INTRODUCCIÓN

CIENCIA DE LOS MATERIALES

Msc. Fabio Bermejo Altamar

MATERIALES Y PROCESOSMATERIALES

Naturales,Metales, polímeros, cerámicos y

compuestos

PROCESOS

Fundición, mecanizado, unión, deformación.

FORMA

Lámina, perfil, prismática, 3-D compleja

INTRODUCCION A LOS MATERIALES Y PROCESOS

FORMA.

MATERIALES.

PROCESOS.

MineralesCarbón, Arena

Madera, PetróleoPlantas, Rocas

3

Extraer, refinar,procesar 4

MetalesQuímicos

PapelCemento

Fibras5

Materia PrimaMateriales básicos

Síntesis y Proceso 6

AleacionesCerámicos

MonocristalesCompuestos

Plásticos7

Materiales de ingeniería

Ciclo de vida de los materiales

Manufactura8

Productos9

DesempeñoServicioUso 10

Desperdicios11

Reciclaje12

Descomposición13

La Tierra 1

Minerales

PetróleoMadera

Minería: Extracción-Molienda 2

Industrias manufactureras : son empresas que producen o abastecen bienes y servicios, pueden clasificarse como primarias, secundarias y terciarias.

Bienes: de consumo y de capital.

CLASIFICACION BASICA DE LOS MATERIALES

*Con base a uno o más criterios

METALES

MATERIALES

MATERIALES COMPUESTOS

CERAMICOS

ELECTRONICOS

POLIMEROS

REINO FAMILIA CLASES MIEMBROS ATRIBUTOS

CERAMICOS

Aleaciones FeAleaciones Cu

100020003000

DensidadProp. Mecánicas

ESTRUCTURA JERARQUICA PARA LA CLASIFICACIONDE LOS MATERIALES DE INGENIERIA

MATERIALES

CERAMICOSPOLIMEROSMETALESNATURALESESPUMASCOMPUESTOSELECTRONICOS

Aleaciones CuAleaciones NiAleaciones AlAleaciones ZnAleaciones PbSuperaleaciones

300040005000600070008000

Prop. MecánicasProp. EléctricasProp. ÓpticasProp. TérmicasProp. DeteriorativasInformac. De soporteEspecíficoGeneral

LOS CINCO GRUPOS DE MATERIALES

• MATERIALES METALICOS :

• Están conformados por enlaces metálicos.• Tienen una estructura cristalina.• Se clasifican en ferrosos y No ferrosos.• Generalmente tienen como característica una • Generalmente tienen como característica una

buena conductividad eléctrica y térmica.

LOS CINCO GRUPOS DE MATERIALES• MATERIALES POLIMERICOS• Son moléculas de cadena larga formadas por

muchos monómeros unidos entre si. • Están conformados por enlaces covalentes.• Poseen una estructura amorfa.• Se clasifican en: termoplásticos, termoestables y • Se clasifican en: termoplásticos, termoestables y

elastómeros.• Son buenos aislantes térmicos y eléctricos.

LOS CINCO GRUPOS DE MATERIALES

• MATERIALES CERAMICOS:

• Son compuestos químicos o soluciones complejas que contienen elementos metálicos y no metálicos.

• Casi siempre son más estables químicamente que los metales.

• Poseen enlaces iónicos y covalentes. • Poseen enlaces iónicos y covalentes. • Tienen una dureza muy alta pero poca tenacidad. • La mayoría son buenos aislantes térmicos y

eléctricos.

LOS CINCO GRUPOS DE MATERIALES

• MATERIALES COMPUESTOS• Son combinaciones de materiales individuales,

como plásticos con metales, cerámicos con metales, cerámicos con polímeros.

• Ejemplo: plástico reforzado con fibra de vidrio.• Ejemplo: plástico reforzado con fibra de vidrio.• Son de muchos tipos pero predominan los

fibrosos y los particulados.

LOS CINCO GRUPOS DE MATERIALES

• MATERIALES ELECTRONICOS:• Son importantes en el desarrollo de equipos

electrónicos por su avanzada tecnología.• El silicio, el germanio y el estaño son ejemplos de

materiales electrónicos, estos no son ni buenos conductores eléctricos ni buenos aislantes eléctricos.

• Los chips de silicio han impulsado la microelectrónica • Los chips de silicio han impulsado la microelectrónica y esta a su vez el desarrollo computacional.

AEROESPACIAL BIOMEDICOS

MAGNETICOSELECTRONICOS

CLASIFICACION FUNCIONAL

NANOMATERIALES

INTELIGENTESFOTONICOS

ESTRUCTURAS

CLASIFICACION FUNCIONAL DE LOS MATERIALES

AEROESPACIAL: TRANSBORDADORES, SATELITES, ESTACIONES ESPACIALES, VEHICULOS NO TRIPULADOS, TELESCOPIOS, etc.

CLASIFICACION FUNCIONAL DE LOS MATERIALES

BIOMEDICOS: PROTESIS, IMPLANTES, EQUIPOS MEDICOS etc.

CLASIFICACION FUNCIONAL DE LOS MATERIALES

ELECTRONICOS: CHIPS, MICROPROCESADORES, ROBOTS, ETC.

CLASIFICACION FUNCIONAL DE LOS MATERIALES

MAGNETICOS: UNIDADES DE ALMACENAMIENTO DE INFORMACION, INSTRUMENTOS, ETC.

CLASIFICACION FUNCIONAL DE LOS MATERIALES

FOTONICOS Y OPTICOS: PANTALLAS DE CRISTAL LIQUIDO,

CLASIFICACION FUNCIONAL DE LOS MATERIALES

INTELIGENTES: RESPONDEN A UN ESTIMULO EXTERNO

CON MEMORIA DE FORMA

CLASIFICACION FUNCIONAL DE LOS MATERIALES

NANOMATERIALES:

CLASIFICACION FUNCIONAL DE LOS MATERIALES

ESTRUCTURALES: EDIFICIOS, PUENTES, ESTRUCTURAS.

AEROESPACIAL FERROVIARIA

AUTOMOTRIZMARITIMA

TRANSPORTE

APLICACIÓN TECNOLOGIA

TELECOMUNICACIONES

ARMAMENTARIA

CONSTRUCCIÓN

BIOINGENIERIA

PRODUCTOS

TECNOLOGIA ESPACIAL

TRANSBORDADORES, SATELITES, ESTACIONES ESPACIALES,

VEHICULOS NO TRIPULADOS, TELESCOPIOS, etc.

TECNOLOGIA FERROVIARRIA

TRENES ELECTRICOS, MAGNETICOS, MECANICOS

TECNOLOGIA AUTOMOTRIZ

CARROS, MOTOS, CAMIONES, ETC

TECNOLOGIA MARITIMA Y FLUVIAL

BARCOS, BUQUES, SUBMARINOS, BARCOS, BUQUES, SUBMARINOS, AERODESLIZADORES, VOTES, YATES, ETC.

TECNOLOGIA CONSTRUCCIÓN

EDIFICIOS, PUENTES, ESTRUCTURAS, ETC.

TECNOLOGIA ARMAMENTARIA

MISILES, ARMAS, BOMBAS, TANQUES,

AVIONES DE GUERRA, HELICOPTEROS, ETC.

TECNOLOGIA TELECOMINUCACIONES Y ENTRETENIMIENTOENTRETENIMIENTO

CELULARES, COMPUTADORES, TELEVISORES, IPOD, EQUIPOS ESTEREO

TECNOLOGIA DE PRODUCTOS

HERRAMIENTAS, UTENCILIOS, ELECTRODOMESTICOS.

TECNOLOGIA DE BIOINGENIERIA

PROTESIS, IMPLANTES, EQUIPOS MEDICOS.

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

¿Cuáles son los principios básicos que gobiernan las propiedades de todos los materiales?

El de más valor para los ingenieros y científicos es que:

“Las propiedades de un material se originan en las estructuras internas”

CLASIFICACION DE LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Propiedades de los materiales

Químicas Físicas Mecánicas Dimensional

Composición.Resistencia a laCorrosión.Inclusiones.

TenacidadDuctilidadFatigaDureza

Formas disponiblesTamaños disponiblesTextura superficial

TérmicasMagnéticasInclusiones.

Electronegatividad.Resistencia a la oxidación.

DurezaR a TermofluenciaR. Al corteR. tensilR. compresiva

Textura superficialTolerancias de manufactura

Plásticos

ComposiciónCristalinidadPeso molecularInflamabilidadConfiguración espacialResistencia química

TenacidadDistorsión con calorR. tensilR. compresiva

EstabilidadTamaños disponiblesTolerancias de manufactura

MagnéticasEléctricasÓpticasAcústicasGravimétricasColor

Metales

PROPIEDADES MECANICAS DE LOS MATERIALES

Algunas propiedades mecánicas:

1. Dureza2. Elasticidad3. Plasticidad3. Plasticidad4. Tenacidad5. Ductilidad6. Resistencia7. Velocidad de termofluencia8. Tenacidad a la fractura.9. Límite de fatiga

SELECCION DE LOS MATERIALES

�No se pueden seleccionar los materiales con base en una sola propiedad.

�Suelen existir múltiples soluciones “correctas” de un problema de selección de materiales. Por esto es preciso investigar varias soluciones esto es preciso investigar varias soluciones alternas antes de llegar a la solución definitiva.

�Además los materiales que se seleccionen deben funcionar juntos como un sistema sin degradar las propiedades de los demás materiales.

�Existen software que ayudan al ingeniero a realizar la selección adecuada de materiales.

SELECCION DE LOS MATERIALES¿SOBRE QUE BASE DEBE HACERSE LA SELECCIÓN DEL MATERIAL?

Al hacer su selección el diseñador debe tener en cuenta criterios técnicos y económicos:

ALGUNOS CRITERIOS TÉCNICOS:ALGUNOS CRITERIOS TÉCNICOS:Las propiedades.La trabajabilidad.Los requisitos de ensamble.Los requisitos de producción.Las técnicas de tratamientos térmicos.

EFECTOS AMBIENTALES SOBRE EL DESEMPEÑO DE LOS MATERIALES

1. Las temperaturas

© 2

00

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EFECTOS AMBIENTALES SOBRE EL DESEMPEÑO DE LOS MATERIALES

2. Los ambientes (atmósferas corrosivas)

Atmósferas marinasAtmósferas rurales

Atmósferas mixtasAtmósferas industriales

Atmósferas Especificas

EFECTOS AMBIENTALES SOBRE EL DESEMPEÑO DE LOS MATERIALES

3. Los Esfuerzos

EFECTOS AMBIENTALES SOBRE EL DESEMPEÑO DE LOS MATERIALES

4. Radiaciones electromagnéticas y rayos UV

¿CUAL ES EL MEJOR MATERIAL A ELEGIR?

Estas exigencias pueden clasificarse en tres grandes grupos:

Científico-tecnológicas. Rendimiento, fiabilidad y conservación.conservación.

Económicas.Costo del material, cantidad, proceso.

Socio-ecológica.Costos asociados a la protección del medio ambiente o a la prevención de riegos, de todo tipo, inherentes al material.