1. Introducción Ingeniería y Tecnología de Materiales.pdf

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1. Objetivo2. Tipos de Materiales. Clasificación Básica3. Relación Entre Estructura, Propiedades Y Procesado4. Selección de Materiales

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Tema 1. Introducción a laingeniería y tecnología demateriales

Ingeniería y Tecnología de Materiales 2015-2016 Área de Ciencia e Ingeniería de Materiales



¿Qué es la Ingeniería y Tecnología de

Materiales?

- Disciplina de la ingeniería que trata sobre losprocesos industriales para obtener las piezas

que componen las máquinas.

- A medida que aumentan requisitosaumenta variedad y complejidad procesosindustriales.




¿Qué se puede aprender en Ingeniería y Tecnología deMateriales?

Saber correlacionar las variables tecnológicas de cada

proceso de fabricación con las propiedades obtenidas (y requisitos

a cumplir) y la defectología que puede surgir en cada caso, para

cumplir los requisitos en servicio solicitados a la pieza y evitar

fallos en servicio.




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¿Qué es Ciencia? Qué es Ingeniería?

Ciencia de materiales:

Conocimientos básicos de los

materiales, estructura interna,

propiedades físicas yquímicas.

Ingeniería de materiales:

Conocimientos fundamentales

y aplicados sobre materiales

para transformarlos en

productos necesarios o

requeridos por la sociedad.

Ciencia e Ingeniería de Materiales

Conocimiento resultante de la

estructura, propiedades,procesado y comportamientode los materiales en ingeniería





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2. Tipos de Materiales. Clasificación Básica

– Átomos unidos por una nube electrónica(enlace metálico)

– Alta conductividad térmica y eléctrica

– Densidad relativamente alta

– Materiales muy tenaces

– Formados por la unión depequeñas moléculas orgánicas(monómeros) entre sí

– Baja densidad

– Baja temperatura de fusión

- Plásticos: Gran capacidad dedeformación plástica

- Elastómeros: Gran capacidad dedeformación elástica

– Obtenidos mezclandomateriales de distintas familias

– Propiedades “a medida”– Varios tipos de refuerzo

• Partículas

• Fibras cortas

• Fibras largas

– Materiales no orgánicos ni metálicos

– Generalmente son óxidos o carburos conaltos puntos de fusión

– Muy baja conductividad eléctrica(aislantes)

– Refractarios

– Densidad relativamente baja

– Materiales muy frágiles

– Alta Resistencia a la oxidación, corrosión ydesgaste



6Ingeniería y Tecnología de Materiales 2015-2016 Área de Ciencia e Ingeniería de Materiales



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MATERIALES

METALICOS

ALEACIONES

FÉRREAS

ALEACIONES

NO FÉRREAS

ACEROS FUNDICIONES ALEACIONES

LIGERAS

BASE

ALUMINIO

BASE TITANIO

BASE MAGNESIO

SUPERALEACIONES

BASE Fe-Ni

BASE Ni

BASE Co

A. HERRAMIENTAS

ALTA ALEACIÓN

A. INOXIDABLES

BAJA ALEACIÓN

GRIS

DÚCTIL

BLANCA

MALEABLE

BASE Cu

BRONCES,

LATONES





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MATERIALESCERÁMICOS

CRISTALINOS

CERÁMICASAVANZADAS

SiC

AL2O3

CERÁMICAS TRADICIONALES

ARCILLASSILICATOS

VÍDRIOS VITROCERÁMICAS





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MATERIALES

POLIMÉRICOS

PLÁSTICOS

TERMOPLÁSTICOS TERMOESTABLES

PROCESOCURADO

ELASTÓMEROS

PROCESOVULCANIZADO





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MATERIALESCOMPUESTOS

SEGÚNMATRIZ

POLIMÉRICA METÁLICA CERÁMICA

SEGÚNFASE DISPERSA

REFORZADOSCON

PARTÍCULAS

REFORZADOSCON FIBRAS

MATERIALESLAMINARES

ESTRUCTURAS TIPO SANDWICH





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3. Relación Entre Estructura, Propiedades Y Procesado

Procesado

Propiedades

Comportamiento en servicio

Estructura

MATERIAL




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Procesado

Propiedades


Estructura

MATERIAL

Ciencia deMateriales

Ciencia de

Materiales

Ing. y Tecnología deMateriales

Ing. y Tecnología de Materiales




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Estructura

Procesado

Propiedades

Comportamiento en servicio3. Relación Entre Estructura, Propiedades Y Procesado


Electrónica: Distribución e- afecta al comportamiento eléctrico, magnético,térmico, óptico, resistencia a la corrosión.

Atómica: Enlace determina el tipo de material: clasificación

Cristalina: Disposición átomos espacio estr. cristalina influencia enprop. Mecánicas

Microestructura: Viene determinada/determina por el procesado y lostratamientos

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Aleaciones Al (FCC) ⇒ dúctiles

Aleaciones Mg (HCC) ⇒ relativamente frágiles

planos y direcciones de elevada densidad atómica

⇓ facilidad deformación mecánica

⇓ Ductilidad

Al: 12 planos y direcciones Mg: 3 planos y direcciones⇓

mayor capacidad de deformación

Efecto de la estructura sobre las propiedades:



• Procesado en función de la estructura

▫ estructuras ccc (Cu): trabajado en frío

▫ estructuras hc (Mg): no pueden conformarse por deformaciónplástica en frío

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Procesado

Propiedades


Estructura

Efecto de la estructura sobre el procesado:



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Escala microscópica

Al2O3 3% porosidad Al2O3 0.3% porosidad⇒ opaco ⇒ transparente

En el procesado: porosidad se añade 0.1% MgOAplicación: lámparas halógenas

La p o ro sid a d p ro d uc e una pérd id a d e tra nsm isión d e luz visib le

Efecto del procesado en las propiedades



Adapted from Fig. 1.2,

Callister 6e.(Specimen preparation,

P.A. Lessing; photo by J.

Telford.)

single crystal

polycrystal:

low porosity

polycrystal:

high porosity

Óxido de aluminio




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Estructura

Procesado

Propiedades

Aplicaciones <> Comportamiento en servicio


Procesos por fusión

Procesos de conformado

Procesos de unión

Procesos de mecanizado


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Estructura

Procesado

Propiedades



•Mecánicas (R, ductilidad,impacto…)

•Físico-Químicas (eléctricas,magnética, ópticas)

Endurecimiento por deformación plástica

Resistencia a la termofluencia con aumento detamaño de grano

Propiedades direccionales


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MonocristalGranos columnares

solidificadosdireccionalmente

Estructurapolicristalinaequiaxial



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23



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24



Factores que condicionan el método de procesado

Acabado exigido Precio

Material: disponibilidad,temperatura fusión, tipoestructura, afectación del

procesado

Peso o volumen de la pieza Complejidad geométrica Nº de piezas de serie Requerimientos en servicio

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Estructura

Procesado

Propiedades



•Fatiga

•Termofluencia

• Corrosión

•Desgaste

• Fractura




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Propiedades Mecánicas

Tensión y Deformación Deformación elástica y plásticaEnsayo de tracción <> resistencia, lím. elástico, tenacidad,resiliencia, ductilidad

Dureza

Ensayo de impacto: aplicación rápida de cargas<>tenacidad a la fractura, transición dúctil-frágil Fatiga <> límite de fatiga: aplicación cíclica de cargas Termofluencia: aplicación de cargas a alta T Tribología <> resistencia al desgaste




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Mecanismos de Endurecimiento por:

• Reducción tamaño de grano

• Solución sólida (aleaciones)

• Deformación plástica (acritud)

• Precipitación

• Dispersión (materiales compuestos)

• Tratamientos térmicos


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28

Siguiente paso: Selección de materialesEl objetivo: c rea r p rod uc tos q ue lleve n a c a b o su func ión d em ane ra e fec tiva , seg ura y a un c oste a c ep tab le . Asbhy M.F.

¿Qué se necesita saber para ello?, mucho más que los datosde ese material.


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Selección de materiales


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31

¿Qué material es el apropiado?Dentro de un tipo determinado, ¿Cuál es el mejor?

Pasos en la selección de un material, ejemplo: BALA CILÍNDRICA DE GASEvaluar requisitos para almacenar gases a ↑ P (14 MPa)

Eliminar materiales que no cumplan característicaslimitantes: (Rmecánica y tenacidad): polímeros y cerámicos

Elegir el de menor coste: metales

MetalÓPTIMO

4. Selección de materiales


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Pasos en la selección de un material: Aeronave espacial

Evaluar requisitos para componentes estructurales del interior de laaeronave

Característica limitante: DENSIDAD


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33

Temperatura del motor

T , ºC

125ºC

315ºC

650ºC

1100ºC

1950ºC

Turboreactor

Reactor supersónico

Años 30:

Refrigerado por aire

I Guerra Mundial:

Refrigerado por agua

Fan-jet

EVOLUCIÓN DE LA TEMPERATURA DE OPERACIÓN DE LOS MOTORES DE AERONAVES




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En cualquier

aplicación el tipo dematerialesempleados ha idoevolucionando y

cambiando conformese investiga en

Ciencia de Materiales

2003


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