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EJERCICIO OBLIGATORIO PARA EL TRANSCURSO DE LA MATERIA...

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

ALEACIONES AEROESPACIALES ACTIVIDAD 1: SINTESIS Alumno: Rogelio Vargas Compeán Matricula: 1951714 Carrera: IAE Día: 24/02/2022 Hora: M4 Gpo: 006

Profesor: JOSÉ ANGEL CABRAL MIRAMONTES

CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES.

METALES. Los metales son cuerpos simples de consistencia generalmente sólida a temperatura ambiente y presión atmosférica normal, siendo muy conocidos por su excelente capacidad para conducir electricidad y calor. Por lo general poseen un brillo característico. La gran mayoría de los metales posee alta maleabilidad, por lo que son utilizados en la fabricación de objetos, incluso en aleación con otros metales, para aprovechar las características que cada uno puede ofrecer en conjunto. Las características de los metales pueden variar de acuerdo con su posición en la tabla periódica. Sin embargo, ya hemos notado que son muy conocidos por los siguientes detalles propios: -Propiedades físicas Conductividad: son buenos conductores de electricidad. Permiten fácilmente el flujo de electrones a través de ellos. Ductilidad: se pueden alargar lo suficiente, por medio de la aplicación de una fuerza de tracción, hasta convertirse en hilo metálico o alambre. Maleabilidad: si se le somete a compresión, se pueden fabricar láminas metálicas. Esto puede verse en la siderurgia y la orfebrería. Resistencia mecánica: poseen una alta resistencia natural a ser deformados o rotos si se les somete a torsión, flexión, compresión o tracción. Algunos pueden tener más resistencia mecánica que otros.

Tenacidad: esta es la propiedad física que les permite tener gran resistencia a deformarse en caso de que reciban golpes o cualquier tipo de fuerzas bruscas. -Propiedades químicas Pueden formar mezclas entre sí, conocidas como aleaciones. Son monoatómicos, es decir, sus moléculas las conforman un único átomo. En contacto con el oxígeno, reaccionan en forma de óxido. Sus energías de ionización tienden a ser bajas. Ceden electrones con facilidad, pero es muy difícil que los acepten de otros elementos. Pueden reaccionar químicamente con ácidos, formando sales y agua. Tienen la propiedad de formar óxidos básicos.

-Propiedades mecánicas Tenacidad: es la capacidad que tiene un metal de resistir una fuerza externa sin llegar a romperse. Fragilidad: es lo opuesto a la Tenacidad, y puede decirse que es la facilidad con la que un metal llega a romperse al ser sometido a fuerzas o esfuerzos externos. Esto se le conoce como fatiga, al ser sometido a las pruebas realizadas, para comprobar la resistencia mecánica de un metal. Plasticidad: es la capacidad de mantener su forma luego de que esta haya sido cambiada a través de fuerzas externas. Los metales son muy plásticos Elasticidad: se refiere a la capacidad de recuperar la forma anterior a la modificación o aplicación de fuerzas. Los metales son poco elásticos, por lo que es muy difícil que recuperen su forma anterior. Es lo contrario a la Plasticidad. Maleabilidad: es la capacidad que tiene un metal de ser laminado sin que se rompa o pierda sus propiedades originales.

Dureza: esta es la propiedad que permite al metal no ser penetrado o rayado por algún tipo de fuerza externa, oponiendo resistencia a cualquier elemento abrasivo, impidiendo de esta manera los daños mecánicos. Ductilidad: es la capacidad de deformación que posee un metal hasta llegar al punto de ruptura. Rigidez: cuando un metal es sometido a una fuerza externa, este reacciona según la Tercera Ley de Newton con una fuerza interna llamada "estrés". Entonces la rigidez es la capacidad de resistencia del metal a deformarse ante la influencia del "estrés". Variabilidad de las propiedades: durante los experimentos para probar las propiedades mecánicas de los metales, pueden surgir divergencias en las medidas resultantes, que pueden deberse a diversos factores.

-Metales ferrosos Los metales ferrosos se definen como aquellos metales que contiene hierro. Los metales no ferrosos no lo tienen. El atributo distintivo del hierro es que es denso, fuerte cuando se mezcla con carbono, abundante y fácil de refinar, altamente susceptible a la corrosión y magnético. Hacer aleación de hierro con otros elementos en diferentes proporciones puede mitigar o eliminar uno o más de estos factores. Los hierros fundidos son una categoría de aleaciones de hierro con contenido de carbono mayor a 2%. Ellos son hierros relativamente baratos y densos. Cuando son calentados y fundidos, tienen mucha mayor fluidez a menores temperaturas que el acero, esto significa que pueden fluir hacia adentro y llenar las partes de un molde complejos con mayor eficiencia. Los hierros fundidos también se encogen a la mitad de la tasa del acero mientras se enfrían.

-Metales No Ferrosos

Son aquellos que tienen poca presencia de hierro en su estado natural. Al extraer metales de las minas es necesario separarlos de otros minerales como el hierro. Se puede decir que todos los metales que se hayan en la tabla periódica son no ferrosos, con la excepción lógica del hierro. Desde el punto de vista de la metalurgia, los que más interesan son el cobre, aluminio, estaño, níquel, plomo y aleaciones que no contienen hierro, como el latón.

CERÁMICOS. Bajo esta denominación están los elementos fabricados a partir de materiales terrosos cocidos. Las materias primas son arcilla (le da consistencia) o caolín (que es un tipo de arcilla muy pura y le aporta color blanco y textura fina) que, una vez moldeada, se somete a un proceso de secado y cocción posterior que le hace perder agua y convierte a estos materiales en duros pero frágiles. Son silicatos de aluminio hidratados. Se emplean también aditivos como cuarzo, colorantes y fundentes. Propiedades generales •

Químicamente inertes

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Plásticos cuando se introducen en agua

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Duros y frágiles en ausencia de agua

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Resisten altas temperaturas

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Baja porosidad

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Clasificación

Cerámicos porosos

No han sufrido vitrificación (que adoptan un aspecto similar al vidrio), pues no llega a fundirse el cuarzo con la arena. Destaca la arcilla cocida y la loza (cuya materia prima es la arcilla).

Cerámicos impermeables Ha sufrido vitrificación, pues la mezcla ha sido sometida a altas temperaturas y el cuarzo llega a fundirse con la arena. Destacan el gres y la porcelana (cuya materia prima es el caolín).

Cerámicos más empleados Ladrillos y tejas: fabricados con arcilla de muy diversa calidad, según la zona geográfica de procedencia. Una vez moldeados se secan y cuecen a 900 – 1200ºC, lo que aumenta su resistencia mecánica. Existen muchas calidades y formas según la aplicación deseada. Azulejos y pavimentos cerámicos: hechos con arcillas especiales que, durante su moldeo, se prensan a altas presiones y se revisten de un material (barniz coloreado) que, tras el proceso de cocido presenta una dureza alta. Porcelana y loza: a base de caolín, arcillas blancas, sílice y feldespato finamente pulverizados. La porcelana está totalmente vitrificada tras ser sometida a dos procesos de cocción; sin embargo, la loza sólo presenta su cara externa vitrificada. Poseen una especial resistencia al calor y a agentes químicos por lo que, más que en construcción, se emplean para material de cocina y sanitarios (loza), laboratorio, aislantes eléctricos (porcelana)... Materiales refractarios: Formados por arcillas refractarias, de alto contenido en sílice. Se usan para revestimiento de hornos industriales (altos hornos y convertidores) y otras aplicaciones, donde deben resistir altas temperaturas sin fracturarse. Soportan entre 1400 – 1600ºC. Para temperaturas superiores se añade un aglomerante orgánico.

MATERIALES COMPUESTOS. Así, para aplicaciones en ingeniería surge la necesidad de obtener nuevos materiales, que llamaremos genéricamente materiales compuestos, que sean capaces de combinar las propiedades que tienen los materiales cerámicos, los plásticos y los metales a la vez. Así, en los últimos años se ha incrementado el uso de estos nuevos materiales compuestos para multitud de aplicaciones (automoción, construcción civil, industria aeronáutica, medicina...) y todo indica que este crecimiento continuará en el futuro. Generalmente, el objetivo que se persigue con estos nuevos materiales compuestos es obtener otro material cuyas propiedades del conjunto sean mejores que las propiedades que poseen sus constituyentes actuando por separado. Por ejemplo, en la industria del transporte son necesarios materiales que sean a la vez ligeros, rígidos, resistentes al impacto y que resistan bien la corrosión y al desgaste. Todas estas propiedades juntas es muy difícil encontrarlas en los materiales convencionales. Son aquellos formados por dos o más materiales distintos sin que se produzca reacción química entre ellos. No obstante, esta definición puede resultar muy vaga e imprecisa. Ya en el campo de la ingeniería se puede definir como material compuesto aquel sistema material integrado por una mezcla o combinación de dos o más micro o macroconstituyentes, que difieren en forma y composición química, y que además son indisolubles entre sí. En los materiales compuestos se pueden identificar dos fases o componentes principales: - una fase discontinua y más rígida, que se denomina refuerzo; - y otra fase continua y generalmente menos rígida, que se denomina matriz. Las ventajas de este tipo de materiales son, entre otras:

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Alta relación resistencia / peso.

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Elevada rigidez.

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Alta resistencia a la fatiga.

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Alta resistencia a la corrosión.

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Alta resistencia dieléctrica.

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Alta flexibilidad.

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Mejoran las superficies aerodinámicas.

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Posibilidad de construir formas más o menos complejas.

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Excelentes propiedades mecánicas.

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Facilidad de fabricación con una alta variedad de acabados.

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Estabilidad dimensional.

POLÍMEROS. El concepto de polímero deriva de las palabras griegas Poly y Mers que, literalmente quiere decir "muchas partes". Desde el punto de vista químico, una definición de polímero es que son grandes moléculas - macromoléculas - compuestas por la unión de moléculas más pequeñas denominadas “monómeros”. Pese a la aparente complicación de su definición, los polímeros están muy presentes en nuestro día a día, ya que la mayoría de los objetos que utilizamos están formados por algún tipo de polímero. Los parachoques o las ruedas del coche, los vasos desechables, las ventanas, algunos tipos de suelos para exterior o las prendas con las que nos abrigamos son solo algunos de los ejemplos de la aplicación de los materiales poliméricos. La evolución en el proceso de transformación o sintetización de los polímeros polimerización - ha sido de gran importancia para el sector de la construcción. Los grandes avances en la modificación de los polímeros hicieron posible la realización de importantes

proyectos gracias a algunas de sus características únicas como resistencia y durabilidad, capacidad de aislamiento y ligereza o excelente relación calidad/precio. La utilización de los materiales poliméricos en la construcción también responde a las necesidades del desarrollo sostenible, puesto que son materiales reciclables y respetuosos con el medio ambiente. El PVC es uno de los materiales poliméricos más utilizados en la construcción gracias a sus excelentes características técnicas, tales su cómo elasticidad, que permite su moldeado con facilidad o su alta resistencia a los impactos y a la rotura. Asimismo, el PVC es extremadamente resistente al agua y al fuego ya que, en caso de incendio, los átomos de cloro presentes en su composición son liberados impidiendo el proceso de combustión.

SEMICONDUCTORES. Un material semiconductor es aquel que bajo unas determinadas circunstancias permite el paso de corriente eléctrica, mientras que si se dan otras diferentes impide esa trasmisión de corriente eléctrica y actúa como un aislante. Sin embargo, cuando hablamos de

semiconductores de una forma más coloquial y referida al mundo del automóvil (y de la electrónica en general), nos estamos refiriendo a esa serie de "chips” y elementos que nos encontramos en una placa electrónica y que efectivamente, para su fabricación se emplean materiales semiconductores como puede ser el silicio. Un semiconductor es todo aquel material que puede actuar tanto como un conductor permitiendo el paso de una corriente eléctrica o como un aislante impidiéndola según varios factores como puede ser la temperatura ambiente, el tipo de estructura atómica del mismo o el campo eléctrico o magnético al que esté sometido Así pues, en la naturaleza nos encontramos con varios materiales semiconductores, entre los que destacan el silicio (Si) y

el germanio (Ge) por su mayor uso industrial, aunque también existen otros menos extendidos como el azufre (S), el Boro (B) o el cadmio (Cd). En el caso de los semiconductores de tipo p, dentro de los cuales se enmarca el silicio con impurezas de aluminio, existe un enlace covalente en el que ambos átomos comparten los electrones de sus últimas órbitas, lo que da lugar a un total de siete en esa última capa (cuatro del silicio y tres aluminios). El problema es que aún sigue faltando un electrón más para completarla, y en el momento en el cual “lo capta” se crea un material cargado negativamente. Por el contrario, en los semiconductores de tipo n, como el silicio con impurezas de fósforo, sucede lo opuesto. En este caso contamos con cuatro electrones del silicio y cinco del fósforo, de forma que es necesario desprenderse de un electrón para alcanzar esa órbita de ocho, lo que da lugar a un material cargado negativamente.

DIAGRAMAS DE FASE. se denomina diagrama de fase o diagrama de estados de la materia, a la representación entre diferentes estados de la materia, en función de variables elegidas para facilitar el estudio de este. Cuando en una de estas representaciones todas las fases corresponden a estados de agregación diferentes, se suele denominar diagrama de cambio de estado. Los diagramas de equilibrio pueden tener diferentes concentraciones de materiales que forma una aleación a distintas temperaturas. Dichas temperaturas van desde la temperatura por encima de la cual un material está en fase líquida hasta la temperatura ambiente y en que generalmente los materiales están en estado sólido.

Diagrama de fase sustancias puras. Existen diferentes diagramas según los materiales, sean totalmente solubles en estado sólido y líquido, o sea miscibles, o que sean insolubles. También pueden darse casos particulares.

Uno de los diagramas de equilibrio más clásico es el de los aceros que tiene particularidades, donde afecta claramente la concentración y las diferentes cristalizaciones que pueden darse en el hierro en estado sólido y a diferentes temperaturas. Pares (presión, temperatura) de transición de fase entre: •

Dos fases sólidas: Cambio alotrópico

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Entre una fase sólida y una fase líquida: fusión - solidificación

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Entre una fase sólida y una fase vapor (gas): sublimación - deposición (o sublimación inversa)

•

Entre una fase líquida y una fase vapor: vaporización - condensación (o licuefacción)

Es importante señalar que la curva que separa las fases vapor-líquido se detiene en un punto llamado punto crítico (La densidad del líquido y vapor son iguales). Más allá de este punto, la materia se presenta como un fluido supercrítico que tiene propiedades tanto de los líquidos como de los gases. Modificando la presión y temperatura en valores alrededor del punto crítico se producen reacciones que pueden tener interés industrial, como por ejemplo las utilizadas para obtener café descafeinado. Es preciso anotar que, en el diagrama P-T del agua, la línea que separa los estados líquido y sólido tiene pendiente negativa, lo cual es algo bastante inusual. Esto quiere decir que aumentando la presión el hielo se funde, y también que la fase sólida tiene menor densidad que la fase líquida. Cuando aparecen varias sustancias, la representación de los cambios de fase puede ser más compleja. Un caso particular, el más sencillo, corresponde a los diagramas de fase binarios. Ahora las variables a tener en cuenta son la temperatura y la concentración, normalmente en masa.

Hay punto y líneas en estos diagramas importantes para su caracterización: •

Sólido puro o solución sólida

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Mezcla de disoluciones sólidas (eutéctica, eutectoide, peritéctica, peritectoide)

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Mezcla sólido - líquido

•

Únicamente líquido, ya sea mezcla de líquidos inmiscibles (emulsión)o un líquido completamente homogéneo.

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Mezcla líquido - gas

•

Gas (lo consideraremos siempre homogéneo, trabajando con pocas variaciones da altitud).

En un diagrama binario pueden aparecer las siguientes regiones:

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Línea de liquidus, por encima de la cual solo existen fases líquidas.

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Línea de solidus, por debajo de la cual solo existen fases sólidas.

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Línea eutéctica y eutectoide. Son líneas horizontales (isotermas) en las que tienen lugar transformaciones eutécticas y eutectoides, respectivamente.

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Línea de solvus, que indica las temperaturas para las cuales una disolución sólida (α) de A y B deja de ser soluble para transformarse en dos disoluciones sólidas (α) + (β) de distinta composición en A y B.

Concentraciones definidas, en las que tienen lugar transformaciones a temperatura constante:

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Eutéctica

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Eutectoide

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Peritéctica

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Peritectoide

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Monotéctica

Una aleación de cobre-níquel es más resistente que el cobre puro o que el níquel puro debido al endurecimiento por solución sólida. La resistencia del cobre aumenta por endurecimiento por solución sólida hasta que se agrega alrededor de 67% de Ni. El níquel puro es endurecido por una solución sólida cuando se le incorpora hasta 33% de Cu. Se obtiene la resistencia máxima de una aleación de Cu-67%Ni, conocida como Monel. El máximo está más cerca del lado del níquel puro del diagrama de fases debido a que el níquel es más resistente que el cobre.

TRATAMIENTO TÉRMICO El tratamiento térmico es el conjunto de operaciones de calentamiento y enfriamiento de un metal sólido o aleación, de manera que se obtengan las condiciones o propiedades deseadas.

¿Para qué sirve el Tratamiento Térmico? •

Algunos de los propósitos para realizar un tratamiento térmico son:

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Relevar Esfuerzos, como los generados al maquinar una pieza.

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Refinar la estructura de un acero.

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Incrementar la tenacidad del material combinando una alta resistencia al esfuerzo y una buena ductilidad para desarrollar resistencia al impacto.

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Incrementar las propiedades de corte en algunos aceros grado herramienta.

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Incrementar propiedades eléctricas y de corrosión.

¿Cómo se hace un tratamiento térmico? Existen numerosos procesos y equipos para el tratamiento térmico de los aceros, que en general, dependen del uso final de la pieza o herramienta y del tipo de aleación utilizado. Para lograr que las piezas alcancen un desarrollo óptimo, el calentamiento y el enfriamiento son de vital importancia para lograr la estructura interna y las propiedades específicas.

BIBLIOGRAFÍA. Bodycote Plc. (s. f.). Tratam...