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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
FRANCISCO DE MIRANDA
ÁREA DE TECNOLOGÍA
DEPARTAMENTO
MECÁNICA Y TECNOLOGÍA DE LA PRODUCC...
1.3.2 MATERIALES CERÁMICOS: son materiales inorgánicos no metálicos, constituidos por
elementos metálicos y no metálicos.
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1.3.5 MATERIALES COMPUESTOS: Se obtienen al unir dos materiales para conseguir una
combinación de propiedades que no es po...
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La ductilidad de un material en...
La figura muestra las condiciones de la probeta inicialmente hasta que se produce la
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Las escalas de uso industrial actuales son las siguientes:
Dureza Brinell: Emplea como punta una bola de acero templado o ...
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Los materiales clasificacion y propiedades

  1. 1. UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL FRANCISCO DE MIRANDA ÁREA DE TECNOLOGÍA DEPARTAMENTO MECÁNICA Y TECNOLOGÍA DE LA PRODUCCIÓN MATERIA CS. DE LOS MATERIALES PROF. ING. FRANCISCO J. HERNANDEZ TEMA NO 01 LOS MATERIALES CLASIFICACIÓN Y PROPIEDADES 1.1 MATERIALES: En ciencia o ingeniería, un material es una sustancia (elemento o, más comúnmente, compuesto químico) con alguna propiedad útil, sea mecánica, eléctrica, óptica, térmica o magnética. 1.2 DEFINICIÓN DE CIENCIAS DE LOS MATERIALES: Se dedica principalmente a la búsqueda de conocimientos básicos sobre la estructura interna, propiedades y procesado de los materiales. 1.3 CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES: La mayoría de los materiales utilizados en ingeniería están divididos de la siguiente manera: materiales metálicos, materiales poliméricos (plásticos), materiales cerámicos, materiales compuestos, materiales semiconductores (electrónicos). 1.3.1 MATERIALES METÁLICOS: Son sustancias inorgánicas que están compuestas de uno o mas elementos metálicos (hierro, cobre, níquel, titanio y aluminio), pudiendo contener también algunos elementos no metálicos (carbono, nitrógeno y oxigeno). Los metales se dividen en dos clases: metales férreos: son aquellos que contienen un alto porcentaje de hierro. Los metales no férreos: son aquellos que carecen de hierro o solo contienen cantidades relativamente pequeñas. Entre los metales no férreos tenemos: Aluminio (Al), cobre (Cu), cinc (Zn), titanio (Ti), níquel (Ni). CARACTERÍSTICAS: • Buena conductividad térmica y eléctrica. • resistencia mecánica, alta rigidez, ductilidad y resistencia al impacto (tenacidad). • Tipo de enlace interatómico: metálico conformando estructura cristalina específica de los metálicos.
  2. 2. 1.3.2 MATERIALES CERÁMICOS: son materiales inorgánicos no metálicos, constituidos por elementos metálicos y no metálicos. CARACTERÍSTICAS: • Son duros y frágiles, • baja tenacidad y ductilidad. • se comportan como buenos aislantes eléctricos y térmicos debido a la ausencia de electrones conductores. • normalmente poseen temperatura de fusión relativamente alta. • Tipo de enlace interatómico: iónico conformando estructura cristalina específica de los cerámicos. Los materiales cerámicos utilizados en ingeniería se dividen en dos grupos:  Materiales cerámicos tradicionales: son compuestos básicos tales como arcilla, sílice (Pedernal) SiO2 y feldespato. Materiales fabricados: tejas, ladrillos, porcelana etc.  Materiales cerámicos de uso específico en ingeniería: están constituidos típicamente por compuestos puros o casi puros. Entre ellos tenemos: Al2O3 Oxido de aluminio o Alúmina, SiC Carburo de silicio, Si3N4 Nitruro de silicio, ZrO2 Circona. 1.3.3 MATERIALES POLÍMEROS: A menudo son llamados plásticos, se elaboran mediante un proceso conocido como Polimerización, proceso mediante el cual se unen moléculas orgánicas formando moléculas gigantes, es decir polímeros. Están Compuestos de sustancias orgánicas en base al C, H, O y otros elementos no metálicos. 1.3.4 CARACTERÍSTICAS: • Baja resistencia • Baja temperatura de fusión • Pobre conductividad eléctrica • Son relativamente económicos • Tipo de enlace interatómico: covalente conformando largas cadenas lineales o redes, con nula o media cristalinidad. • Ejemplos: Polietileno, poliéster, nylon y muchos otros.
  3. 3. 1.3.5 MATERIALES COMPUESTOS: Se obtienen al unir dos materiales para conseguir una combinación de propiedades que no es posible obtener en los materiales originales. Estos compuestos pueden seleccionarse para lograr combinaciones poco usuales tales como: rigidez, resistencia, peso, rendimiento a altas temperaturas, resistencia a la corrosión, dureza o conductividad. Se pueden componer normalmente: • Polímeros con cerámicos. • Metálicos con cerámicos en el que el primer material nombrado hace de matriz. Ejemplo: La fibra de vidrio contiene fibra de vidrio incrustada en un polímero, la madera contraenchapada. Otro ejemplo es hormigón armado es un ejemplo universal de material compuesto: la matriz, el hormigón, es reforzada por el refuerzo, la varilla metálica, para conseguir mejores resistencias a la tracción. MATERIALES SEMICONDUCTORES O ELECTRONICOS: Un semiconductor es una sustancia que se comporta como conductor o como aislante dependiendo de la temperatura del ambiente en el que se encuentre. Los elementos químicos semiconductores de la tabla periódica se indican en la tabla siguiente. Elemento Grupo Electrones en la última capa Cd II A 2 e- Al, Ga, B, In III A 3 e- Si, Ge IV A 4 e- P, As, Sb V A 5 e- Se, Te, (S) VI A 6 e- Son Compuestos de sustancias inorgánicas en base al silicio y germanios. • Tipo de enlace interatómico: covalente conformando estructura cristalina del tipo metálico. • Tienen propiedades de semiconductividad o conductividad condicionada.
  4. 4. L tTAt Q ∆××× = λ Ejemplos: Diodos, chips, transistores, computadoras, calculadoras, microprocesador 1.4 PROPIEDADES DE LOS MATERIALES: Son aquellas propiedades que describen características o comportamiento eléctrico, térmico, químico y mecánico. 1.4.1 PROPIEDADES TÉRMICAS: Son las propiedades que demuestra un material cuando es sometido a la acción del calor y entre ellas tenemos: la expansión térmica, la conductividad térmica y el calor específico. 1.4.1.1 EXPANSIÓN TÉRMICA: Aumento de tamaño que ocurre en un material cuando este es calentado. Los metales y las cerámicas con alto punto de fusión tienen una expansión térmica baja, mientras que los metales con bajo punto de fusión y los polímeros tienen una expansión térmica alta. 1.4.1.2 CONDUCTIVIDAD TÉRMICA: Medida de la velocidad a la cual se transfiere calor a través de un material. Es mayor en metales que en cerámicos o polímeros. La conductividad térmica esta determinada por la cantidad de calor que fluye a través de un cuerpo de una zona mas caliente a la menos caliente. Donde Q= conductividad térmica, λ= coeficiente de conductividad térmica en KCal/mt*hr*o C, At= área transversal en mt2 , T= tiempo en hr, ∆t= diferencia de temperatura en °C. 1.4.1.3 CALOR ESPECIFICO: Es la energía requerida para elevar en un grado la temperatura de un gramo de material. Ejemplo calor especifico de un metal Cu 0,092 cal/g* K, para un cerámico Al2O3 0,20 cal/g* K 1.4.2 PROPIEDADES ELÉCTRICAS: Son las que demuestra un material cuando es sometido a un campo eléctrico, entre ellas tenemos: conductividad eléctrica, la resistividad eléctrica y la superconductividad. 1.4.2.1 CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA: es la facilidad con que un cuerpo deja pasar la corriente eléctrica a través de su masa. también puede definirse como la capacidad que tiene un conductor para transportar carga eléctrica (corriente). Es mayor en metales que en cerámicos o polímeros (con excepción de algunos casos).
  5. 5. L AR× =ρ I V R = C 1 =ρ 1.4.2.2 RESISTIVIDAD ELÉCTRICA: Es la magnitud característica que mide la capacidad de un material para oponerse al flujo de una corriente eléctrica. también recibe el nombre de resistencia específica. Esta propiedad es constante para un material y una temperatura dada. Las unidades típicas de la resistividad se expresan en Ω- cm ó μΩ- cm. ρ= Resistividad eléctrica, R= resistencia, A= área transversal, L= longitud Según la ley de Ohm V= voltaje, I= Intensidad C= conductividad 1.4.2.3 SUPERCONDUCTIVIDAD: Es la capacidad que tiene un material para permitir el flujo de corriente a través de él, sin oponer resistencia; ocurre a temperaturas muy bajas. Ej.: tungsteno, estaño, aluminio a temperaturas aproximadamente 20 K (-253 °C) 1.4.3 PROPIEDADES QUÍMICAS: Son aquellas propiedades distintivas de las sustancias que se observan cuando reaccionan, es decir, cuando se rompen y/o se forman enlaces químicos entre los átomos, formándose con la misma materia sustancias nuevas distintas de las originales. Las propiedades químicas se manifiestan en los procesos químicos (reacciones químicas. Se refiere al comportamiento de un material con otro, existiendo algunos materiales que reaccionan fácilmente con otros, mientras que otros materiales no reacciona entre sí en condiciones ordinarias. Ejemplo. El aluminio reacciona con el oxigeno para formar oxido de aluminio 4 Al + 3O2→ 2Al2O3 , mientras que el sodio no reacciona en absoluto con el helio. Ejemplos de propiedades químicas: • Corrosividad de ácidos • Poder calorífico o energía calórica • Acidez • Reactividad
  6. 6. PROPIEDADES MECÁNICAS: Son las que exhibe un material cuando es sometido a la acción de un carga; muchas propiedades mecánicas pueden obtenerse a través de una prueba de tensión. ENSAYO DE TENSIÓN: Es aquel que mide la resistencia de un material a una fuerza estática o gradualmente aplicada. El ensayo de tensión describe la resistencia de un material a un esfuerzo aplicado lentamente hasta su fractura, luego se grafica la curva esfuerzo – deformación. Maquina para ensayo de Tensión ESFUERZO: Es la carga o fuerza aplicada dividida entre el área de la sección transversal original del material. A F =σ Las unidades de los esfuerzos son las mismas que para la presión, fuerza dividida por área, se utilizan con frecuencia: MPa, psi, Kpsi, Kg/mm2 , Kg/cm2 . DEFORMACIÓN: Cantidad que se deforma un material por unidad de longitud en un ensayo de tensión. o o l ll − =ε LIMITE DE PROPORCIONALIDAD: Es el esfuerzo mas alto para el cual la relación esfuerzo- deformación es lineal. Punto A de la curva Esfuerzo – Deformación
  7. 7. ε σ =E LIMITE ELÁSTICO: Es el esfuerzo mas alto que se puede aplicar al material sin que haya deformación permanente cuando se remueve la carga. Punto B de la curva Esfuerzo – Deformación. RESISTENCIA A LA FLUENCIA O RESISTENCIA A LA CEDENCIA: Esfuerzo al cual ocurre una deformación plástica pequeña y específica. Por lo general del 0,2%. Punto C de la curva Esfuerzo – Deformación RESISTENCIA ÚLTIMA DE TENSIÓN: Es el esfuerzo máximo alcanzado en la prueba. Punto D de la curva Esfuerzo – Deformación RESISTENCIA DE FRACTURA: Es el esfuerzo al cual ocurre la fractura de la probeta. Punto E de la curva Esfuerzo – Deformación MODULO DE ELASTICIDAD O MODULO DE YOUNG: Es una medida de la rigidez del material. Es la relación entre el esfuerzo y la deformación en la porción elástica de la curva esfuerzo-deformación. Curva Esfuerzo – Deformación
  8. 8. DUCTILIDAD: Capacidad que tiene un material para deformarse plásticamente sin fracturarse. La ductilidad de un material en tensión puede ser medida por su alargamiento (elongación) y la reducción de su área transversal (estricción) donde ocurre la fractura. ESTRICCIÓN: Disminución total porcentual del área de la sección transversal de una probeta durante el ensayo de tensión. 100% x A AA Estricción o fo − = ELONGACIÓN: Incremento porcentual total en la longitud de una probeta durante el ensayo de tensión. 100% x l ll Elongación o of − = La figura ilustra una probeta al inicio del ensayo indicando las medidas iniciales necesarias. Analizando las probetas después de rotas, es posible medir dos parámetros: El alargamiento final Lf y el diámetro final Df , que nos permitirá determinar la longitud final el área final Af, como nos muestra la siguiente figura Para los aceros dúctiles esta reducción es aproximadamente 50%. Para una longitud calibrada de 2 pulg. el acero puede tener un alargamiento de 3 a 40%, dependiendo de su composición; en el acero estructural, son comunes los valores de 20 a 30%, el alargamiento en las aleaciones de aluminio varía de 1 a 45%, según la composición y el tratamiento.
  9. 9. La figura muestra las condiciones de la probeta inicialmente hasta que se produce la rotura OTRAS PROPIEDADES MECANICAS MEDIBLES DUREZA: La dureza es una propiedad mecánica de los materiales consistente en la dificultad que existe para rayar o crear marcas en la superficie mediante micropenetración de una punta. Es la resistencia que opone un material a ser penetrado por otro. METODOS DE MEDICIÓN: En metalurgia la dureza se mide utilizando un durómetro para el ensayo de penetración. Dependiendo del tipo de punta empleada y del rango de cargas aplicadas, existen diferentes escalas, adecuadas para distintos rangos de dureza. El interés de la determinación de la dureza en los aceros estriba en la correlación existente entre la dureza y la resistencia mecánica, siendo un método de ensayo más económico y rápido que el ensayo de tracción, por lo que su uso está muy extendido. Hasta la aparición de la primera máquina Brinell para la determinación de la dureza, ésta se medía de forma cualitativa empleando una lima de acero templado que era el material más duro que se empleaba en los talleres. Durómetro
  10. 10. Las escalas de uso industrial actuales son las siguientes: Dureza Brinell: Emplea como punta una bola de acero templado o carburo de W. Para materiales duros, es poco exacta pero fácil de aplicar. Poco precisa con chapas de menos de 6mm de espesor. Estima resistencia a tracción. Dureza Knoop: Mide la dureza en valores de escala absolutas, y se valoran con la profundidad de señales grabadas sobre un mineral mediante un utensilio con una punta de diamante al que se le ejerce una fuerza standard. Dureza Rockwell: Se utiliza como punta un cono de diamante (en algunos casos bola de acero). Es la más extendida, ya que la dureza se obtiene por medición directa y es apto para todo tipo de materiales. Se suele considerar un ensayo no destructivo por el pequeño tamaño de la huella. Rockwell superficial: Existe una variante del ensayo, llamada Rockwell superficial, para la caracterización de piezas muy delgadas, como cuchillas de afeitar o capas de materiales que han recibido algún tratamiento de endurecimiento superficial. Dureza Shore: Emplea un escleroscopio. Se deja caer un indentador en la superficie del material y se ve el rebote. Es adimensional, pero consta de varias escalas. A mayor rebote -> mayor dureza. Aplicable para control de calidad superficial. Es un método elástico, no de penetración como los otros. Dureza Vickers: Emplea como penetrador un diamante con forma de pirámide cuadrangular. Para materiales blandos, los valores Vickers coinciden con los de la escala Brinell. Mejora del ensayo Brinell para efectuar ensayos de dureza con chapas de hasta 2mm de espesor. Dureza Webster: Emplea máquinas manuales en la medición, siendo apto para piezas de difícil manejo como perfiles largos extruidos. El valor obtenido se suele convertir a valores Rockwell. TENACIDAD: Es una medida de la cantidad de energía que un material puede absorber antes de la fractura. En ciencia de los Materiales la tenacidad es la energía total que absorbe un material hasta romperse, formando dislocaciones y por lo tanto la fractura. El péndulo de Charpy es un dispositivo utilizado en ensayo para determinar la tenacidad de un material. Son ensayos de impacto de una probeta entallada y ensayada a flexión en 3 puntos. El péndulo cae sobre el dorso de la probeta y la parte. La diferencia entre la altura inicial del péndulo (h) y la final tras el impacto (h') permite medir la energía absorbida en el proceso de fracturar la probeta. En estricto rigor se mide la energía absorbida en el área debajo de la curva de carga, desplazamiento que se conoce como resiliencia.
  11. 11. Péndulo charpy

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