Introduccin

Ing. Norberto D. ique G.

Ingeniera Industrial UNT

Cuales son los niveles estructurales en los cualesse puede analizar un material?

Cmo se determina la estructura cristalina, lagranular o la multifsica de un material metlico?

Qu imperfecciones de la estructura cristalina limitan ycontrolan la resistencia mecnica?

El factor estructura determina la difraccin de rayos xde familia de planos cristalinos?

Cules son los mecanismos de endurecimiento de unmaterial de ingeniera?

Conocimiento deestructura internay su relacin conlas propiedadesde los materiales

Seleccin del material unadeterminada aplicacin osituacin.

Desarrollo de nuevosmtodos de procesamientode materiales y/o procesosde fabricacin.

Diseo demateriales yprocesos defabricacin

Material Natural es aquel que se obtiene a partir de la naturaleza.Material artificial requiere la intervencin del hombre para ser creado.

Substancia de la que cualquier cosa est compuesta o hecha.Sustancia constituyente de componentes y estructuras.

Material

Evolucin de los materiales de ingeniera

Edad de piedra: en los inicios de su existencia, el hombre slo utilizabamateriales naturales: pieles, madera, piedras, fibras vegetales. Notena capacidad para procesar demasiado los materiales.

Los metales slo ocupaban un lugar menor pues la mayora seencuentran en estado combinado y no podan ser reducidos.

Edad de bronce: tuvieron que pasar unos 5000 aos para que el hombrepudiera procesar el Cu y el bronce (Cu-Sn). Esto ampli su posibilidad defabricar elementos tiles. An as la mayora de los materiales utilizadoseran no metales.

Edad del hierro (Fe): recin en el ao 1000 a.c. el hombre empez apoder producir Fe, el cual pronto pas a ser el principal material debido asus propiedades. El predominio de los metales se hizo cada vez msnotorio por sobre el resto de los materiales. Este predominio continuhasta la mitad del siglo XX. Hasta la dcada del 60 los ingenieros sloreciban cursos de metalurgia. Materiales era sinnimo de metales.

Durante la primer mitad del siglo XX hubo desarrollos en el campo de lospolmeros, sin embargo su importancia relativa segua siendo muy baja.Hacia la dcada del 80 se produjo un rpido desarrollo de los materialesno metlicos, tanto polmeros como cermicos. Esto a su vez determino eldesarrollo de los materiales compuestos. Poco a poco los materiales nometlicos fueron ganando terreno tanto en el mbito cientfico como en elde la ingeniera.

Si bien las predicciones iniciales sobre las aplicaciones de losmateriales resultaron demasiado optimistas, su importancia es muygrande. Hoy el ingeniero dispone de una gran variedad de materialesmetlicos y no metlicos, lo que hace imperioso que su formacinincluya los cuatro grandes grupos de materiales. Los metales sigueny seguirn evolucionando, pero ms lentamente (aumento de lacalidad, mejoramiento de procesos y cuidado del medio ambiente).

Ao Avance tecnolgico Nuevosmateriales

introducidos

Avances en losensayos de materiales

Fallas

1500 Represas,Canales,Bombas,Telescopios.

Piedra, madera, ladrillos,cobre, bronce, hierrofundido.

Tensin (L. da Vinci)Tensin, flexin (Galileo)Ruptura por presin (Mariotte)Elasticidad (Hooke)

1700 Mquina de vapor,Puentes de hierro fundido.

Fundicin maleable Torsin, Corte (Coulomb)

1800 Industria ferroviaria,Puentes de suspensin,Motores de combustin interna.

Cemento PortlandCaucho vulcanizadoAcero Bessemer

Fatiga (Wohler)Plasticidad (Tresca)Mquina de ensayo universal

Calderas de vapor.Ejes de ferrocarril.Puentes de hierro.

1900 Energa elctrica,Tubos al vaco.

Aleaciones de aceroAleaciones de aluminioPlsticos sintticos

Dureza (Brinell)Impacto (Izod, Charpy)Creep (Andrade)

Puente de QuebecTanques de melaza deBoston

1920 Motores de turbina a gasMedidores de deformacin

Aceros inoxidablesCarburo de tungsteno

Fractura (Griffith) Ruedas, rieles de ferrocarrilComponentes automotrices

1940 Fusin controladaJet de propulsionTransistores; computadores,Satlites

Aleaciones a base de NiAleaciones a base de TiFibra de vidrio

Mquina de pruebas electrnicaFatiga de baja carga (Coffin, Manson)Mecnica de fractura (Irvin)

Barcos LibertyAviones comercialesGeneradores de turbina

1960 LaserMicroprocesadorAterrizaje en la luna

Aceros HSLACompuestos de altaperformance

Ensayo en circuito cerradoCrecimiento de grietas por fatiga(Paris)Pruebas computarizadas

Aeronave F-11Aeronave DC-10Puente Highway

1980 Estaciones espacialesLevitacin magntica

Cermicas tenacesAleaciones Al-Li

Pruebas multiaxialesControl digital directo

PerforadorasImplantes quirrgicos

Propiedades a finesMtodos de procesamiento similares

Aplicaciones similares.

Clasificacin de los materiales de ingeniera

Otra clasificacin es la de diferenciarlos en estructurales y funcionales, laprimera implica la aplicacin con propiedades fundamentalmentemecnicas y de superficie. La segunda se da para aquellos requeridos porsus propiedades elctricas, magnticas, termoinicas, radiactivas etc.

1. Estructura atmica2. Estructura cristalina (no cristalina)3. Estructura granular4. Estructura multifsica

Relacin propiedades-procesamiento-estructura

Relacin propiedades-procesamiento-estructura

Fundicin de metales. Procesos de conformado Soldadura: SMAW, TIG, MIG-MAG Sinterizacin de cermicos. Extrusin y compactacin. Moldeo por inyeccin, extrusin, y

conformado de polmeros.

Relacin propiedades-procesamiento-estructura

Es el proceso que reduce elespesor o cambia laseccin de un producto opieza larga mediantefuerzas de compresinque se aplican mediante unjuego de cilindros. Es elproceso de mayor uso, el90% de todos los productosmetlicos son laminados.

Relacin propiedades-procesamiento-estructura

Mecnicas Fsicas Qumicas Tecnolgicas

Aplicacinde carga

Deformacin

Fisuracin yRotura

Elstica

Anelstica

Plstica

Viscoplstica(creep)

Modulo de elasticidad (E)Modulo de corte (G)Relacin de poisson ()

Friccin interna,Capacidad deamortiguamiento

Resistencia, Ductilidad,Dureza, Resistencia a lafatiga e impacto, tenacidad.

Solicitacin Respuesta Comportamiento Propiedades

Resistencia al Creep.Resistencia a la Fatiga-creep.

Tenacidad a la fractura,velocidad de propagacinde fisuras por fatiga.

Pueden ocurrirambas cosas

Las propiedades dependen de la estructura.Los procesos pueden cambiar la estructura.

PROPIEDADES

Fe-Ferrita

Fe3CCementita Perlita+

Estructuraatmica

Estructuragranular

Estructuramultifsica

Estructuracristalina

Materialmetlico

Materialcermico

Materialpolimrico

1. Ciencia e ingeniera de los materiales. (2002). Donald R.Askeland. Pags: 5-18.

2. Estructura y propiedades de los materiales. (2006). NilthonZavaleta Gutirrez. Pags: 1-14.

3. Estructura propiedades y aplicaciones. (2005). Jose AntonioSaja Saez. Pags:148-161.

4. Materiales para ingeniera. Introduccin a las propiedades, lasaplicaciones y el diseo. Ashby M.F. Jones D.R.H. (2008)Editorial Reverte. Pags: 2-27.

Bibliografa