Universidad de San Carlos de Guatemala

Facultad de Ingeniera

Ciencia de los Materiales

Ing. Roberto Guzmn

Seccin: P

EXAMEN FINAL INTEGRANTES Jose Humberto Martnez Crdova 2012-13206 Jose Manuel Lemus Mayora 2012-13492 Bryan Antonio Argueta Rodas 2012-13565 Jose Pablo Ramos Lemus 2012-13209 Diego Fernando Samayoa Alvarado 2012-13445

INTRODUCCION

Los tratamientos trmicos pueden utilizarse para homogeneizar el fundido

de las aleaciones metlicas, para mejorar su ductilidad en caliente, para

ablandar los metales antes o durante su procesamiento en fro o en

caliente, o para modificar su microestructura con el fin de obtener las

propiedades mecnicas deseadas. Tambin existe una serie de procesos

por las cuales se puede modificar un material, a travs de trabajos

calientes y trabajos en frio para obtener un producto terminado.

No obstante es importante conocer y recalcar definiciones como la de

los polmeros, especialmente en procesos de manufactura. Se dar a

conocer la clasificacin y se dar a conocer ejemplos de los polmeros.

De manera similar el conocimiento acerca de los diagramas de esfuerzo

que dan a conocer los materiales, especialmente dctiles y frgiles,

cuando son sometidos a carga son importantes. Estos diagramas

estudiados y representados en esta investigacin, traen consigo una serie

de localidades consecuentes a las cargas aplicadas, que determinan y

caracterizan la resistencia, puntos donde el material sufre deformaciones

sin excesivas fuerzas, zonas elsticas y plsticas dependiendo del material

y muchsimos mas detalles que son significativos a la hora del estudio de

un material.

OBJETIVOS

Objetivo General

Tener un claro conocimiento sobre el comportamiento que tienen los materiales ante ciertos procesos trmicos que estos sufren ya sea calentarlos o enfriarlos.

Objetivos especficos

Conocer las propiedades y tipos de materiales que existen en el uso de la ingeniera en general ya sea de construccin, de maquinaria o de cristalera.

Lograr tener la clara definicin de que son los procesos trmicos y para que se usan en la aplicacin de la ingeniera

Ante ciertos esfuerzos sobre los materiales conocer el comportamiento que estos van a sufrir cuando la carga actu sobre ellos directamente.

TRATAMIENTOS TERMICOS Revenido Es un tratamiento trmico a baja temperatura (por debajo de A1) que se realiza normalmente despus de un proceso de temple neutro, temple doble, carburacin en atmsfera, carbonitruracin o temple por induccin, con el objetivo de alcanzar la proporcin de dureza y resistencia deseada. La dureza mxima de un grado de acero obtenida mediante temple proporciona una solidez limitada. El revenido reduce la dureza del material y aumenta la solidez. El revenido permite adaptar propiedades de los materiales (relacin dureza/resistencia) para una aplicacin especfica. Temple Es un tratamiento que se emplea para incrementar la dureza de las aleaciones de hierro. Para los metales, temple se realiza generalmente despus de endurecer, para aumentar la dureza, y se realiza calentando el metal a una temperatura mucho ms baja que la utilizada para el endurecimiento. La temperatura exacta determina cuanto se reduce la dureza, y depende tanto de la composicin especfica de la aleacin como de las propiedades deseadas en el producto terminado. Por ejemplo, las herramientas muy duras a menudo se templan a bajas temperaturas, mientras que los resortes se templan a temperaturas mucho ms altas. En vidrio, el templado se realiza calentando el vidrio y luego enfriando rpidamente la superficie, para aumentar la dureza. Re cristalizacin La re cristalizacin es una tcnica instrumental muy utilizada en los laboratorios para llevar a cabo la purificacin de sustancias slidas que contienen pequeas cantidades de impurezas. Esta tcnica se basa en el hecho de que la mayora de los compuestos incrementan su solubilidad con la temperatura, de modo que la muestra a recristalizar se disuelve en un disolvente o mezcla de disolventes a su temperatura de ebullicin. Posteriormente, tras una serie de operaciones sencillas, se deja enfriar lentamente de modo que se genera una disolucin del compuesto sobresaturada lo que favorece la formacin de cristales de este al encontrarse en mayor proporcin. La formacin y crecimiento de cristales en una red ordenada de forma lenta favorece la incorporacin de molculas del compuesto excluyendo de esta red cristalina las molculas de las impurezas, de modo que al final se obtiene un slido enriquecido en el compuesto que queremos purificar.

PROCESOS DE DEFORMACION Es el cambio en el tamao o forma de un cuerpo debido a esfuerzos internos producidos por una o ms fuerzas aplicadas sobre el mismo o la ocurrencia de dilatacin trmica. Hay que destacar que es un proceso de conformado de metales en el que no se produce arranque de viruta, con lo que se produce un importante ahorro de material respecto a otros procesos, como por ejemplo el mecanizado.

Se puede realizar a temperatura ambiente (deformacin en fro) o elevando la temperatura del material (deformacin en caliente).

Se aplica principalmente a los metales, aunque tambin se emplea en

la obtencin de piezas de plstico (termo conformado).

Algunos metales (Au, Cu, Ag) se deforman bien en fro, pero otros (materiales frreos) son difciles de deformar en fro. En muchas ocasiones se elige la deformacin en fro, siempre que el material y la pieza lo aguanten, pues se obtienen unas propiedades mecnicas superiores y un mejor acabado de la pieza. Adems se ahorra energa al no tener que calentar el material y las herramientas a emplear no tienen que soportar grandes temperaturas. Por el contrario, las mquinas empleadas en la deformacin en fro han de ser ms potentes.

TRABAJO EN FRIO Y EN CALIENTE El trabajo en fro es cuando un metal es rolado, extruido o estirado debajo de su temperatura de re cristalizacin. El trabajo en caliente consiste en la modificacin de la configuracin geomtrica de los materiales, mediante la ampliacin de fuerzas externas; estando el metal a una temperatura superior a la temperatura de re cristalizacin (en estado plstico) o rango de endurecimiento por trabajo. Para poder llevar ciertos materiales en especial los metales a sus distintas formas y clases que se tratan de buscar hay antes que pasarlas por procesos trmicos que consisten en un trabajo en caliente para fundir el material para darle la forma que se est buscando y luego se le da un

choque trmico que consiste en meterlo en agua muy fra para que este se solidifique y que as el objeto que se est trabajando logre adoptar perfectamente la forma que los creadores buscan. Un dato indispensable en el trabajo en frio o caliente es la velocidad con que este se est haciendo ya que influir de forma directa en el proceso de trabajo, si no se hace a la velocidad adecuada podra quedar el trabajo hecho de mala manera. Cuando la velocidad de enfriamiento en los tratamientos trmicos de los materiales ferrosos es muy lenta se tienen tamaos de grano superiores que con el resto de los dems tratamientos siendo relevante la formacin de componentes muy blandos (ferrita, perlita).

Ventajas y desventajas del trabajo en caliente Ventajas

Las fuerzas requeridas para deformarlo son menores. El material tiene buena soldabilidad y maquiabilidad. Se elimina la porosidad del metal.

Desventajas Existe una rpida oxidacin o escamado de la superficie por lo que

no es posible manejar tolerancia estrechas. Se produce un alto consumo de energtico.

Ventajas y desventajas de trabajo en fro Ventajas

Mejora el trabajo superficial por lo que puede laminarse hojas muy delgadas.

Distorsiona la forma del grano Mejora su exactitud dimensional, lo que implica tolerancias mas

estrechas Se logran mayores velocidades de produccin.

Desventajas Se requiere aplicar precisiones mayores que en el trabajo en

caliente. Se requiere mayor potencia y por consiguiente equipos grandes. Mientras menos dctil sea el metal menos puede trabajarse en fro.

CERMICOS

Los materiales cermicos son compuestos o soluciones inorgnicas de elementos metlicos y no metlicos. Debido a sus enlaces inicos y covalentes son duros, frgiles, tienen baja conductividad elctrica y trmica. Son buenos aislantes elctricos y trmicos debido a la falta de electrones conductores. APLICACIONES DE LOS MATERIALES CERAMICOS Se desempean ampliamente en tecnologas relacionadas con la electrnica, el magnetismo, ptica y energa refractaria. -Tambin en el cuerpo humano -Aplicadas a objetos de vidrio y esmaltes. -Objetos metlicos. -Blindajes, Medicina. MATERIALES CERAMICOS MS UTILIZADOS -Almina. -Saln. -Nitrato de aluminio. -Bixido de Titanio. -Nitrato de Bario. -Boruro de Titanio. -Carburo de Boro. -xido de Zinc. -Diamante. -Ferrita. -Slice o slica. -Carburo de silicio (SIC). FUNCIN APLICACIN ELECTRICOS MAGNETICOS - Dielctrico para capacitores. -xidos conductores. -Sper conductores. -Aisladores. -Electropticos. -Medio para grabacin. -Tarjetas de credito. -Ferrofluidos, circuladores, aisladores, inductores, imanes. PTICOS AUTOMOTRIZ -Fibras pticas. -Vidrios. -Lser. -Iluminacin. -Sensores de Oxigeno, celdas de combustible, apoyo cata lico. -Bujas, neumticos, ventanas.

QUIMICO BIOMEDICOS OTROS -Catalizador, filtracin de aire y lquidos, sensores, pinturas, hule. -Prtesis, Odontolgicos, imagen por ultrasonido. -Aplicaciones militares, sensores, materiales para, procesamiento de metales. EJEMPLO DE MATERIALES CERAMICOS: -Transbordador espacial utiliza aproximadamente 2500 losas cermicas que protegen al fuselaje de Aluminio del calor en el reingreso a la atmosfera. -Tarjetas de crdito -carcasas para chips de Silicio -Fibras pticas -Vidrios seguros y eficientes en energa. CAL La cal es un trmino que designa todas las formas fsicas en las que pueden aparecer el xido de calcio (CaO) y el xido de calcio de magnesio (CaMgO2), denominados tambin, cal viva (o generalmente cal) y doloma calcinada respectivamente. Estos productos se obtienen como resultado de la calcinacin de las rocas (calizas o dolomas). Adicionalmente, existe la posibilidad de aadir agua a la cal viva y a la doloma calcinada obteniendo productos hidratados denominados comnmente cal apagada o hidrxido de calcio (Ca(OH)2) y doloma hidratada (CaMg(OH)4). La cal viva se obtiene por calcinacin de la caliza, con un alto contenido en carbonato de calcio (CaCO3), a una temperatura de unos 900 C segn la siguiente reaccin: CaCO3 + calor CaO + CO2 La calcinacin, de manera industrial, tiene lugar en hornos verticales u horizontales rotativos. De manera artesanal puede ser en un horno tradicional, romano o rabe. La densidad del xido de calcio es de 1000kg/m. YESO La roca natural denominada aljez (sulfato de calcio dihidrato: CaSO42H2O), mediante deshidratacin, al que puede aadirse en fbrica determinadas adiciones de otras sustancias qumicas para modificar sus caractersticas de fraguado, resistencia, adherencia, retencin de agua y densidad, que una vez amasado con agua, puede ser utilizado directamente. Tambin, se emplea para la elaboracin de materiales prefabricados. El yeso, como producto industrial, es sulfato de calcio hemihidrato (CaSO4H2O), tambin llamado vulgarmente "yeso cocido". Se comercializa molido, en forma de polvo. Una variedad de yeso, denominada alabastro, se utiliza profusamente, por su facilidad de tallado, para elaborar pequeas vasijas, estatuillas y otros utensilios. En estado natural el aljez, piedra de yeso o yeso crudo, contiene 79,07% de sulfato de calcio anhidro y 20,93% de agua y es considerado una roca sedimentaria, incolora o blanca en estado puro, sin embargo,

generalmente presenta impurezas que le confieren variadas coloraciones, entre las que encontramos la arcilla, xido de hierro, slice, caliza, vermiculita, etc. En la naturaleza se encuentra la anhidrita o karstenita, sulfato clcico, CaSO4, presentando una estructura compacta y sacaroidea, que absorbe rpidamente el agua, ocasionando un incremento en su volumen hasta de 30% 50%, siendo el peso especfico 2,9 y su dureza es de 2 en la escala de Mohs. Tambin se puede encontrar en estado natural la bassanita, sulfato clcico hemihidratado, CaSO4H2O, aunque raramente, por ser ms inestable.

VIDRIO El vidrio es un material inorgnico duro, frgil, transparente y amorfo que se encuentra en la naturaleza, aunque tambin puede ser producido por el ser humano. El vidrio artificial se usa para hacer ventanas, lentes, botellas y una gran variedad de productos. El vidrio es un tipo de material cermico amorfo. El vidrio se obtiene a unos 1 500 C a partir de arena de slice (SiO2), carbonato de sodio (Na2CO3) y caliza (CaCO3). El trmino "cristal" es utilizado muy frecuentemente como sinnimo de vidrio, aunque es incorrecto en el mbito cientfico debido a que el vidrio es un slido amorfo (sus molculas estn dispuestas de forma irregular) y no un slido cristalino.

PORCELANA La porcelana es un material cermico producido de forma artesanal o industrial y tradicionalmente blanco, compacto, duro, translcido, impermeable, resonante, de baja elasticidad y altamente resistente al ataque qumico y al choque trmico, utilizado para fabricar los diversos componentes de las vajillas y para jarrones, lmparas, esculturas y elementos ornamentales y decorativos. La porcelana o gres se cuece a una temperatura de 1196 Celsius. Se obtiene a partir de una pasta muy elaborada compuesta por caoln, feldespato y cuarzo. El proceso de coccin se realiza en dos etapas. La primera corresponde a la obtencin del bizcocho (850-900 C) y la segunda corresponde al vidriado (a temperaturas que varan segn el producto entre 1175 y 1450 C). En la coccin de la porcelana realizada en hornos de lea, para mantener su blancura, se protegan las piezas contra los depsitos de ceniza y las llamas directas, por un sistema de gacetas refractarias. La porcelana se suele decorar en una tercera coccin (tercer fuego) con pigmentos que se obtienen a partir de xidos metlicos calcinados.

ARCILLA

La arcilla es un suelo o roca sedimentaria constituida por agregados de silicatos de aluminio hidratados, procedentes de la descomposicin de rocas que contienen feldespato, como el granito. Presenta diversas coloraciones segn las impurezas que contiene, desde el rojo anaranjado hasta el blanco cuando es pura. Fsicamente se considera un coloide, de partculas extremadamente pequeas y superficie lisa. El dimetro de las partculas de la arcilla es inferior a 0,002 mm. En la fraccin textural arcilla puede haber partculas no minerales, los fitolitos. Qumicamente es un silicato hidratado de almina, cuya frmula es: Al2O3 2SiO2 H2O. Se caracteriza por adquirir plasticidad al ser mezclada con agua, y tambin sonoridad y dureza al calentarla por encima de 800 C. La arcilla endurecida mediante la accin del fuego fue la primera cermica elaborada por los seres humanos, y an es uno de los materiales ms baratos y de uso ms amplio. Ladrillos, utensilios de cocina, objetos de arte e incluso instrumentos musicales como la ocarina son elaborados con arcilla. Tambin se la utiliza en muchos procesos industriales, tales como en la elaboracin de papel, produccin de cemento y procesos qumicos.

POLMEROS

DEFINICION:

Un monmero es una molcula que contiene una pequea cantidad de tomos. De los monmeros se derivan los polmeros. Ejemplo: Cloruro de vinilo (monmero) Policloruro de vinilo Un polmero es una sustancia formada por molculas que contienen una cantidad muy grande de tomos y tienen un alto peso molecular. El almidn, la celulosa, la seda y el ADN son ejemplos de polmeros naturales. Entre los muchos polmeros sintticos estn el nailon, el polietileno y la baquelita. Los polmeros no necesitan ser homogneos, y la mayora no lo son. Aun uno tan sencillo como polietileno es una mezcla de macromolculas con distintas longitudes de cadena y distintos grados de ramificacin. Las primeras aplicaciones de la qumica de los polmeros implicaban la modificacin qumica cuyo objeto era mejorar las propiedades fsicas de los polmeros naturales. En 1839, Charles Goodyear transformo el hule natural, que es frgil cuando esta frio y pegajoso cuando est caliente,

en una sustancia que mantiene su elasticidad dentro de un margen de temperaturas ms amplio, calentndolo con azufre. Las primeras fibras sintticas, llamadas rayones, fueron fabricadas por modificacin qumica de la celulosa al final del siglo XIX. Leo Baekeland patento el primero polmero totalmente sinttico, al que llamo baquelita, en 1910. La baquelita es un material verstil y duradero, preparado a partir de materiales de bajo como (fenol y formaldehido), y fue el material sinttico de su tipo con ms xitos durante muchos aos. No obstante estos primeros xitos, el conocimiento acerca de la estructura de los polmeros eran escasos. Muchos qumicos crean que el hule, las protenas y cosas por el estilo eran dispersiones coloidales de molculas pequeas. Durante la dcada de 1920, Herman Staudinger, primero en el Instituto Federal Suizo de Tecnologa, y despus en la Universidad de Friburgo, afirma que los polmeros eran compuestos de alto peso molecular, unidos por enlaces covalentes normales. Las ideas de Staudinger fueron confirmadas de modo convincente en un trabajo presentado por Wallace H. Carothers, de Du Pont, en 1929, quien llego a conclusiones semejantes. Los estudios sobre la estructura de los polmeros realizados por Staudinger, y los xitos de Carothers en la sntesis de polmeros, aceleraron el desarrollo de la qumica de los polmeros, en especial desde modificar polmeros naturales hasta el diseo y sntesis de materiales nuevos. Hoy se conocen miles de polmeros sintticos, algunos con las propiedades de los materiales naturales, y otros con mejores propiedades que incluso los han reemplazado.

CLASIFICACIN DE POLMEROS

Los polmeros se clasifican de acuerdo con

Tipo de reaccin

Adicin

Condensaci

n

Crecimiento de la macromolcula

Crecimiento en cadena

Crecimiento por pasos

Estructura

Lineal Ramificado Entrelazamiento Escalera Estrella

Propiedades

Termoplstico Termofijo Elastmero

PROCESO DE MANUFACTURA DE POLIMEROS

Los polmeros pueden ser procesados por una variedad de procesos. Algunos de los ms importantes es el siguiente: Colados simple

En la colada simple, se vierten resinas lquidas o plsticos fundidos en moldes y se dejan polimerizar o enfriar. Hoy en da, las resinas de colada ms importantes son polister, epoxi, acrlica, poliestireno, siliconas, epxidos, etil celulosa, acetato butirato de celulosa y poliuretanos. Probablemente, la ms conocida sea la resina de polister ya que se utiliza profusamente en artesana y bricolaje. Los moldes pueden estar hechos de madera, metal, yeso determinados plsticos, terminados elastmeros o vidrio. ADITIVOS Son sustancias que se aaden a los alimentos para mejorar su presentacin y dems cualidades, para incrementar el perodo de conservacin.

DIAGRAMA DE ESFUERZO En resumen que es un material frgil y dctil? Los materiales metlicos usados en la ingeniera se clasifican generalmente en dctiles y frgiles. Un material dctil es el que tiene un alargamiento a traccin relativamente grande hasta llegar al punto de rotura (por ejemplo, el acero estructural o el aluminio), mientras que un material frgil tiene una deformacin relativamente pequea hasta el mismo punto. MATERIALES DUCTILES: El diagrama que representa la relacin entre esfuerzo y deformacin en un material dado es una caracterstica importante del material. Para obtener el diagrama esfuerzo - deformacin de un material, se realiza usualmente una prueba de tensin a una probeta del material. Los materiales dctiles, que comprenden el acero estructural y muchas aleaciones de otros materiales, se caracterizan por su capacidad para resistir carga o fuerza. Cuando se somete la probeta a carga creciente, su longitud aumenta primero linealmente con la carga ya una tasa muy lenta. As, la porcin inicial del diagrama esfuerzo - deformacin es una lnea recta con una pendiente pronunciada. Sin embargo, despus de que se alcanza un valor crtico del esfuerzo, la probeta sufre grandes deformaciones con un pequeo aumento de la carga aplicada. Informando sobre su paso de zona elstica a zona plstica hasta llegar a la ruptura. Todo esto para el caso de la prueba a Tensin.

MATERIAL FRAGIL: Los materiales frgiles como fundicin, cristal y la piedra se caracterizan porque la ruptura ocurre sin que se presente antes un cambio importante en la tasa de alargamiento. As, para materiales frgiles no hay diferencia entre resistencia ltima y resistencia a la ruptura. Tambin, la deformacin en el momento de la ruptura es mucho ms pequea para materiales frgiles que para materiales dctiles.

TENACIDAD: En ciencia de materiales, la tenacidad es la energa total que absorbe un material antes de alcanzar la rotura en condiciones de impacto, por acumulacin de dislocaciones. Se debe principalmente al grado de cohesin entre molculas La tenacidad es el rea conjunta bajo la curva en las zonas verde

y amarilla.

La tenacidad es la resistencia que opone un slido a ser roto, molido, doblado, etc. Algunas clases de tenacidad son la fragilidad, la maleabilidad y la ductilidad.

La fragilidad es una medida de la facilidad con la que se rompe un material.

La maleabilidad es una medida de la facilidad con la que a un material

se le puede dar forma.

La ductilidad es una medida de la facilidad con la que un material se puede extender en hilos, hacindolos pasar por un orificio

RESISTENCIA El termino resistencia proviene del latn resistenta. La resistencia puede ser entendida como la accin o capacidad de aguantar, tolerar u oponerse a ciertas cargas o fuerzas externas que se le estn aplicando a un material o ,la tensin o compresin mxima que soporta el material. Como consecuencia de esta resistencia debido a las cargas, el material da a conocer que tanto soporta o la capacidad que tiene, si es un material considerado dctil o frgil, la maleabilidad, ductilidad o fragilidad del material.

PUNTO DE FLUENCIA A la ordenada del punto Y en el que se produce un aumento de deformacin sin aumento de tensin se le conoce por limite elstico aparente o limite de fluencia del material. Cuando la carga ha aumentado hasta el punto Y, se dice que se produce fluencia. Algunos materiales presentan en la curva tensin-deformacin dos puntos en los que hay aumento de deformacin sin que aumente la tensin. Se les conoce por limites de fluencia superior e inferior.

MODULO DE RESILENCIA

El trabajo realizado en un volumen unidad de material, cuando se aumenta una fuerza de traccin simple gradualmente desde cero hasta un valor tal que se alcance el limite de proporcionalidad del material, se define como modulo de resilencia. Puede calcularse por el rea bajo la curva tensin-deformacin desde el origen hasta el limite de proporcionalidad, las unidades en que se mide son kg/cm3. As, pues, la resilencia de un material es su capacidad de absorber energa en la zona elstica.

MODULO DE TENACIDAD

El trabajo realizado en un volumen unidad de material cuando se aumenta una fuerza de traccin simple gradualmente desde cero hasta el valor que produce la rotura, se define como modulo de tenacidad. Puede calcularse por el rea total bajo la curva tensin-deformacin desde el origen hasta la rotura. La tenacidad de un material es su capacidad de absorber energa en la zona plstica del material.

CONCLUSIONES

Los tipos de materiales que existen y son muy usados en la

ingeniera se clasifican en dos que son los Dctiles, sufren cierta deformacin sin romperse, y los materiales frgiles que no sufren deformacin sino que nicamente se rompen.

Se lleg a la conclusin que los materiales dctiles(como metales)

son a los cuales los tratamientos en caliente son ms efectivos ya que de esta manera se pueden moldear y los materiales frgiles para su procesos deben hacerse en frio para que se endurezcan (cemento)

Ante ciertas cargas aplicadas cobre las reas de los materiales

estas generan esfuerzos, que a su vez sacan a la luz las propiedades de los materiales como su punto de afluencia que es donde el material empieza a deformarse entrando a la zona plstica.

Las llamadas cermicas no son usualmente materiales usados por

los ingenieros ya que poseen una resistencia demasiado pequea que no cumplen las funciones que se necesitan.

BIBLIOGRAFIA

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