor parte de la luz que les llega.

1.2.2 QU ES UN MINERAL?El mineral es unelemento o compuesto qumico que se encuentra en lanaturaleza, de composicin definida y estructura atmica determinada, formado medianteprocesos naturalese inorgnicos.Una roca puede estar compuesta por uno o varios minerales; por ejemplo, el granito es una roca gnea compuesta por tres minerales: feldespato, cuarzo y mica. Adems de encontrar los minerales como parte de la composicin de las rocas, stos tambin se pueden encontrar puros en cantidades suficientes que se explotan en lasminas o yacimientos. Se conocen actualmente ms de 3.000 especies de minerales, la mayora de los cuales se caracterizan y se clasificanpor su composicinqumica, su estructura cristalina y sus propiedades fsicas(dureza, tenacidad, color, brillo, diafanidad, refraccin, entre otros).

Segn su estado o su estructura, los minerales pueden ser:amorfos, en los cuales las partculas elementales (tomos,ioneso molculas) no se hallan ordenadas regularmente, o cristalinos, en los que las partculas estn ordenadas y determinan una estructura interna, que si transciende una configuracin externa ypolidricaformancristales. Los minerales suelen estarclasificados por su composicin qumicaen ocho grupos: a) elementos nativos, b) sulfuros y sulfosales, c) halogenuros o haluros, d) xidos e hidrxidos, e) boratos, nitratos y carbonatos, f) sulfatos, cromatos, volframatos y molibdatos, g) fosfatos, arseniatos y vanadatos, y h) silicatos.Hoy en da, los mineralestienen una gran importancia por sus mltiples aplicaciones en diversos campos. En la industria, son muy indispensables ya que sin ellos no se podran elaborar algunos productos; por ejemplo, los fertilizantes son fabricados por derivados de fosfatados o nitratados; el cemento requiere calcita para su obtencin; algunas medicinas,cosmticos, pigmentos y pinturas incorporan muchos minerales; hace falta cuarzo para producir vidrio, el diamante o el rub se emplean para elaborar pulseras, anillos y otras joyas.

1.2.3 TIPOS DE MINERALES

Minerales de elementos nativos:como su nombre lo indica, se trata de minerales que se encuentran en la naturaleza de manera libre, en estado puro o nativo. Esto quiere decir que dichos minerales no han sufrido cambios qumicos en su estructura, por lo que no se han combinado con otros elementos o sustancias. Algunos de los mejores ejemplos al respecto son el oro, la plata, los diamantes o el azufre.Minerales sulfuros:este tipo de minerales se caracterizan por formar compuestos qumicos que tienen como comn denominador el azufre. Por lo tanto, estos minerales mezclan las propiedades de un mineral nativo o puro con las caractersticas del azufre para formar un nuevo mineral. Al respecto podemos mencionar a la pirita, la galena, el cinabrio y la blenda. Minerales sulfosales:al igual que el caso anterior, este tipo de minerales son el resultado de una combinacin o mezcla de dos o ms elementos qumicos. En este caso se trata de minerales compuestos de cobre, plata y plomo que se combinan con azufre y otro tipo de mineral, principalmente arsnico, bismuto o antimonio. Evidentemente, este tipo de minerales tienen caractersticas qumicas ms complejas que los anteriores. Ejemplos de estos minerales son la pirargirita y la proustita.Minerales xidos:como su nombre lo indica, este tipo de minerales tienen como rasgo principal que son el resultado de la combinacin de un elemento con el oxgeno. Esto da como resultado un conjunto de minerales con colores y texturas especiales y muy fciles de identificar. En este sentido podemos hablar del oligisto, la casiterita, el corindn y la bauxita. Minerales haluros:estos minerales estn compuestos de un halgeno y algn otro elemento como el flor, el yodo, el cloro, o el bromo. Este tipo de minerales suelen formar cristales o cosas parecidas. Tal es el caso de la sal comn y la halita. Minerales carbonatos:este tipo de minerales son el resultado de la combinacin o accin del cido carbnico sobre algn metal. Por ejemplo, la azurita, el mrmol, la malaquita y la calcita.

Minerales nitratos:evidentemente, este tipo de minerales son sales que resultan de la accin del cido ntrico. Como ejemplos de esto tenemos al nitrato sdico, al nitrato potsico o el salitre.

Minerales boratos:estos suelen ser minerales raros o con muy poca presencia. Estn formados por sales o steres del cido brico. Ejemplo s a l respecto: rasorita y brax.

Minerales fosfatos:como su nombre lo dice, este tipo de minerales estn formados por sales o steres resultantes del cido fosftico, arsnico o vanadio. Al igual que los anteriores, son minerales un poco extraos y, sobre todo, que contienen sustancias altamente txicas para el ser humano. Por ejemplo, la turquesa, la piromorfita y la apatita.Silicatos:este tipo de minerales son los que forman la litosfera, es decir la gran parte de la corteza terrestre. Estos minerales provienen del cido silcico. Al respecto podemos poner de ejemplo la slice, el feldespato, la mica, el talco, la arcilla, el cuarzo y el piroxeno.

Minerales radioactivos:por supuesto, este tipo de minerales son todos aquellos que tienen la capacidad de transmitir o emitir radiacin. Tal es el caso de la torita, la torianita y la uraninita.1.2.4 PROPIEDADES FSICAS DE LOS MINERALES

Son el resultado directo de sus caractersticas qumicas y estructurales, de todas ellas vamos a ver solo las que pueden determinarse por inspeccin a simple vista (visu) o mediante ensayos simples en muestras de mano, de manera que son importantes para un reconocimiento rpido de los minerales.Hbito:Es la forma y aspecto externo del mineral. Para los agregados cristalinos se usa el trmino drusa o geoda.Drusa:superficie plana o convexa cubierta por una capa de cristales.Geodasuperficie cncava cubierta por una capa de cristales.Exfoliacin:es la tendencia que poseen ciertos minerales de romperse paralelamente a planos atmicos.Al describir una exfoliacin deben de mencionarse su calidad y direccin cristalogrfica.Fractura:es la forma de romperse el mineral cuando es sometido a un esfuerzo intenso y puntual (impacto).Dureza:es la resistencia que ofrece la superficie de un mineral a ser rayado.Se designa mediante la letra H. Est directamente relacionada con el tipo de enlace. Mohs, mineralogista austriaco que estableci en 1824 una escala de 10 minerales frecuentes de manera que con estos valores se puede estimar por comparacin la durezarelativade cualquier mineral. En la escala de Mohs, los minerales se presentan numerados de menor a mayor dureza. Cada mineral es rayado por los que le preceden y raya a los que le anteceden. Cada mineral tiene una dureza aproximada del doble del mineral anterior y la mitad del posterior:Tenacidad:es la resistencia que un mineral opone a ser roto, molido, doblado o desgarrado, es decir su cohesin.Peso especfico:(densidad relativa). Es el n que representa la relacin entre su peso y el peso de un volumen igual de agua a 4.Densidad que presenta un mineral respecto del agua.Color:es la respuesta del ojo y del cerebro al intervalo de luz visible del espectro electromagntico.Huella:es el color que presenta el polvo fino de un mineral.Mientras que el color de un mineral puede variar entre lmites amplios, el color de la huella es constante. Puede ser determinada fcilmente frotando el mineral sobre un trozo de porcelana porosa. La porcelana tiene una dureza aproximada de 7 (Mohs), por lo que no puede emplearse con minerales de dureza superior.Brillo:es el aspecto general que presenta la superficie de un mineral cuando sobre ella se refleja la luz.Puede ser de dos tipos.Metlico(semejante al que presentan los metales) yno metlico.No existe una lnea clara de separacin entre estos dos grupos; a los minerales que presenta un brillo comprendido entre ambos tipos se les conoce en general con el nombre de submetlicos.Los minerales de brillo no metlico suelen ser de colores claros y transmiten la luz, si o a travs de secciones gruesas, s a travs de lminas delgada. La raya de un mineral no metlico suele ser incolora o de color muy dbil.Fluorescencia y fosforescencia:es la propiedad que tienen los minerales que emiten luz al ser expuestos a la accin de rayos ultravioleta, Rx o algn tipo de rayos catdicos. Si la emisin de luz continua despus de haber cesado la fuente emisora se dice que el mineral es fosforescente.

1.3 CLASIFICACIN DE LAS ALEACIONES FERROSAS Y NO FERROSASAlgunos autores manejan los trminos aleaciones ferrosas y no aleaciones no ferrosas (frreas) para definir aquellas aleaciones que tiene o no al hierro como elemento mayoritario. Esto se debe a la importancia histrica del hierro, incluyendo la revolucin industrial y la fabricacin del acero como material de construccin.Las aleaciones ferrosas tienen como elemento mayoritario el Fe y en general, son aleaciones fuertes, maleables, de bajo costo y relativamente fciles de obtener. La mayor produccin de estas son los aceros, aleaciones Fe C, a los que cambiando el porcentaje de estos elementos y agregando algunos otros, se les pueden dar propiedades especficas, dependiendo de la industria a la que se van a aplicar.La industria del acero se divide en varias ramas: Aceros al carbn,con uso en construccin Aceros inoxidables,para maquinado de piezas, platera e instrumental quirrgico Aceros para herramientas, a los que se les agrega W y Mo para endurecerlos Aleaciones de acero con distintos elementos.Estos ya son de usos ms especficos de acuerdo al elemento agregado Aleaciones ultra resistentes (de baja aleacin),que son los aceros de ltima generacin.

Ramas principales de la industria del acero.A pesar de que las aleaciones ferrosas, particularmente el acero, son ampliamente usadas en ingeniera por sus buenas propiedades mecnicas y su relativamente bajo costo de produccin, existen algunas limitaciones en ellas, pues son materiales relativamente densos, en general no son buenos conductores elctricos y, salvo los aceros inoxidables, son materiales proclives a la corrosin. Por tal motivo, la industria ha desarrollado otras aleaciones con metales base distinta al Fe, denominadasaleaciones no ferrosas.1.3.1 ALEACIONES DE ACEROElacero aleadoes aquel constituido poracerocon el agregado de varios elementos que sirven para mejorar sus propiedades fsicas, mecnicas o qumicas especiales.Estas aleaciones logran diferentes resultados en funcin de la presencia o ausencia de otros metales: la adicin de manganeso le confiere una mayor resistencia frente al impacto, el tungsteno, le permite soportar temperaturas ms altas. Los aceros aleados adems permiten una mayor amplitud en el proceso de tratamiento trmico.Los efectos de laaleacinson: Mayor resistencia y dureza Mayor resistencia al impacto Mayor resistencia al desgaste Mayor resistencia a lacorrosin Mayor resistencia a altas temperaturas Penetracin de temple(Aumento de la profundidad a la cual elaceropuede ser endurecido)

ALEACIONESEnaleacincon:Aluminio: Acta como desoxidante para el acero Fundido y produce un Acero de Grano Fino.

Azufre: Normalmente es una impureza y se mantiene a un bajo nivel. Sin embargo, alguna veces se agrega intencionalmente en grandes cantidades (0,06 a 0,30%) para aumentar la maquinabilidad (habilidad para ser trabajado mediante cortes) de los aceros de aleacin y al carbono.

Boro: Aumenta latemplabilidad(la profundidad a la cual un acero puede ser endurecido).

Cromo: Aumenta la profundidad del endurecimiento y mejora la resistencia al desgaste y corrosin. Su adicin origina la formacin de diversos carburos de cromo que son muy duros; sin embargo, el acero resultante es ms dctil que un acero de la misma dureza producida simplemente al incrementar su contenido de carbono. La adicin de cromo ampla el intervalo crtico de temperatura.

Cobre: Mejora la resistencia a lacorrosin.

Manganeso: Elemento bsico en todos los aceros comerciales; el manganeso se agrega a todos los aceros como agente de desoxidacin y desulfuracin, pero si el contenido de manganeso es superior a 1%, el acero se clasifica como un acero aleado al manganeso. Adems de actuar como desoxidante, neutraliza los efectos nocivos del azufre, facilitando la laminacin, moldeo y otras operaciones de trabajo en caliente. Aumenta tambin la penetracin de temple y contribuye a su resistencia y dureza. Reduce el intervalo crtico de temperaturas.Molibdeno: Mejora las propiedades del tratamiento trmico. Su aleacin con acero forma carburos y tambin se disuelve en ferrita hasta cierto punto, de modo que intensifica su dureza y la tenacidad. El molibdeno abate sustancialmente el punto de transformacin. Debido a este abatimiento, el molibdeno es ideal para optimizar las propiedades de templabilidad en aceite o en aire. Excepto el carbono, es el que tiene el mayor efecto endurecedor y un alto grado de tenacidad. Otorga gran dureza y resistencia a altas temperaturas.

Nquel: Mejora las propiedades del tratamiento trmico reduciendo la temperatura de endurecimiento y distorsin al ser templado. La aleacin con nquel ampla el nivel crtico de temperatura, no forma carburos u xidos. Esto aumenta la resistencia sin disminuir la ductilidad. El cromo se utiliza con frecuencia junto con el nquel para obtener la tenacidad y ductilidad proporcionadas por el nquel, y la resistencia al desgaste y la dureza que aporta el cromo.

Silicio: Se emplea como desoxidante y acta como endurecedor en el acero de aleacin. Cuando se adiciona a aceros de muy baja cantidad de carbono, produce un material frgil con baja prdida por histresis y alta permeabilidad magntica. El silicio se usa principalmente, junto con otros elementos de aleacin como manganeso, cromo y vanadio, para estabilizar los carburos.

Titanio: Se emplea como un desoxidante y para inhibir el crecimiento granular. Aumenta tambin la resistencia a altas temperaturas.

Tungsteno: Se emplea en muchos aceros de aleacin para herramientas. Aun estando stas candente o al rojo; les otorga una gran resistencia al desgaste y dureza a altas temperaturas.

Vanadio: El vanadio es un fuerte desoxidante y promueve un tamao fino de grano, mejorando la tenacidad delacero. El acero al vanadio es muy difcil de suavizar por revenido, por ello se lo utiliza ampliamente en aceros para herramientas. Imparte dureza y ayuda en la formacin de granos de tamao fino. Aumenta la resistencia al impacto (resistencia a las fracturas por impacto) y a la fatiga.

1.3.2 ACEROS ESPECIALESAleaciones de acero. Comnmente conocidos como aceros especiales, son aceros al carbono, aleados con otros metales o metaloides, resultantes de la bsqueda del mejoramiento de sus caractersticas. Los elementos aadidos comnmente son: el nquel, el cromo, vanadio, molibdeno, magnesio, silicio, tungsteno, cobalto, aluminio, etc.

Aceros al nquel. Son aceros inoxidables y magnticos. El nquel aumenta la carga de rotura, el lmite de elasticidad, el alargamiento y la resistencia al choque o resiliencia, a la par que disminuye las dilataciones por efecto del calor. Cuando contienen del 10 al 15% de nquel se templan aun si se los enfra lentamente.

Aceros al cromo. El cromo comunica dureza y una mayor penetracin del temple, por lo que pueden ser templados al aceite. Los aceros con 1,15 a 1,30% de carbono y con 0,80 a 1% de cromo son utilizados para la fabricacin de lminas debido a su gran dureza, y en pequea escala los que tienen 0,3 a 0,4% de carbono y 1% de cromo.

Aceros al cromo-nquel. De uso ms corriente que el primero, se usan en la proporcin de carbono hasta 0,10%, cromo 0,70% y nquel 3%; o carbono hasta 15%, cromo 1% y nquel 4%, como aceros de cementacin. Los aceros para temple en aceite se emplean con diversas proporciones; uno de uso corriente sera el que tiene carbono 0,30, cromo 0,7% y nquel 3%.

Aceros al cromo-molibdeno. Son aceros ms fciles de trabajar que los otros con las mquinas herramientas. El molibdeno comunica una gran penetracin del temple en los aceros; se emplean cada vez ms en construccin, tendiendo a la sustitucin del acero al nquel. De los tipos ms corrientes tenemos los de carbono 0,10% , cromo 1% y molibdeno 0,2% y el de carbono 0,3%, cromo 1% y molibdeno 0,2%; entre estos dos ejemplos hay muchos otros cuya composicin vara segn su empleo.

Aceros al cromo-nquel molibdeno. Son aceros de muy buena caracterstica mecnica. Un ejemplo de mucha aplicacin es el que tiene carbono 0,15% a 0,2%, cromo 1 a 1,25%, nquel 4% y molibdeno 0,5%.

Aceros inoxidables. Los aceros inoxidables son los resistentes a la accin de los agentes atmosfricos y qumicos. Los primeros que se fabricaron fueron para la cuchillera, con la proporcin de 13 a 14% de cromo. Otros aceros fueron destinados a la fabricacin de aparatos de ciruga, con la proporcin de 18 a 20% de cromo y 8 a 10% de nquel; son tambin resistentes a la accin del agua de mar. Un acero de gran resistencia a la oxidacin en caliente es el que tiene 20 a 30% de cromo y 5% de aluminio.

Aceros anticorrosivos. Estos son aceros soldados de alta resistencia y bajo tenor de sus componentes de aleacin: carbono, silicio, azufre, manganeso, fsforo, nquel o vanadio, cromo y cobre. A la intemperie se cubren de un xido que impide la corrosin interior, lo que permite se los pueda utilizar sin otra proteccin. Como resultado de ensayos efectuados por algo ms de diez aos, se ha establecido que su resistencia a los agentes atmosfricos es de cuatro a ocho veces mayor que los del acero comn al carbono.

1.3.3 ACEROS INOXIDABLESIntroduccinEl acero inoxidable es un acero resistente a la corrosin, por lo que no se oxida. Pero, qu es realmente el acero inoxidable? Cules son los campos de aplicacin especficos para el acero inoxidable?Qu es el acero inoxidable?Entendemos bajo la denominacin de acero inoxidable todos los aceros que han sido elaboradosdurante un proceso especfico de fundicin, que tienen un ndice dealto de purezay que reaccionan uniformemente a tratamientos trmicos programados.De esta definicin resulta, que el acero inoxidable no tiene que ser obligatoriamente un acero aleado o de alta aleacin, sin embargo, nosotros vamos a hablar slo sobre los aceros inoxidables de alta aleacin con un ndice de cromo de por lo menos un 10,5%.Clasificacin de aceros inoxidables de alta aleacinAceros inoxidables de alta aleacin pueden ser clasificados por su textura en los siguientes grupos: aceros inoxidables ferrticos aceros inoxidable martensticos aceros inoxidables austenticos aceros inoxidables austeno-ferrticos (aceros duplex)

Aceros inoxidables ferrticosLos aceros inoxidables ferrticos se dividen igualmente en dos grupos: con un contenido deaprox. 11al 13% de cromo (Cr) con un contenido de aprox. 17% de cromo (Cr)Los aceros con un contenido de cromo del10,5al 13% se denominan, gracias a su bajo contenido en cromo,aceros inertes a la corrosin. Se suelen emplear en alquellos lugares donde la vida til, seguridad y mantenimiento estn en primer lugar y el aspecto del mismo no es tan importante. Este suele ser el caso en la construccin de contenedores, vagones y vehculos.Aceros inoxidables martensticosLos aceros inoxidables martensticos con un contenido del12-18% de cromo (Cr ) y con contenidos de carbono(C) superiores al0,1%, se convierten bajo temperaturas superiores a 950-1050C en austenticos.Elenfriamiento bruscolo devuelve auna textura martenstica que posee una gran dureza -especialmente despus de haber sido tratado trmicamente-que va en aumento segn el contenido en carbono (C). Estos aceros inoxidables se emplean, por ejemplo, para hojas de afeitar, cuchillos y tijeras. Condicin indispensable para una suficiente resistencia a la corrosin es una imagen de lijado adecuada, que se puede conseguir, gracias allijado.Aceros inoxidables austenticosLos aceros inoxidables austenticos, tambin denominados aceros CrNi, con contenidos de niquel superiores al 8% forman el grupo de aceros inoxidables ms favorable bajo los puntos de vista de la manejabilidad, resistencia a la corrosin y propiedades mecnicas.El alto grado de resistencia a la corrosin es la caracterstica ms importante de este tipo de acero. Es por ello que los aceros austenticos se emplean enambientes agresivos, como p.ej. en agua de mar con alto contenido de cloruro o en la industria qumica o alimentaria.Aceros inoxidables austeno-ferrticosFrecuentemente se les denomina a los aceros austeno-ferrticos como aceros duplex, gracias a sus 2 componentes micro estructural. El alto grado deductibilidad aadido almejoramiento en la resistencia hace de este tipo de acero el material ideal para su empleo en el sector de la construccin en alta mar.

1.4 CLASIFICACIN DE LOS MATERIALES ORGNICOS E INORGNICOSLos materiales sean metlicos o no metlicos, orgnicos o inorgnicos casi nunca se encuentran en el estado en el que van a ser utilizados, por lo regular estos deben ser sometidos a un conjunto de procesos para lograr las caractersticas requeridas en tareas especficas. Estos procesos han requerido del desarrollo de tcnicas especiales muy elaboradas que han dado el refinamiento necesario para cumplir con requerimientos prcticos. Tambin estos procesos aumentan notablemente el costo de los materiales, tanto que esto puede significar varias veces el costo original del material por lo que su estudio y perfeccionamiento repercutirn directamente en el costo de los materiales y los artculos que integraran.Los procesos de manufactura implicados en la conversin de los materiales originales en materiales tiles para el hombre requieren de estudios especiales para lograr su mejor aplicacin, desarrollo y disminucin de costo. En la ingeniera la transformacin de los materiales y sus propiedades tienen un espacio especial, ya que en casi todos los casos de ello depender el xito o fracaso del uso de un material.

1.4.1 PRINCIPALES MATERIALES ORGNICOSSon as considerados cuando contienen clulas de vegetales o animales. Estos materiales pueden usualmente disolverse en lquidos orgnicos como el alcohol o los tetracloruros, no se disuelven en el agua y no soportan altas temperaturas. Algunos de los representantes de este grupo son: Plsticos Productos del petrleo Madera Papel Hule PielSon biodegradables (se descomponen naturalmente). Son aquellos que tienen la caracterstica de poder desintegrarse o degradarse rpidamente, transformndose en otro tipo de materia orgnica. Ejemplo: los restos de comida, frutas y verduras, sus cscaras, carne, huevos.Qu son los aditivos alimentarios y por qu son necesarios? cualquier sustancia, que normalmente no se consuma como alimento en s, ni se use como ingrediente caracterstico en la alimentacin. Algunos aditivos alimentarios ayudan a mantener los alimentos frescos y saludables. ANTIOXIDANTES: Evitan la oxidacin de los alimentos e impiden el enrancia miento y la decoloracin. Se usan en: productos horneados, cereales, grasas y aceites, y en aderezos para ensaladas. CONSERVANTES: Limitan, retardan o previenen la proliferacin de microorganismos. Ej. Bacterias, levadura, hongos, que estn presentes en los alimentos. El dixido de azufre y los sulfitos. ayudan a evitar los cambios de color en frutas y verduras secas. Propionato clcico. evita que salga moho en el pan y en alimentos horneados. Nitratos y nitritos (sales potsicas y sdicas) se utilizan como conservantes en el procesamiento de carnes, como el jamn y las salchichas. LOS POLMEROS provienen del petrleo. Un 4% se convierte en plstico despus de un proceso de cracking y reforming, se tienen las molculas simples: etileno y benceno son molculas lineales o ramificadas, formadas por la repeticin de grupos funcionales (monmeros) que se componen de C,H,O,N Protenas Macromolculas de alto peso molecular formadas por cientos de unidades de aminocidos unidos por un enlace llamado peptirico. Ejemplos: Albumina (protena del huevo) Gelatina (extrada de uniones de Queratina (cabello y uas).

Figura Plsticos, ejemplos de polmerosPOLMEROS NATURALESENZIMAS: Protenas cuya funcin es de catalizador (acelera o retrasa una reaccin) es de vital importancia para todos los sistemas vivos Ejemplos: Ureaza (encima que acta sobre la urea que es un producto de deshecho de metabolizacin) Pepsina, Tripsina (acta en el proceso de digestin. HORMONAS: substancias qumicas producidas por el organismo para controlar numerosas funciones corporales.

1.4.2 PRINCIPALES MATERIALES INORGNICOSSon todos aquellos que no proceden de clulas animales o vegetales o relacionadas con el carbn. Por lo regular se pueden disolver en el agua y en general resisten el calor mejor que las sustancias orgnicas. Algunos de los materiales inorgnicos ms utilizados en la manufactura son: Los minerales El cemento La cermica El vidrio El grafito (carbn mineral)

Son los que por sus caractersticas qumicas sufren una descomposicin natural muy lenta. Muchos de ellos son de origen natural pero no son biodegradables, por ejemplo los envases de plstico. Generalmente se reciclan a travs de mtodos artificiales y mecnicos, como las latas, vidrios, plsticos, gomas. En muchos casos es imposible su transformacin o reciclaje; esto ocurre con el telgopor, que seguir presente en el planeta dentro de 500 aos. Otros, como las pilas, son peligrosos y contaminantes.

1.5 CLASIFICACIN DE LOS MATERIALES CERMICOSSin duda alguna, la industria cermica es la industria ms antigua de la humanidad. Se entiende por material cermico el producto de diversas materias primas, especialmentearcillas, que se fabrican en forma de polvo o pasta (para poder darles forma de una manera sencilla) y que al someterlo a coccin sufre procesos fsico-qumicos por los que adquiere consistencia ptrea. Dicho de otro modo ms sencillo, son materiales solidos inorgnicos no metlicos producidos mediante tratamiento trmico. Todos ellos se obtienen al hornear materiales naturales, como la arcilla o elcaoln, junto con una serie de aditivos, como colorantes, desengrasantes, etc., todo ello mezclado y cocido en un horno sucesivas veces.

1.5.1 EJEMPLOS DE MATERIALES CERMICOSLos materiales cermicos tienen como caracterstica qumica estar compuestos principalmente por enlaces inicos y covalentes, que se ordenan en forma especfica, dndole al material unaestructura cristalina, lo que les proporciona ciertas propiedades distintivas. Son materiales inorgnicos, de baja conduccin elctrica y mecnicamente frgiles. Algunos de estos materiales se utilizan desde la Antigedad, pues son los materiales de uso en construccin ms extendidos y antiguos del mundo, debido a la abundancia de terrenos arcillosos en casi todas las zonas del planeta. Ladrillos, adobes y todo tipo de tabiques usados en construccin son ejemplos de estos.

Edificacin de ladrillos de la antigua Mesopotamia.Sin embargo, en la actualidad, los diversos mtodos de produccin han permitido crearcermicas avanzadas o estructurales, materiales de muy diversas caractersticas, incluyendo aquellas con buena conductividad elctrica o con mejores propiedades mecnicas, por lo que el uso de estos va ms all que el de la edificacin.

EJEMPLOS DE MATERIALES CERMICOS: Nituro de silicio (Si 3 N 4), utilizado como polvo abrasivo. Carburo de boro (B4C), usado en algunos helicpteros y cubiertas de tanques. Carburo de silicio (SiC), empleado en hornos microondas, en abrasivos y como material refractario. Diboruro de magnesio (Mg B 2), es un superconductor no convencional. xido de zinc (ZnO), un semiconductor. Ferrita (Fe 3 O 4) es utilizado en ncleos de transformadores magnticos y en ncleos de memorias magnticas. Esteatita, utilizada como un aislante elctrico. Ladrillos, utilizados en construccin xido de uranio (UO2), empleado como combustible en reactores nucleares xido de itrio, bario y cobre (Y Ba 2 Cu 3 O 7), superconductor de alta temperatura. IMPORTANCIA COMERCIALSon de alta dureza (tiles para ingeniera), como Aislamiento Trmico y Elctrico, con buena estabilidad qumica a altas temperaturas de fusin.Prcticamente no son dctiles, son frgiles.

PRODUCTOS COMERCIALESProductos de barro: Para la construccin (ladrillos, losetas, etc).Productos refractarios: Paredes de hornos, crisoles y moldes.Productos de loza: Porcelana, vajillas cermicas.Productos de vidrio: Ventanas, envases, etc.Fibra de vidrio: Para lana de aislamiento.Abrasivas: Oxido de aluminio y carburo de cilicio.Materiales para herramientas de corte: Carburo de Tungsteno.

1.5.2 CLASIFICACIN DE LOS CERMICOSDependiendo de la naturaleza y tratamiento de las materias primas y del proceso de coccin, se distinguen dos grandes grupos de materiales cermicos: lascermicas gruesasy lascermicas finas.MATERIALES CERMICOS POROSOS O GRUESOS.No han sufrido vitrificacin, es decir, no se llega a fundir el cuarzo con la arena debido a que la temperatura del horno es baja. Su fractura (al romperse) es terrosa, siendo totalmente permeables a los gases, lquidos y grasas. Los ms importantes: Arcilla cocida:de color rojiza debido al xido de hierro de las arcillas empleadas. La temperatura de coccin es de unos 800C. A veces, la pieza se recubre con esmalte de color blanco (xido de estao) y se denomina loza estannfera. Con ella se fabrican: baldosas, ladrillos, tejas, jarrones, cazuelas, etc.

Lozaitaliana:Se fabrica con arcilla entre amarilla-rojiza mezclada con arena, pudiendo recubrirse de barniz transparente. La temperatura de coccin ronda los1000C. Se emplea para fabricar vajillas baratas, adornos, tiestos....

Loza inglesa: Fabricada de arcilla arenosa a la cual se le ha eliminado el xido de hierro y se le ha aadido slex, yeso, feldespato (bajando el punto de fusin de la mezcla) y caoln para mejorar la blancura de la pasta. Se emplea para vajilla objetos de decoracin. La coccin se realiza en dos fases:

Se cuece a unos 1100C. Tras lo cual se saca del horno y se recubre con esmalte.Se introduce de nuevo en el horno a la misma temperatura

Refractarios: Se fabrican a partir de arcillas mezcladas con xidos de aluminio, torio, berilio y circonio. La coccin se efecta entre los 1.300 y los 1.600 C, seguidos de enfriamientos muy lentos para evitar agrietamientos y tensiones internas. Se obtienen productos que pueden resistir temperaturas de hasta 3.000 C. Las aplicaciones ms usuales son: ladrillos refractarios (que deben soportar altas temperaturas en los hornos) y electro cermicas (usados en automocin, aviacin....MATERIALES CERMICOS IMPERMEABLES O FINOS:en los que se someten a temperaturas suficientemente altas como para vitrificar completamente la arena de cuarzo. As, se obtienen productos impermeables y ms duros. Los ms importantes son: Gres cermicocomn:obtenido a partir de arcillas ordinarias, sometidas a temperaturas de unos 1.300 C. Es muy empleado en pavimentos y paredes.

Gres cermicofino:Obtenido a partir de arcillas conteniendo xidos metlicos a las que se le aade un fundente (feldespato) para bajar el punto de fusin. Ms tarde se introducen en un horno a unos 1.300 C. Cuando est a punto de finalizar la coccin, se impregnan los objetos de sal marina que reacciona con la arcilla formando una fina capa de silicoalunminato alcalino vitrificado que confiere al gres su vidriado caracterstico. Se emplea para vajillas, azulejos...

Porcelana:obtenido a partir de una arcilla muy pura, caoln, mezclada con fundente (feldespato) y un desengrasante (cuarzo o slex). Su coccin se realiza en dos fases: una a una temperatura de entre 1.000 y 1.300 C y, tras aplicarle un esmalte otra a ms alta temperatura pudiendo llegar a los 1.800 C. Teniendo multitud de aplicaciones en el hogar (pilas de cocina, vajillas, tazas de caf, etc.) y en la industria (toberas de reactores, aislantes en transformadores, etc.).

CLASIFICACIN DE LOS CERMICOS

Materiales cermicos de uso especfico en ingeniera

Materiales cermicos tradicionales

Slice

Oxido de aluminioCarburo de silicioNitruro de silicio

Arcilla

Feldespato

1.5.3 CERMICOS TRADICIONALES Y DE INGENIERACERMICOSTRADICIONALESEstn constituidos por tres tipos bsicos: arcilla slice y feldespato. La arcilla est compuesta principalmente por silicatos de aluminio hidratados AL2O3 SiO2 h2o con pequeas cantidades de otros xidos como TiO2 Fe2O3 MgO CaO Na2O Y K2O.Las arcillas en los materiales cermicos tradicionales se pueden trabajar antes de que el material se endurezca por el fuego y constituyen el cuerpo principal del material.Productos estructurales de la arcilla tales como ladrillos para la construccin tuberas de desage tejas de drenaje tejas de cubiertas y losetas para pisos estn hechos de arcilla natural que contiene los tres componentes bsicos.Rasgos tpicos de composicin para distintos tipos de cermicos finos se ilustran en el diagrama de fases ternario de la terna slice leucita mallita. El rango de composicin de algunos cermicos finos se indica con crculosLos cambios tiene lugar en la estructura de los cuerpos triaxiales durante el proceso de horneado no estn definidos por completo debido a su complejidad.CERMICOSDEINGENIERAEn contraste con los cermicos tradicionales que se basan principalmente en la arcilla los cermicos tcnicos o de ingeniera estn constituidos principalmente por compuestos puros o casi puros; principalmente xidos carburos o nitraros, algunos de los cermicos ms importantes de la ingeniera son almina, nitruro de sillico, carburo de silicio y zirconita, combinados con algunos otros xidos refractarios. a continuacin se ofrece una breve descripcin de algunas propiedades, procesos y aplicaciones de varios materiales cermicos importantes.Almina: la almina se desarroll originalmente para tubos refractarios y crisoles de alta pureza de utilizacin a elevadas temperaturas; pero ahora tiene aplicaciones mucho ms variadas, ejemplo: de la almina es en materiales aislantes de las bujas.Nitruro de silicio: los materiales cermicos con nitruro tienen combinaciones tiles y de propiedades mecnicas ingenieriles como resistencia al impacto y propiedades refractarias. Se han desarrollado cuatro procesos principales para el nitruro de silico: proceso por reacciones de unin RBSN, proceso de compactacin en caliente de nitruro de silicio HPSN, proceso de nitruro de silicn sinterizado SSN y proceso de nitruro de silicn de compactacin isosttica en caliente HIP-SN.CARBURO DE SILICO. Los ceramios de altas prestaciones del tipo carburo de silicio tiene propiedades muy importantes, ya que su dureza es alta dureza, son inertes qumicamente, tiene buena resistencia a la abrasin y a la oxidacin a altas temperaturas.Para hacer carburo de silicio sinterizado por reaccin se infiltra en polvo compacto de SiC y carbono con silicio fundido que reacciona con el carbono para formar SiC uniendo los granos orignelas del SiC.

1.5.4 CLASIFICACIN DE LOS VIDRIOSLa fabricacin del vidrio con carcter industrial ha aumentado considerablemente en nuestro siglo, gracias a las mejoras tcnicas conseguidas con los nuevos hornos elctricos y los materiales refractarios usados en su construccin; todo lo cual, unido a los progresos de la qumica, ha permitido la fabricacin de diversas frmulas, segn la finalidad a que van destinados, con gran pureza, uniformidad y propiedades fsicas muy apreciables.

Desde el punto de vista de su aplicacin, el vidrio se clasifica en industrial y domstico.

Vidrio industrial. Se entiende como vidrio industrial el vidrio que n es utilizado como envase para productos alimenticios (almacenamiento de productos qumicos, biolgicos, vidrio plano: ventanas, cristales blindados, fibra ptica, bombillas, etc).

Vidrio domstico. Se entiende como vidrio domstico el que se emplea para almacenar productos alimenticios (conservas, vinos, yogures, etc); aunque de una manera ms generalizada, es el vidrio que el ciudadano deposita en los contenedores destinados a este fin (igles).

Desde el punto de vista del color los ms empleados son:

- El verde (60%). Utilizado masivamente en botellas de vino, cava, licores y cerveza, aunque en menor cantidad en este ltimo.

- El blanco (25%). Usado en bebidas gaseosas, zumos y alimentacin en general.

El extra claro (1O%). Empleado esencial mente en aguas minerales, tarros y botellas de decoracin.

El opaco (5%). Aplicado en cervezas y algunas botellas de laboratorio.

Existen otras formas ms complejas de clasificacin del vidrio, pero no entraremos a analizarlas por la limitacin de espacio y porque se saldra de la temtica del artculo.

Ms del 42 %, del vidrio reciclado procede del domstico, siendo el sector principal de produccin de vidrio recuperable.

Desde el punto de vista industrial, de acuerdo con los sistemas de fabricacin y aplicaciones, el vidrio puede clasificarse como sigue:

Vidrio plano, cuya fabricacin se efecta generalmente por los mtodos de Fourcault o de Colburn (vidrio de ventanas) o bien por laminado, rodando un cilindro de hierro sobre la masa en estado pastoso, colada en una mesa del mismo material para obtener una lmina que, una vez fra, no requiere ulterior tratamiento (vidrio colado).

Vidrio prensado. Se obtiene moldeando en prensas una cierta cantidad de masa en estado pastoso, para fabricar botones, bolas, placas, baldosas y otros objetos similares, as como cuerpos huecos de formas sencillas. Si estos objetos se enfran en el mismo horno, resultan de aspecto rugoso y opaco, pero calentndolos de nuevo en un horno especial, adquieren la apariencia brillante.

Vidrio hueco soplado. Algunos artesanos aplican todava el mtodo manual de soplado para obtener botellas, vasos y objetos similares.

Vidrios para ptica. Aunque en algunas aplicaciones pticas de menor importancia puede utilizarse el vidrio para lunas, cuando se trata de instrumentos de precisin, como objetivos fotogrficos, lentes para microscopios, etc, la estructura laminiforme de aquel y su falta de total diafanidad, por el matiz ligeramente verdoso que tiene, perturba las observaciones. Por tales motivos, el vidrio para instrumentos de gran precisin se deja enfriar durante varias semanas en el crisol, para eliminar totalmente las tensiones internas.

Vidrios para aplicaciones especiales. Existen numerosos tipos, como los vidrios para laboratorios, que deben resistir fuertes cambios de temperatura y se fabrican bajo frmulas especiales, como el pirex y el drales, nombres comerciales generalizados; para termmetros se usan composiciones con muy pequeo coeficiente de dilatacin; para automviles y usos similares se usan los de seguridad y los inastillables, fabricados los primeros con un tratamiento trmico especial, que hace que al romperse se fragmente en granos y no en agujas y los segundos a base de hojas de vidrio de ventanas o de cristal de lunas, con una lmina elstica interpuesta, de celuloide o compuestos orgnicos no saturados polimerizables (triples); los vidrios acorazados son de gran grosor, compuestos por varias hojas de diferentes grosores con lminas elsticas interpuestas.