-

Prefacio.......................................................................................

Capítulo1.

1.1.1.2.1.3.

Materiales para ingeniería ......................................................Elmundodematerial.............................................................Ciencia e ingeniería de materiales ................................................Tipos de materiales ...............................................................Metales

Cerámicos y vidrios ..............................................................Polímeros ........................................................................

Materiales compuestos ............................................................Semiconductores .................................................................

1.4. Delaestructuraalaspropiedades.................................................1.5. Procesado de materiales """""""""""""""""""""""""""....

1.3. Selección de materiales ...........................................................

Resumen ...............................................................................Términos clave .........................................................................Referencias .............................................................................

..

PARTEI

FUNDAMENTOS

Capítulo2.

2.1.

El enlace atómico ...............................................................

Estructura atómica ................................................................

XVll

1

24446

101112141617191920

23

24

viii . CONTENIDO

2.2. El enlace iónico ,....................................................Número de coordinación ..........................................................

2.3. El enlace covalente ...............................................................2.4. El enlace metálico ................................................................2.5. El enlace secundario o de Van der Waals .........................................

2.6. Materiales: Clasificación en función del tipo de enlace. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Resumen """"""""""""""""""""""""""".........................Términos clave .........................................................................Referencias .............................................................................Problemas ..............................................................................

Capítulo3. Estructura cristalina: perfección ................................................

3.1. Siete sistemas y catorce redes :................3.2. Estructuras metálicas .............................................................3.3. Estructuras cerámicas .............................................................

3.4. Estructuras poliméricas ...........................................................3.5. Estructuras semiconductoras ......................................................

3.6. Posiciones, direcciones y planos de la red .........................................3.7. Difracción de rayos X ............................................................Resumen ,.............................................................Términos clave .........................................................................Referencias """"""""""""""""""""""""""".......................Problemas """""""""""""""""""""""""""........................

Capítulo4. Defectos cristalinos y estructura no cristalina: imperfección...................

4.1. La solución sólida: imperfección química .........................................4.2. Defectos puntuales: imperfecciones de dimensión cero. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.3. Defectos lineales o dislocaciones: imperfecciones unidimensionales ................4.4. Defectos de superficie: imperfecciones bidimensionales ...........................4.5. Sólidos no cristalinos: imperfecciones tridimensionales ............................4.6. Microscopía ......................................................................Resumen ...............................................................................Términos clave .........................................................................Referencias """"""""""""""""""""""""""".......................Problemas ..............................................................................

Capítulo5. Difusión .........................................................................

5.1. Procesos térmicamente activados..................................................

5.2. Producción térmica de defectos puntuales .........................................5.3. Defectos puntuales y difusión en estado sólido ....................................5.4. Difusion en estado estacionario ...................................................

5.5. Caminos alternativos para la difusión. . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .. . . . . .. . . . . . .. . . . . ..Resumen ,...............................................Términos clave ,........................................................

30354147505354555656

Capítul

61

62667079828698

106107108108

Capít

113

114119121124131134143144144145

Capít

149

150154156166169172172

...

CONTENIDO

Referencias .............................................................................Problemas ..............................................................................

Capítulo6.

6.1.

Propiedades mecánicas ........................................................

Tensión frente a deformación .....................................................Metales

Cerámicos y vidrios ..............................................................Polímeros ........................................................................Deformación elástica .............................................................

Deformación plástica .............................................................Dureza ...........................................................................

Fluencia y relajación de esfuerzos ................................................Deformación viscoelástica ........................................................

Vidrios inorgánicos ...............................................................Polímeros orgánicos ..............................................................Elastómeros ......................................................................

Resumen ...............................................................................Términos clave .........................................................................Referencias .............................................................................Problemas """"""""""""""""""""""""""" ,.........

..

6.2.6.3.6.4.6.5.6.6.

Capítulo7.

7.1. Capacidad calorífica ..............................................................7.2. Dilatación térmica ................................................................7.3. Conductividad térmica ............................................................7.4. Choque térmico ..................................................................Resumen ...............................................................................Términos clave .........................................................................Referencias .............................................................................Problemas ..............................................................................

Propiedades térmicas ...........................................................

Capítulo8.

8.1.8.2.8.3.8.4.

Análisis y prevención de fallos .................................................

Energía de impacto ...............................................................Tenacidad de fractura .............................................................

Fatiga ............................................................................Ensayos no destructivos ..........................................................Radiografias de rayos X """""""""""""""""""""""""""....

Ensayo de ultrasonidos ...........................................................Otros ensayos no destructivos .....................................................

8.5. Análisis y prevención de fallos... .. . .. .. .. .. .. .. . .. .. .. .. .. .. .. .. . .. . .. .. .. .. .. ..Resumen ...............-................................................................Términos clave .........................................................................Referencias .............................................................................Problemas ..............................................................................

. ix

173173

177

178178192196201202209213221222224228231232232232

239

240243246251255256256256

259

260266270279279280281284288288289289

30354147505354555656

61

62667079828698

106107108108

113

114119121124131134

1143d441144145

149

150154156166169172172

1

x . CONTENIDO

Capítulo9.9.1.9.2.

Diagramas de fases: evolución del equilibrio microestructural.................

La regla de las fases """""""""""""""""""""""""""........El diagrama de fases .............................................................Solubilidad total en estado sólido .................................................Diagrama eutéctico con insolubilidad total en estado sólido. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Diagrama eutéctico con solubilidad parcial en estado sólido.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Diagrama eutectoide ..............................................................Diagrama peritéctico .............................................................Diagramas binarios generales .....................................................

9.3. La regla de la palanca ............................................................904. Evolución de la microestructura durante el enfriamiento lento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Resumen o""""""""""","

Términos clave .........................................................................Referencias .............................................................................Problemas ..............................................................................

Capítulo10.

10.1.10.2.

Cinética: tratamiento térmico ..................................................

El tiempo: la tercera dimensión ..................................................El diagrama TTT ................................................................Transformaciones con difusión ..................................................

Transformaciones sin difusión (martensíticas) """"""""""""""""""

Tratamientos térmicos del acero .................................................

10.3. Templabilidad....................................................................lOA. Endurecimiento por precipitación ................................................10.5. Recocido ........................................................................

Acritud .........................................................................Restauración """""""

Recristalización .................................................................

Crecimiento de grano ............................................................10.6. Cinética de las transformaciones de fase de los no metales. . . . . . .. .. . . . . . .. .. . . . .Resumen ...............................................................................Términos clave .........................................................................Referencias .............................................................................Problemas ..............................................................................

PARTE 11

LOS MATERIALES ESTRUCTURALES

Capítulo11.11.1.

Metales ........................................................................Aleaciones férreas ...............................................................

Aceros al carbono y de baja aleación ............................................Aceros de alta aleación ..........................................................Fundiciones .....................................................................

Aleaciones férreas de solidificación rápida .......................................

,.-

293

294298299302304307309312317323336337337337

343

344349350352357364368371371372373375377383384384384

C

391392393398400402

293

294298299302304307309312317323336337337337

343

344349350352357364368371371372373375377383384384

I 384

391392393398400402

...,...I

406406409410412413414415424426432433433443444444444

CONTENIDO. xi

11.2. Aleaciones no férreas ,...................

Cobre y aleaciones de cobre .....................................................Níquel y aleaciones base .níquel................................................Aleaciones de cinc, plomo y estaño ..............................................Metales refractarios .............................................................Otros metales ...................................................................

11.3. Aleacionesligeras.,.............................................................Aluminio y aleacionesde aluminio """""""""""""""""""""""

Magnesio y aleaciones de magnesio .............................................Titanio y aleaciones de titanio ...................................................Berilio ..........................................................................

11.4. Materiales compuestos de matriz metálica .......................................U.5. Procesadode materiales metálicos ...............................................Resumen ...............................................................................Términos clave .........................................................................Referencias .............................................................................Problemas ..............................................................................

Capítulo12. Cerámicos y vidrios ............................................................

12.1. Cerámicos: materiales cristalinos ................................................12.2. Vidrios: materiales no cristalinos ................................................12.3. Vitrocerámicas ..................................................................12.4. Procesado de los cerámicos y los vidrios .........................................Resumen """"""""""""""""""""""""""".........................Términos clave .........................................................................Referencias .............................................................................Problemas ..............................................................................

Capítulo13. Polímeros ......................................................................

13.1. Definición y clasificación.......................................................13.2. Síntesis de polímeros ............................................................13.3. Peso molecular. Medida, influencia en propiedades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13.4. Solubilidad y estabilidadquímica. . . . .. . . . .. . . .. . . . . .. . . . .. . . . . .. . . .. . . . .. . . .. .. .13.5. Cristalinidad ....................................................................

Factores que influyen en la cristalinidad de un polímero .........................Comportamiento térmico ........................................................Comportamiento mecánico ......................................................La reticulación de termoestables y elastómeros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Plásticos comerciales ............................................................Adhesivos .......................................................................Humectación ,..........Espesamiento ...................................................................Adherencia ......................................................................

13.6.13.7.13.8.13.9.13.10.

447

448453456458466467467467

471

472475478479481483484486488492494495496497

xii. CONTENIDO

Cohesión ........................................................................

Tratamiento de preparación superficial...........................................13.11. Familia de adhesivos y criterios de selección .....................................13.12. Procesado de polímeros .........................................................Resumen ...............................................................................Términos clave """"""""'"

Referencias """"""""""'"

Problemas ..............................................................................

Capítulo14. Materiales compuestos .""""""""""""""""""""""""""'"

14.1. Materiales compuestos. Clasificación y selección """""""""""""""'"

14.2. Función de la fibra en el material compuesto ....................................14.3. Función de la matriz en el material compuesto ...................................14.4. La anisotropía del material compuesto """"""""""""""""""""'"

14.5. Aplicaciones y limitaciones de los materiales compuestos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Resumen """""""""""'"

Términos clave """"""""'"

Referencias .............................................................................Problemas """"""""""""

PARTE 111

MATERIALES ELECTRÓNICOS Y MAGNÉTICOS

Capítulo15.15.1.15.2.15.3.

Conducción eléctrica ..........................................................

Portadores de carga y conducción ................................................Niveles y bandas de energía """""""""""""""""""""""""'"

Conductores """"""'"

Termopares .....................................................................Superconductores ................................................................

15.4. Aislantes """""""""Ferroeléctricos ..................................................................Piezoeléctricos ..................................................................

15.5. Semiconductores ................................................................15.6. Materiales compuestos ..........................................................15.7. Materiales: clasificación eléctrica ................................................Resumen ...............................................................................Términos clave .........................................................................Referencias """"""""""""""""""""""""""".......................Problemas ..............................................................................

Capítulo16. Comportamiento óptico ........................................................

16.1. Luz visible ......................................................................16.2. Propiedades ópticas.............................................................

Índice de refracción .............................................................

498499500501502503503503

1

505

507508512515517518519519519

Capítuh

523

524528535538541547549551555557558558560560560

Capítul

565

566568568

'89O123,\

II

.I

....

CONTENIDO

Reftectividad ....................................................................Transparencia,materiales trans1úcidos,opacidad.................................ColorLuminiscencia ...................................................................

Reftectividad y opacidad de metales """""""""""""""""""""'"

Sistemas y dispositivos ópticos ..................................................Láseres """""""""""""""""""""""""""...................

Fibras ópticas ...................................................................Pantallas de cristal líquido ."""""""""""""""""""""""""""

Fotoconductores .................................................................Resumen ...............................................................................Términos clave .........................................................................Referencias """"""""""""""""""""""""""".......................Problemas """""""""""""""""""""""""""........................

.

16.3.

Capítulo17. Semiconductores ..............................................................

Semiconductores elementales intrínsecos .........................................Semiconductores elementales extrínsecos ........................................Semiconductorestipo n ..........................................................Semiconductorestipop ..........................................................

17.3. Compuestossemiconductores ....................................................17.4. Semiconductoresamorfos ........................................................17.5. Procesado de semiconductores ...................................................17.6. Dispositivos semiconductores....................................................Resumen ...............................................................................Términos clave .........................................................................Referencias .............................................................................Problemas ..............................................................................

17.1.17.2.

Capítulo18. Materiales magnéticos .........................................................

Magnetismo .....................................................................Ferrromagnetismo ...............................................................Ferrimagnetismo ................................................................Imanes metálicos ................................................................Imanes blandos ..................................................................Imanes duros """""""""""""""""""""""""""..............

Imanes superconductores ........................................................Imanes cerámicas ,......

Imanes de baja conductividad ...................................................Imanes superconductores ........................................................

Resumen ,...........................................................Términos clave ,.................................................................Referencias .............................................................................Problemas ..............................................................................

18.1.18.2.18.3.18.4.

18.5.

. xiii

570572573575575579579582585585587588588589

591

592597598600611614616621629631631631

637

638642649652653655655658658661664665665666

xiv. CONTENIDO

PARTE IV

MATERIALES EN DISEÑOS DE INGENIERíA

Capítulo19. Degradación ambiental ........................................................

19.1. Oxidación: ataque atmosférico directo ...........................................19.2. Corrosión acuosa:ataqueelectroquímico .........................................19.3. Corrosión galvánica de dos metales ..............................................19.4. Corrosión por reducción gaseosa .....................19.5. Efectodelatensiónmecánicaenlacorrosión....................................19.6. Métodos de prevención de la corrosión ..........................................19.7. Curvas de polarización ..........................................................19.8. Degradación química de cerámicos y polímeros ..............................19.9. Daño por radiación ..............................................................19.10. Desgaste ........................................................................19.11. Análisis superficial..............................................................Resumen ...............................................................................Términos clave .........................................................................Referencias .............................................................................Problemas ..............................................................................

Capítulo20.

20.1.20.2.

Selección de materiales .......................................................

Propiedades de los materiales: parámetros de diseño en ingeniería. . . . . . . . . . . . . . . .Selección de materiales estructurales: estudio de casos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Materiales para mástiles de windsurf... ......Sustitución de un metal por un polímero .........................................Sustitución de un metal por un material compuesto..............................Estructura de panal de abeja .....................................................Materiales para la sustitución de una articulación de cadera. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20.3. Selección de materiales electrónicos y magnéticos: estudio de casos. . . . . . . . . . . . . .Metal amorfo para la distribución de energía eléctrica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Sustitución de un polímero termoestable por un termoplástico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Soldadura de aleación metálica para la tecnología «flip-chip» ....................Diodos luminosos ...............................................................Polímeros como conductores eléctricos ..........................................

20.4. Materiales y medio ambiente ....................................................Aspectos ambientales del diseño .................................................Reciclado .......................................................................

Resumen ...............................................................................Términos clave .........................................................................Referencias .............................................................................Problemas ..............................................................................

Apéndice1.

Apéndice2.

Datos físicos y químicos de los elementos químicos .........................

Radio atómico y radio iónico de los elementos químicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Apéndice

Apéndice671

673678680685689690694697697700704709710711711

Apéndice

Apéndice

Glosario

Solucion1

índice.

715

716722722725727727729733734738738740742744744747750751751751

756

759

671

673678680685689690694697697700704709710711711

715

716722722725727727729733734738738740:742744744747750751751751

'56

59

.....

763

CONTENIDO. xv

Apéndice3. Constantesy factores de conversión. . . . . . . . . . .. . . . .. . . .. .. . . .. .. . . .. .. . . .. .. .

Apéndice4. Propiedades de los materiales estructurales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Apéndice5. Propiedades electrónicas, ópticas y magnéticas de los materiales. . . . . . . . . . .

Apéndice6. Ensayos de caracterización de materiales ....................................

Glosario """""""""""""""'"

Solucionesa los ProblemasPrácticos(PP) y a los ProblemasNuméricosImpares. . . . . . . . . . . . .

índice. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

764

773

79

781

811

821