Clasificacion DE LOS Materiales ING Industrial PDF

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clasificacion de los materiales...

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UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERIA COATZACOALCOS, VERACRUZ

PROGRAMA EDUCATIVO

ING. INDUSTRIAL EXPERIENCIA EDUCATIVA

PROPIEDAD DE LOS MATERIALES

TRABAJO

INVESTIGACION: “ CLASIFICACION DE LOS MATERIALES ” ESTUDIANTE

ANAHI RAMIREZ DE LEON

27 DE FEBRERO DEL 2021 1

RESUMEN un material es una sustancia que puede agruparse y transformarse en conjunto. Desde el principio de los tiempos, los hombres hemos intentado obtener materiales para nuestro beneficio o provecho, es decir, con fines utilitarios.

Atendiendo al origen de las sustancias que los originan, se distinguen tres tipos de materiales:



Naturales: son los que ya existen o aparecen en la naturaleza. Ejemplos: cobre, seda, madera...



Artificiales: se obtienen a partir de los naturales. Como ejemplos: papel, vidrio, cemento...



Sintéticos: fabricados a partir de los artificiales; silicona, neopreno, plásticos...

Si atendemos a sus propiedades y a su comportamiento frente a los ensayos de laboratorio, entonces estamos ante una nueva clasificación. Los ensayos de laboratorio sobre materiales son de suma importancia, ya que nos permiten elegir con seguridad el material idóneo para una aplicación técnica determinada.



Materiales cerámicos: poseen baja conductividad térmica y eléctrica, por lo que se utilizan como aislantes. Son duros (resistentes a ser rayados), pero frágiles (si ejercemos una fuerza grande se rompen) y quebradizos. El vidrio, los ladrillos, la porcelana, los refractarios y los abrasivos se encuentran en este grupo.

2



Materiales metálicos. Poseen el característico brillo metálico, alta conductividad térmica y eléctrica, resistencia elevada y son dúctiles (se estiran en hilos) y maleables (se moldean en forma de láminas).Sus aplicaciones son estructurales o carga. Las aleaciones de metales favorecen

algunas

de

estas

propiedades

y

permiten

mejores

prestaciones en distintas aplicaciones. En la tabla periódica hay unos 80 elementos que dan lugar a los materiales férricos y no-férricos.



Materiales poliméricos o plásticos. Son largas cadenas moleculares obtenidas a partir de monómeros o unidades sencillas. Por lo general, poseen baja conductividad eléctrica y térmica y poca resistencia, pero alta tenacidad. Se dividen en dos grandes grupos: termoplásticos (se reblandecen

con

el

calor

y

se

endurecen

al

enfriarse)

y termoestables (con mayor resistencia y que, una vez endurecidos, no pueden volver a fundirse). Tienen incontables aplicaciones.



Materiales compuestos o derivados. Generados a partir de dos o más materiales de los anteriores grupos. permiten propiedades que no se encuentran en los materiales de los que proceden de forma aislada. Derivados del hormigón como el cemento y el fibrocemento son ejemplos característicos.

3



Materiales nuevos o de última generación. Han sido modificados química o estructuralmente para su uso en aplicaciones no válidas para los materiales

no

modificados.

Se

incluyen

aquí

los materiales

nanotecnológicos, los nuevos biomateriales obtenidos

a partir

polímeros y metales y otros materiales innovadores.

INDICE

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1. INTRODUCCION

Pág. 5

2. CLASIFICACION DE LOS MATERIALES

Pág. 6

3. METALICOS

Pág. 7

-

METALICOS FERROSOS

Pág. 8

-

METALICOS NO FERROSOS

Pág. 10

4. CERAMICOS

Pág. 12

5. COMPUESTOS

Pág. 14

6. SEMICONDUCTORES

Pág. 16

de

7. POLIMEROS

Pág. 18

8. BIBLIOGRAFIA

Pág. 21

INTRODUCCION Los objetos que nos rodean están fabricados para satisfacer las necesidades del ser humano y mejorar su calidad de vida: ropa, electrodomésticos, transportes, casas, teléfonos, ordenadores,… Estos objetos se fabrican con una gran variedad de materiales cuya elección es fundamental si queremos que nuestro producto final cumpla su cometido. Los materiales constituyen cualquier producto de uso cotidiano y desde el origen de los tiempos han sido utilizados por el hombre para mejorar su nivel de vida. Al principio, éstos se encontraban espontáneamente en la naturaleza: la madera, la piedra, el hueso, el cuerno o la piel. Más tarde se empezaron a emplear otros materiales más elaborados como la arcilla, la lana o las fibras vegetales, para llegar más tarde al empleo de los metales y las aleaciones y terminando, con la revolución industrial, con el auge del uso del acero por encima de todos los demás materiales. Se tiene que tener la mayor información posible para que cuando debamos optar por un material, para fabricar un objeto, un útil, o una máquina, la elección sea acertada, reuniendo el material todas las características que precise. La obtención de nuevos materiales y los procesos productivos para su transformación en productos finales es un fin de la tecnología. Para ello es necesario conocer sus orígenes, propiedades, características y comportamiento ante los distintos tipos de requerimientos.

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Se han desarrollado innumerables materiales diferentes con características muy especiales para satisfacer necesidades muy concretas de nuestra compleja sociedad, metales, plásticos, vidrios y fibras. Actualmente los adelantos electrónicos más sofisticados se basan en el uso de semiconductores. Por eso, es importante conocer los tipos de materiales que podemos encontrar; sus características; saber elegir los que mejor se adapten a nuestro objeto y al sistema de fabricación que vamos a emplear; así como valorar las ventajas e inconvenientes de cada uno.

CLASIFICACION DE LOS MATERIALES Existen muchas formas de clasificar los materiales: 

Según su naturaleza u origen. Así, los materiales se pueden clasificar en materiales naturales, artificiales y sintéticos, dependiendo de si se encuentran directamente en el medio natural (el algodón, el petróleo, la madera, etc.), de si se obtienen a partir de varios materiales naturales (el hormigón, el acero, etc.), o de si son creados por el hombre a partir de materiales artificiales y de reacciones químicas (los plásticos, etc).



Según su aplicación. Según si van destinados a aplicaciones sanitarias, en energía, en microelectrónica, en aplicaciones de aeronáutica, etc.



Según su composición. Los materiales se pueden clasificar en homogéneos y heterogéneos, metálicos y no metálicos, inorgánicos y orgánicos, etc.



Según sus propiedades físico-químicas. Se diferencian así materiales rígidos y flexibles, tenaces y frágiles, conductores y aislantes, reciclables y no reciclables, etc.



etc.

Sin embargo, y desde el punto de vista industrial, los materiales se clasifican generalmente en cinco grupos (metales, cerámicos, polímeros, semiconductores y materiales compuestos), de manera que los materiales de cada uno de estos grupos poseen estructuras y propiedades que los diferencian 6

Metálicos. Los materiales metálicos son sustancias inorgánicas que están compuestas de uno o mas elementos metálicos, los cuales se obtienen por procesado de minarles con compuestos metálicos, presentes en la naturaleza. Los materiales metálicos están compuestos por elementos metálicos como son el hierro, aluminio, magnesio, cobre, etc. Aunque en ocasiones se utilizan los metales puros, las aleaciones metálicas proporcionan mejoras en alguna propiedad particularmente deseable o permiten una mejor combinación de propiedades. Además, pueden contener también otros elementos no metálicos en su composición, bien como impurezas o con el fin de mejorar las características de las aleaciones. Estos materiales, a pesar de presentar características específicas, presentan una serie de propiedades físicas generales que los identifican: 

buena conductividad eléctrica y térmica,



resistencia relativamente alta hasta media temperatura,



alta rigidez,



alta densidad,



alta tenacidad, ductilidad y deformabilidad en general,



buena resistencia al impacto.

A temperatura ambiente, los metales se presentan en estado solido, con un brillo característico. Los materiales metálicos se clasifican en: 

Materiales metálicos ferrosos: el componente principal es el hierro. o Hierro. o Aceros.

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o Fundiciones. o Ferroaleaciones. o Aleaciones férreas especiales. o Conglomerados férreos.



Materiales metálicos no ferrosos: se obtienen de otros metales que no es el hierro. o Aluminio y aleaciones. o Cobre y aleaciones. o Magnesio y aleaciones. o Níquel y aleaciones. o Titanio y aleaciones. o Aleaciones de Zinc, plomo y estaño. o etc. -

Metálicos ferrosos

Los materiales metálicos ferrosos o aleaciones férreas contienen hierro como metal base Con la denominación de "hierro" se designa al elemento químico de este nombre (Fe), y también a los productos siderúrgicos formados por hierro (metal) y otros elementos con carácter de impurezas (carbono, fósforo, azufre, etc.).

El hierro puro tiene un color blanco-grisáceo-azulado, dúctil y maleable, buen conductor térmico y eléctrico, tenaz y algo poroso. Antes de fundirse, se reblandece de manera considerable lo que lo hace apropiado para ser conformado mediante forja, así como para ser soldado entre sí. Es inalterable al aire seco, pero fácilmente oxidable (corrosión) con aire húmedo, además, por ser poroso, la corrosión penetra en él.

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El hierro puro, por sus escasas propiedades mecánicas no es muy empleado en aplicaciones industriales, pero formando aleaciones con otros elementos, y dando lugar a las aleaciones férreas, conocidas también como "productos siderúrgicos", son los más empleados en fabricación mecánica y en la industria en general, ya que además de sus buenas propiedades físicas, químicas y tecnológicas, el hierro es un mineral muy abundante en la corteza terrestre. Las aleaciones férreas se clasifican en : 

Hierros.



Aceros.



Fundiciones.



Ferroaleaciones.



Aleaciones férreas especiales.



Conglomerados férreo

Las funciones son aleaciones de hierro-carbono con un porcentaje de carbono que pueden variar entre 1,76% y 6,6%. Los % elevados en C confieren una gran fragilidad por lo que en la practica, el contenido en C varia de 2 a 4,5%, siendo lo mas frecuente encontrarlo entre 2,75 y 3,5%. Además en carbono contienen hasta 1% y bajas proporciones de azufre y fosforo. Las fundiciones se obtienen directamente por moldeo o colada y se fabrican en hornos de cubilote a partir de chatarra y arrabio a los que se añaden las cantidades precisas de ferroaleaciones (Fe-Si, Fe-Mn,...) para ajustar la composición final del producto. Tienen gran importancia industrial con innumerables usos; mediante la introducción de elementos de aleación, la aplicación de tratamientos térmicos

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adecuados y el desarrollo de la fundición nodular, es posible su utilización en algunas aplicaciones que prácticamente eran exclusivas de los aceros. Sus ventajas más importantes son: 

Son más fáciles de mecanizar que los aceros.



Se pueden fabricar piezas de muy diferente tamaño y complejidad, con gran precisión de forma y medidas, sin necesidad de equipos ni hornos muy costosos.



La aparición de zonas porosas en piezas fundidas es menos frecuente en que en las piezas fabricadas con acero fundido.



Absorben las vibraciones mecánicas y actúan como auto lubricantes.



Son resistentes al choque térmico, a la corrosión y con buena resistencia al desgaste.

Sin embargo: 

No pueden ser sometidas a deformación plástica.



Son poco soldables.

Para numerosos elementos de motores, maquinaria, etc., son suficientes las características mecánicas que poseen las fundiciones; su resistencia a la compresión es muy elevada y su resistencia a la tracción es también aceptable para muchas aplicaciones. Por ello se utilizan en la fabricación de diferentes elementos de máquinas que se obtienen por colada como bancadas, bloques de motores, aros, árboles de leva y otros, sometidos a vibraciones, siempre que no soporten elevadas cargas mecánicas, especialmente dinámicas. Además, sin necesidad de conocimientos técnicos muy específicos, se pueden obtener fundiciones con características muy buenas para numerosas aplicaciones. Las funciones son mas baratas que los aceros , su fabricación es mas sencilla, con instalaciones menos costosas y temperaturas de fusión mas bajas. -

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Metálicos no ferrosos.

Los metales no ferrosos son aquellos en cuya composición no se encuentra el hierro. Los materiales ferrosos son, en general, las más empleados por su bajo coste, la facilidad de su obtención, su elevada resistencia mecánica, etc., no obstante, en ocasiones, los requerimientos técnicos en determinadas aplicaciones industriales, obligan a recurrir a otros materiales, como son los metales no ferrosos, con otras características como, menor punto de fusión, menor resistividad o mayor resistencia a la corrosión. En general los metales no ferrosos suelen ser blandos y presentan una reducida resistencia mecánica, por lo que se suelen alear para modificar éstas y otras propiedades. Los materiales metálicos no ferrosos se pueden clasificar de acuerdo a su densidad en: 

Pesados, si su densidad es mayor de 5 kg/dm3. Se incluyen: o Plomo. o Cobalto. o Cobre. o Estaño. o Zinc. o Cromo. o Níquel. o Wolframio.



Ligeros, si su densidad está comprendida entre 2 y 5 kg/dm3: o Titanio. o Aluminio.



Ultraligeros, si su densidad es menor de 2 kg/dm3 : o Magnesio.

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Cerámicos.

Los materiales cerámicos son aquellos materiales químicamente definidos como inorgánicos y no metálicos (compuestos por elementos metálicos y no metálicos), obtenidos por compactación de un polvo en la forma deseada para su uso, y consolidación de esa geometría mediante un proceso de cocción a alta temperatura, denominado sintonización. Los cerámicos son compuestos inorgánicos de elementos metálicos y no metálicos; dado el elevado número de combinaciones posibles de elementos existe una gran variedad de cerámicos, con una amplia gama de propiedades y disponibles para una amplia gama de aplicaciones. No obstante, los materiales cerámicos, generalmente, son duros, frágiles, de alto punto de fusión, de baja conductividad térmica y eléctrica, con una cierta estabilidad química y térmica, y alta resistencia a la compresión. Desde el punto de vista químico, sus átomos se unen mediante enlaces iónicos y covalentes, estos enlaces son más fuertes que los metálicos, por lo tanto son materiales con mayor dureza, resistencia eléctrica y térmica.

Además, poseen:

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

baja conductividad eléctrica y térmica,



gran resistencia mecánica al rozamiento, al desgaste y a la cizalladura,



resistencia a las altas temperaturas,



mantenimiento de propiedades mecánicas a altas temperaturas,



gran estabilidad química y resistencia a la corrosión,



amplia gama de cualidades eléctricas,



alta dureza, fragilidad, e indeformabilidad en general,



densidad media - baja (varía según el grado de compacidad o porosidad del material),



buenas propiedades ópticas.

En general, los materiales cerámicos se suelen dividir en estos dos grandes grupos: 

cerámicos tradicionales: son los ladrillos y tejas utilizados en la industria de la construcción y las porcelanas eléctricas de uso en la industria eléctrica.



cerámicos avanzados o industriales: constituidas por compuestos puros o casi puros (óxido de aluminio, carburo de silicio, nitruro de silicio, etc), proporcionan alta resistencia a temperaturas extremadamente altas, bajo peso, alta dureza y alta resistencia a la corrosión. Se emplean para componentes para turbinas, para automóviles, para usos aeroespaciales, intercambiadores de calor, prótesis, herramientas de corte, etc.

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Compuestos.

Se denomina material compuesto a todo material combinado a partir de una unión (no química) de dos o mas componentes que da lugar a una combinación de propiedades especificas que no es posible de obtener en los materiales originales. A menudo la tecnología actual exige materiales con elevados requerimientos, como por ejemplo, materiales con propiedades mecánicas y térmicas elevadas y densidades mínimas, o materiales de elevada dureza y también elevada tenacidad; en estos casos, se recurre a los materiales compuestos, denominándose como tal los materiales formados por dos o más componentes que manteniendo su identidad bien diferenciada a nivel microscópico, dan lugar a un material macroscópicamente homogéneo. En cualquier material compuesto se diferencian la matriz (o fase matriz), que es el elemento más abundante y cuyas propiedades hay que potenciar, y el refuerzo (agente reforzante), siendo éste el elemento que está en menor proporción y el que potencia.

Las características que definen a los materiales compuestos son: 

Deben estar formados por dos (o más) materiales distintos y separables mecánicamente. Los componentes de un material compuesto no deben disolverse ni fusionarse completamente unos con otros.



Deben poder fabricarse por medio de la mezcla de aquellos, de manera que la dispersión de uno en otro se pueda efectuar de manera controlada.

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

Deben dar lugar a una combinación de propiedades que sea superior a las de sus componentes por separado (efecto sinérgico).

La selección de una u otra matriz depende de los requerimientos de la aplicación, diferenciándose en función del tipo de matriz, diferentes tipos de materiales compuestos: 

Compuestos de matriz polimérica. Se combinan (como refuerzo) con fibras de vidrio, de carbono...y son los de mayor importancia tecnológica.



Compuestos de matriz metálica. Aluminio y partículas de SiC, titanio con SiC,...para aplicaciones donde se requiere alta rigidez, resistencia y módulo específico, asimismo, los materiales para corte de metales son compuestos de matriz metálica con refuerzos cerámicos. También se utilizan en el sector eléctrico y electrónico, para obtener materiales con una máxima transferencia de calor, combinada con una mínima distorsión térmica.



Compuestos de matriz cerámica. Se suelen utilizar como materiales con resistencia a elevadas temperaturas normalmente con matriz de alúmina (Al2O3) o carburo de silicio (SiC), reforzado con fibras metálicas, fibra de carbono o fibras cerámicas.

El campo de aplicación de estos materiales es amplísimo, con materiales compuestos podemos producir materiales...