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INTRODUCCIÓN
CIENCIA DE LOS MATERIALES
Msc. Fabio Bermejo Altamar
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MATERIALES Y PROCESOSMATERIALES
Naturales,Metales, polímeros, cerámicos y
compuestos
PROCESOS
Fundición, mecanizado, unión, deformación.
FORMA
Lámina, perfil, prismática, 3-D compleja
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INTRODUCCION A LOS MATERIALES Y PROCESOS
FORMA.
MATERIALES.
PROCESOS.
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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.
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CLASIFICACION BASICA DE LOS MATERIALES
*Con base a uno o más criterios
METALES
MATERIALES
MATERIALES COMPUESTOS
CERAMICOS
ELECTRONICOS
POLIMEROS
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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AEROESPACIAL BIOMEDICOS
MAGNETICOSELECTRONICOS
CLASIFICACION FUNCIONAL
NANOMATERIALES
INTELIGENTESFOTONICOS
ESTRUCTURAS
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CLASIFICACION FUNCIONAL DE LOS MATERIALES
AEROESPACIAL: TRANSBORDADORES, SATELITES, ESTACIONES ESPACIALES, VEHICULOS NO TRIPULADOS, TELESCOPIOS, etc.
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CLASIFICACION FUNCIONAL DE LOS MATERIALES
BIOMEDICOS: PROTESIS, IMPLANTES, EQUIPOS MEDICOS etc.
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CLASIFICACION FUNCIONAL DE LOS MATERIALES
ELECTRONICOS: CHIPS, MICROPROCESADORES, ROBOTS, ETC.
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CLASIFICACION FUNCIONAL DE LOS MATERIALES
MAGNETICOS: UNIDADES DE ALMACENAMIENTO DE INFORMACION, INSTRUMENTOS, ETC.
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CLASIFICACION FUNCIONAL DE LOS MATERIALES
FOTONICOS Y OPTICOS: PANTALLAS DE CRISTAL LIQUIDO,
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CLASIFICACION FUNCIONAL DE LOS MATERIALES
INTELIGENTES: RESPONDEN A UN ESTIMULO EXTERNO
CON MEMORIA DE FORMA
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CLASIFICACION FUNCIONAL DE LOS MATERIALES
NANOMATERIALES:
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CLASIFICACION FUNCIONAL DE LOS MATERIALES
ESTRUCTURALES: EDIFICIOS, PUENTES, ESTRUCTURAS.
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AEROESPACIAL FERROVIARIA
AUTOMOTRIZMARITIMA
TRANSPORTE
APLICACIÓN TECNOLOGIA
TELECOMUNICACIONES
ARMAMENTARIA
CONSTRUCCIÓN
BIOINGENIERIA
PRODUCTOS
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TECNOLOGIA ESPACIAL
TRANSBORDADORES, SATELITES, ESTACIONES ESPACIALES,
VEHICULOS NO TRIPULADOS, TELESCOPIOS, etc.
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TECNOLOGIA FERROVIARRIA
TRENES ELECTRICOS, MAGNETICOS, MECANICOS
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TECNOLOGIA AUTOMOTRIZ
CARROS, MOTOS, CAMIONES, ETC
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TECNOLOGIA MARITIMA Y FLUVIAL
BARCOS, BUQUES, SUBMARINOS, BARCOS, BUQUES, SUBMARINOS, AERODESLIZADORES, VOTES, YATES, ETC.
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TECNOLOGIA CONSTRUCCIÓN
EDIFICIOS, PUENTES, ESTRUCTURAS, ETC.
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TECNOLOGIA ARMAMENTARIA
MISILES, ARMAS, BOMBAS, TANQUES,
AVIONES DE GUERRA, HELICOPTEROS, ETC.
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TECNOLOGIA TELECOMINUCACIONES Y ENTRETENIMIENTOENTRETENIMIENTO
CELULARES, COMPUTADORES, TELEVISORES, IPOD, EQUIPOS ESTEREO
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TECNOLOGIA DE PRODUCTOS
HERRAMIENTAS, UTENCILIOS, ELECTRODOMESTICOS.
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TECNOLOGIA DE BIOINGENIERIA
PROTESIS, IMPLANTES, EQUIPOS MEDICOS.
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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”
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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
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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
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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.
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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.
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EFECTOS AMBIENTALES SOBRE EL DESEMPEÑO DE LOS MATERIALES
1. Las temperaturas
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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
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EFECTOS AMBIENTALES SOBRE EL DESEMPEÑO DE LOS MATERIALES
3. Los Esfuerzos
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EFECTOS AMBIENTALES SOBRE EL DESEMPEÑO DE LOS MATERIALES
4. Radiaciones electromagnéticas y rayos UV
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¿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.