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UNIDAD. I. CLASIFICACION DE LOS MATERIALES

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INTRODUCCION A LA CIENCIA E INGENIERIA DE LOS MATERIALES


La mayoría de los materiales de la ingeniería están divididos en tres grupos. MATERIALES METALICOS Estos materiales son sustancias inorgánicas que están compuestas de uno o mas elementos metálicos , pudiendo contener también algunos elementos no metálicos , ejemplo de elementos metálicos son hierro cobre , aluminio , níquel y titanio mientras que como elementos no metálicos podríamos mencionar al carbono. 12/04/2010


LOS MATERIALES DE CERAMICA Como los ladrillos , el vidrio la loza , los ailantes y los abrasivos tienen escasas conductividad tanto eléctrica como térmica y aunque pueden tener buena resistencia y dureza son deficientes en ductilidad , conformabilidad y resistencia al impacto..

POLIMEROS

en estos se incluyen el caucho (el hule) , los plásticos y muchos tipos de adhesivos. Son grandes estructuras moleculares creadas a partir de moléculas orgánicas. Tienen baja conductividad eléctrica y térmica, reducida resistencia y debe evitarse su uso a temperaturas elevadas. 12/04/2010


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MATERIAL APLICACIONES Madera Muebles.

Estructuras. Embarcaciones .

Metal

Plástico

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PROPIEDADES

No conduce el calor ni la electricidad. Fácil de trabajar.

ESTRUCTURA Pino. Roble. Haya.

Acero. Buen conductor Cobre. Clips. Cuchillas. del calor y la Estaño. electricidad. Cubiertos. Aluminio. Dúctil y maleable. Estructuras.

Bolígrafos. Carcasas de electrodomésti cos. Envases.

Ligero. Mal conductor del calor y la electricidad.

PVC. PET. Porexpán (corcho blanco). Metacrilato.


MATERIAL Madera

Metal

Plástico

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APLICACIONES Muebles. Estructuras. Embarcacione s. Clips. Cuchillas. Cubiertos. Estructuras. Bolígrafos. Carcasas de electrodomésti cos. Envases.

PROPIEDADES

No conduce el calor ni la electricidad. Fácil de trabajar. Buen conductor del calor y la electricidad. Dúctil y maleable. Ligero. Mal conductor del calor y la electricidad.


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Aplicaciones de los materiales: Principales apli-caciones de los materiales; en particular aquellos relacionados con la orientación. Elaboración de criterios tendientes a la raciona-lización y optimización de éstos. Riesgos: Personales, sociales y ambientales ocasionados por su obtención, transporte, aplicación y almacenamiento de materiales según su utilización.

Rela-ción entre las propiedades de los materiales y el campo de aplicación: Selección de materiales para aplicaciones específicas. Producción y comercialización de materias primas: Diferenciación entre materias primas e insumos. Nociones sobre métodos de búsqueda, extrac-ción y/o obtención, producción y comercialización de los diversos materiales.

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SELECCIÓN DE LOS MATERIALES


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SELECCIÓN DE LOS MATERIALES


Conocer los materiales: Criterios de clasificación Análisis de los materiales: Variables vinculadas a un proyecto: Propiedades. Especificaciones (normalización). Accesibilidad y utilización adecuada. Propiedades: Propiedades físicas, químicas, biológicas. Tipos de materiales usados actualmente según los procesos relevantes: Cerámicos. Metálicos. Polímeros naturales y artificiales, vidrios, sustratos. Materiales químicos. Hidrocarburos. Transformaciones de los materiales: Máquinas y herramientas utilizadas en la transformación de los materiales. Procesos de fabricación.

CONOCER LAS PROPIEDADES FÍSICAS DETERMINANTES DE LOS MATERIALES Y UTILIZADOS EN LOS PROCESOS PRODUCTIVOS 12/04/2010


UNIDAD II. ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES.

Átomo es la porción más pequeña de la materia Los átomos están formados por un núcleo, de tamaño reducido y cargado positivamente, rodeado por una nube de electrones, que se encuentran en la corteza. ESTRUCTURA ATOMICA 12/04/2010


Los átomos están formados por un núcleo, de tamaño reducido y cargado positivamente, rodeado por una nube de electrones, que se encuentran en la corteza. Es una partícula elemental con carga eléctrica negativa igual a 1,602 · 10-19 Coulomb y masa igual a ELECTRÓN 9,1093 · 10-28 g, que se encuentra formando parte de los átomos de todos los elementos.

NEUTRÓN

Es una partícula elemental eléctricamente neutra y masa ligeramente superior a la del protón (mneutrón=1.675 · 10-24 g), que se encuentra formando parte de los átomos de todos los elementos.

PROTÓN

Es una partícula elemental con carga eléctrica positiva igual a 1,602 · 10-19 Coulomb y cuya masa es 1837 veces mayor que la del electrón (mprotón=1.673 · 10-24 g). La misma se encuentra formando parte de los átomos de todos los elementos.

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ESTRUCTURA ATOMICA


La materia es todo aquello que tiene masa e inercia y ocupa un lugar en el espacio Cada estado de la materia tiene particularidades diferentes: Tienen volumen y forma definidos.

Sólidos

Sus partículas están ordenadas y muy próximas entre sí. Forman una estructura firme. Tienen un volumen fijo, pero varían su forma según su recipiente.

Líquidos

Sus partículas están en contacto, aunque pueden cambiar de posición.

Sus partículas se pueden mover con libertad. No tienen volumen fijo.

Gaseosos

Sus partículas están muy separadas. Se mueven con gran facilidad y llenan todo el espacio en el que se encuentran.

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ESTRUCTURA ATOMICA


Propiedades de la materia La materia es dúctil cuando se puede estirar en hilos o alambres. Maleabilidad y ductilidad La materia es maleable cuando se puede extender en planchas o láminas. Se puede moldear. Viscosidad

Una sustancia viscosa es aquella que fluye o se desliza con dificultad. Por ejemplo, la miel es muy viscosa y en cambio el agua no.

Densidad

Aunque dos objetos tengan el mismo tamaño no tienen por qué tener la misma masa y por eso no pesarán lo mismo. El que sea más denso pesará más porque tiene más cantidad de materia en el mismo volumen. Un trozo de hierro y otro de esponja del mismo tamaño no pesan lo mismo porque tienen diferente densidad.

Elasticidad

La materia que es elástica puede deformarse y volver de nuevo a su estado original cuando cesa la fuerza que provocó la deformación. El chicle, por ejemplo, es un material muy elástico.

Conductivi La conductividad es la propiedad de conducir el calor o la electricidad. Los metales son muy buenos conductores de la electricidad, la madera dad no. 12/04/2010

ESTREUCTURA ATOMICA


La materia cambia El calor produce cambios de estado en la materia, que se denominan progresivos (cuando absorben calor) y regresivos (cuando desprenden calor). Los cambios que pueden darse son los siguientes:

Sólido a líquido: fusión. Sólido a gas: sublimación. Líquido a gas: vaporización. Líquido a sólido: solidificación. Gas a líquido: condensación o licuación. Gas a sólido: sublimación inversa. 12/04/2010

ESTRECTURA ATOMICA


Estructura cristalina El estado cristalino de la materia es el de mayor orden, es decir, donde las correlaciones internas son mayores y a mayor rango de distancias. Y esto se refleja en sus propiedades que son anisotrópicas y discontínuas. Suelen aparecer como entidades puras, homogéneas y con formas geométricas definidas (hábitos) cuando están bien formados. 12/04/2010

La figura de la deracha muestra una representación de las caras de un cristal determinado ARREGLOS ATOMICOS

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estructura cristalina está caracterizada microscópicamente por la agrupación de iones, átomos o moléculas según un modelo de repetición periódica

Modelo atómico en un material ordenado (cristal)

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Modelo atómico de un vidrio ARREGLOS ATOMICOS


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ARREGLOS ATOMICOS


En la estructura cristalina (ordenada) de los materiales inorgánicos, los motivos repetitivos son átomos o iones enlazados entre sí, de modo que generalmente no se distinguen unidades aisladas y de ahí su estabilidad y dureza (cristales iónicos, fundamentalmente

Estructura cristalina de un material inorgánico: el alfa-cuarzo

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ARREGLOS ATOMICOS


Pirita (sulfuro de hierro)

Cuarzo (di贸xido de silicio)

Diamante (carbono puro)

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Escapolita (silicato de Al ...)

ARREGLOS ATOMICOS


Estructura cristalina de un material orgรกnico: cinnamida 12/04/2010

ARREGLOS ATOMOICS


Diamante, con estructura muy compacta

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ARREGLOS ATOMICOS


Grafito, con estructura at贸mica en l谩minas

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ARREGLOS ATOMICOS


Entre los defectos puntuales que pueden aparecer entre los defectos cristalinos son: -Vacante. (Que es el mas simple defecto puntual). -Defecto Frenkel -Defecto Schottky -Defectos de Líneas (Dislocaciones) - Dislocaciones de cuñas - Dislocaciones Helicoidales - Dislocaciones Mixtas. 12/04/2010

IMPERFECCIONES EN LOS ARREGLOS ATOMICOS


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IMPERFECCIONES EN LOS ARREGLOS ATOMICOS


En los materiales metálicos, los defectos como las dislocaciones, defectos puntuales y límites de grano sirven como obstáculo a las dislocaciones.

Es posible controlar la resistencia de un material metálico controlando la cantidad y el tipo de imperfección Importancia de los defectos de superficie: -En todos los casos provocan irregularidades en la red cristalina del material Importancia de los defectos puntuales: -Se incrementa la resistencia mecánica del material. Importancia de las dislocaciones (defectos lineales): -Es un mecanismo para la deformación plástica de los metales, ya que el esfuerzo aplicado causa el movimiento de las dislocaciones.

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IMPERFECCIONES EN LOS ARREGLOS ATOMICOS


Es el movimiento de los átomos, iones o moléculas, dentro de un material. Estos se mueven de manera predecible, tratando de eliminar diferencias de concentración y producir una composición homogénea y uniforme. Observar la evolución de una gota de tinta en un vaso de agua , o de un cristal de alguna sustancia coloreada en el solvente adecuado, los olores que llegan a nosotros, son experiencias diarias de fenómenos de difusión en gases y líquidos, estados en los que por su misma situación de movilidad, los átomos difunden con rapidez. Sin embargo este fenómeno es una tendencia general en la naturaleza, y aunque más lento, es igualmente observable en sólidos, tendiendo a homogeneizar las “imperfecciones”.

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MOVIMIENTOS DE LOS ÀTOMOS EN LOS MATERIALES


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Se han definido como sólidos a aquellos materiales cuyos átomos, iones o moléculas están ordenados en una forma fija y regular de mínima energía, llamada red cristalina. Aún siendo regulares, las redes cristalinas naturales pocas veces son perfectas: la descripción y el control de las imperfecciones existentes, y aún la creación de imperfecciones en una red cristalina perfecta, son un aspecto importantísimo de la ingeniería de los materiales.

Las imperfecciones de la red pueden consistir en la ausencia de uno o mas átomos en los puntos correspondientes de la misma (vacancias) ó en la aparición de un átomo diferente (de mayor o menor radio) lo que provoca tensiones y distorsiones en la red. Los átomos más pequeños pueden acomodarse también en los huecos dejados por los átomos de la red (sitios intersticiales) constituyendo otro tipo de imperfección

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El movimiento de las moléculas dentro de cualquier material depende de la energía cinética (calor), esto hará que tenga su estado de agregación (sólido, líquido...). Si estás hablando del sólido, no hay desplazamiento ni variación extrema en la distancia molecular. Algo así como un "temblor", que será proporcional a su temperatura. La rigidez y maleabilidad, son cualidades en su relación intermolecular, cuánta cohesión entre sus moléculas casi nulo o nulo ya que son metales los enlaces atómicos son fijos cuando un metal se expande estos enlaces se expanden y cuando se enfría se contrae cuando un metal esta a altas temperaturas el metal se funde y los átomos toman movimientos mas activos

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MOVIMIENTOS DE ATOMOS EN LOS MATERIALES


LA DIFERENCIA ENTRE LOS ELEMENTOS ESTÁ DADA POR LA CANTIDAD DE PROTONES EN LOS NÚCLEOS DE SUS RESPECTIVOS ÁTOMOS. ES ESA DIFERENCIA LA QUE HACE QUE LOS MATERIALES QUE VEMOS ARRIBA SE PRESENTEN TAN DISTINTOS ENTRE SÍ.

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LOS ELECTRONES SIGUEN ÓRBITAS EXTREMADAMENTE COMPLEJAS DENTRO DEL ÁTOMO. AUNQUE EL AMBIENTE EN EL QUE SE MUEVEN ES MUCHO MÁS TUMULTUOSO QUE EL TRÁFICO DE UNA GRAN CIUDAD, NUNCA OCURRE UN ACCIDENTE.

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UNIDAD III. PROPIEDADES FÌSICA DE LOS MATERIALES

Las propiedades físicas son aquellas en las que se mantienen las propiedades Originales de la sustancia ya que sus moléculas no se modifican .

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Las propiedades mecánicas de los materiales son las características inherentes que permiten diferenciar un material de otros, desde el punto de vista del comportamiento mecánico de los materiales en ingeniería, también hay que tener en cuenta el comportamiento que puede tener un material en los diferentes procesos de mecanizados que pueda tener. Entre estas características mecánicas y tecnológicas destacan: Resistencia a esfuerzos de tracción, compresión, flexión y torsión, así como desgaste y fatiga, dureza ,resistencia, elasticidad, tenacidad, fragilidad, cohesión, plasticidad, ductilidad, maleabilidad, porosidad, magnetismo, las facilidades que tenga el material para soldadura, mecanizado, tratamiento térmico así como la resistencia que tenga a los procesos de oxidación, corrosión. Asimismo es interesante conocer el grado de conductividad eléctrica y la conductividad térmica que tenga y las facilidades que tenga para formar aleaciones

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PROPIEDADES Y COMPORTAMIENTO MECÁNICO


Aparte de estas propiedades mecánicas y tecnológicas cabe destacar cuando se elige un material para un componente determinado, la densidad de ese material, el color, el punto de fusión la disponibilidad y el precio que tenga. Debido a que cada material se comporta diferente, es necesario analizar su comportamiento mediante pruebas experimentales.. •Entre las propiedades mecánicas más comunes que se mide en los materiales están la resistencia a tracción, a compresión, la deformación, el coeficiente de Poisson y el módulo de elasticidad o módulo de Young

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La dureza de un material es regulada por el número y movimiento de las dislocaciones. La tensión requerida para mover las dislocaciones es bastante menor en los metales puros. Consecuentemente, para endurecer metales lo primero será inhibir el movimiento de las dislocaciones mediante una generación interna de tensiones que se opongan a ese movimiento, o mediante la colocación de partículas en su trayectoria, por lo que las dislocaciones han de rodear o cortar esas partículas. Son cuatro los principales mecanismos de endurecimiento que se podrían discutir: Endurecimiento Endurecimiento Endurecimiento Endurecimiento 12/04/2010

por deformación. de la micro estructura. por partículas. por solución sólida. MECANISMOS DE ENDURECIMIENTO.


La solidificación es un proceso físico que consiste en el cambio de estado de la materia de líquido a sólido producido por una disminución en la temperatura. Es el proceso inverso a la fusión. En general, los compuestos disminuyen de volumen al solidificarse, aunque no sucede en todos los casos; en el caso del agua aumenta.

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SOLIDIFICACIÓN


Se conoce como tratamiento térmico el proceso al que se someten los metales u otros sólidos con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la tenacidad. Los materiales a los que se aplica el tratamiento térmico son, básicamente, el acero y la fundición, formados por hierro y carbono.También se aplican tratamientos térmicos diversos a los sólidos cerámicos.

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TRATAMIENTOS TÉRMICOS


UNIDAD IV. DIAGRAMA DE FASES

EL SISTEMA HETEROGÉNEO IMPLICA EL CONCEPTO DE FASE. FASE ES TODA PORCIÓN DE UN SISTEMA CON LA MISMA ESTRUCTURA O ARREGLO ATÓMICO, CON APROXIMADAMENTE LA MISMA COMPOSICIÓN Y PROPIEDADES EN TODO EL MATERIAL QUE LA CONSTITUYE Y CON UNA INTERFASE DEFINIDA CON TODA OTRA FASE VECINA. UNA SOLUCIÓN SÓLIDA ES UNA SOLUCIÓN EN ESTADO SÓLIDO DE UNO O MÁS SOLUTOS EN UN SOLVENTE. TAL MEZCLA ES CONSIDERADA UNA SOLUCIÓN EN LUGAR DE UN COMPUESTO SIEMPRE QUE LA ESTRUCTURA CRISTALINA DEL DISOLVENTE PERMANEZCA SIN CAMBIOS AL SER SUSTITUIDOS SUS ÁTOMOS POR LOS ÁTOMOS DE LOS SOLUTOS Y ADEMÁS LA MEZCLA PERMANEZCA HOMOGÉNEA. EL SOLUTO PUEDE INCORPORARSE DENTRO DE LA ESTRUCTURA CRISTALINA DEL DISOLVENTE BIEN MEDIANTE SUSTITUCIÓN, REEMPLAZANDO CADA PARTÍCULA DEL DISOLVENTE POR UNA PARTÍCULA DEL SOLUTO, O BIEN DE FORMA INTERSTICIAL, ENCAJÁNDOSE CADA PARTÍCULA DE SOLUTO DENTRO DEL ESPACIO QUE HAY ENTRE PARTÍCULAS DEL DISOLVENTE. AMBOS TIPOS DE SOLUCIÓN SÓLIDA AFECTAN A LAS PROPIEDADES DEL MATERIAL YA QUE DISTORSIONAN, AUNQUE SEA POCO, LA ESTRUCTURA CRISTALINA Y PORQUE PERTURBAN LA HOMOGENEIDAD FÍSICA Y ELÉCTRICA DEL MATERIAL DISOLVENTE. ALGUNAS MEZCLAS CONSTITUIRÁN FÁCILMENTE SOLUCIONES SÓLIDAS EN UN DETERMINADO RANGO DE CONCENTRACIONES, MIENTRAS QUE OTRAS MEZCLAS NO CONSTITUIRÁN NUNCA SOLUCIONES SÓLIDAS. LA PROPENSIÓN DE DOS SUSTANCIAS A FORMAR UNA SOLUCIÓN SÓLIDA ES UN ASUNTO COMPLICADO QUE DEPENDERÁ DE LAS PROPIEDADES QUÍMICAS, CRISTALOGRÁFICAS Y CUÁNTICAS DE LOS MATERIALES EN CUESTIÓN. POR REGLA GENERAL, SE PUEDEN FORMAR SOLUCIONES SÓLIDAS SIEMPRE QUE SOLVENTE Y SOLUTO TENGAN:

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SOLUCIONES SÒLIDAS Y DIAGRAMAS DE FASE


•SIMILAR RADIO ATÓMICO (MENOS DEL 15 % DE DIFERENCIA, PARA TENER SOLUBILIDAD TOTAL): CUANTO MAS SIMILARES SEAN, MENOR DISTORSION DE RED Y POR TANTO MAYOR SOLUBILIDAD. •IGUAL ESTRUCTURA CRISTALINA. •SIMILAR ELECTRONEGATIVIDAD: LOS METALES DEBEN TENER POCA AFINIDAD ELECTROQUIMICA PARA FORMAR SOLUCION SOLIDA. EN CASO DE TENER GRAN AFINIDAD ELECTROQUIMICA SE PIERDE EL CARACTER METALICO Y SE REFUERZA EL CARACTER IONICO O COVALENTE EN LA ALEACION. •SIMILAR VALENCIA: SI EL SOLUTO APORTA MAS ELECTRONES A LA NUBE ELECTRONICA QUE EL DISOLVENTE SE FAVORECE LA SOLUBILIDAD. EN LOS MINERALES QUE APARECEN DE FORMA NATURAL EN LAS ROCAS ES MUY FRECUENTE LA EXISTENCIA DE SOLUCIONES SÓLIDAS, DE FORMA QUE LA SUSTITUCIÓN DE UNOS ÁTOMOS POR OTROS EN LA ESTRUCTURA CRISTALINA PRODUCE DISTINTAS VARIEDADES DEL MISMO MINERAL O INCLUSO SON CONSIDERADOS MINERALES DISTINTOS CUANDO LAS PROPIEDADES CAMBIAN MUCHO. PROPIEDADES VARÍAN EN FORMA CONTINUA CON LAS VARIABLES INTENSIVAS. EJEMPLOS DE PROPIEDADES: DENSIDAD, SUSCEPTIBILIDAD MAGNÉTICA, RESISTIVIDAD ELÉCTRICA, ETC. VARIABLES INTENSIVAS: SON AQUELLAS QUE NO DEPENDEN DEL TAMAÑO DEL SISTEMA. LAS VARIABLES INTENSIVAS SON: LA COMPOSICIÓN, LA TEMPERATURA Y LA PRESIÓN. NÓTESE QUE ESTAS VARIABLES APARECEN EN LA ESPECIFICACIÓN DE EQUILIBRIO QUÍMICO. VARIABLES EXTENSIVAS: SON AQUELLAS QUE SÍ DEPENDEN DEL TAMAÑO (EXTENSIÓN, MASA) DEL SISTEMA. EJEMPLOS: CALOR, VOLUMEN, ENERGÍA INTERNA, ENERGÍA LIBRE DE GIBBS. FRECUENTEMENTE PARA ESPECIFICAR ESTAS VARIABLES SE PRECISA EL TAMAÑO DEL SISTEMA, POR EJEMPLO: UN MOL 12/04/2010

SOLUCIONES SOLIDAS Y DIAGRAMAS DE FASES


si una variable intensiva cambia de valor y no se produce una discontinuidad en ninguna propiedad, entonces no se ha producido ningún cambio de fase. Por el contrario, si se detectase una discontinuidad en la curva D(T), tal discontinuidad se asocia a un cambio de fase. Diagrama: es una representación, en este caso de las fases presentes bajo condiciones de equilibrio químico, en función de las variables intensivas del sistema. Cuando las variables intensivas no son muy numerosas se procura emplear una representación gráfica. Cambios de fase Diagramas binarios de fases condensadas de enlace fuerte. Un diagrama binario es un diagrama de dos componentes; por lo tanto, habrá un sólo grado de libertad por composición. Ejemplos: Fe-C, Cu-Ni, etc. Consideremos diagramas binarios de fases condensadas de enlace fuerte. Esto nos permite no considerar la variable presión, dentro de un cierto margen. De modo que tendremos sólo dos grados de libertad a tomar en cuenta: un grado de libertad por la Temperatura y otro grado de libertad por Composición

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SOLUCIONES SOLIDAS Y DIAGRAMAS DE FASES


•Endurecimiento por precipitación (envejecimiento); El proceso del endurecimiento se usa para aumentar la solidez de muchas aleaciones de aluminio y otros metales. El objeto del endurecimiento por precipitación es crear, en una aleación tratada térmicamente, una densa y fina dispersión de partículas precipitadas en una matriz de metal deformable. Las partículas precipitadas actúan como obstáculos al movimiento de las dislocaciones, y de ese modo consolidan la aleación tratada térmicamente. Al envejecimiento de la aleación a temperatura ambiente se le denomina envejecimiento natural, mientras que el envejecimiento a elevadas temperaturas se denomina envejecimiento artificial. •Aleaciones de aluminio forjado; las aleaciones de aluminio en formas usuales para forja son clasificadas de acuerdo con los elementos aleantes principales que contenga la aleación. Para identificar las aleaciones de aluminio forjado se utiliza una designación numérica de cuatro dígitos. Las aleaciones de Aluminio para forja pueden ser divididas en dos grupos: - Aleaciones no tratables térmicamente. - Aleaciones tratables térmicamente.

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ENDURECIMIENTO MEDIANTE TRANSFORMACINES DE FASE


Aplicación industrial

DIAGRAMA DE FASES MOSTRANDO SOLUCIONES SÓLIDAS EN TODO EL RANGO DE CONCENTRACIONES RELATIVAS EL DIAGRAMA DE FASES DE LA FIGURA MUESTRA UNA ALEACIÓN DE DOS METALES QUE FORMAN UNA SOLUCIÓN SÓLIDA A TODAS LAS CONCENTRACIONES RELATIVAS DE LAS DOS ESPECIES. EN ESTE CASO, LA FASE PURA DE AMBOS ES DE IDÉNTICA ESTRUCTURA CRISTALINA, Y LAS PROPIEDADES SIMILARES DE LOS DOS ELEMENTOS PERMITE SUSTITUCIONES PARCIALES EN TODA LA AMPLIA GAMA DE CONCENTRACIONES RELATIVAS DE LOS DOS METALES. LAS SOLUCIONES SÓLIDAS TIENEN IMPORTANTES APLICACIONES COMERCIALES E INDUSTRIALES, TALES COMO LA OBTENCIÓN DE MEZCLAS QUE PUEDEN TENER PROPIEDADES SUPERIORES A LAS DE LOS MATERIALES PUROS. MUCHAS ALEACIONES DE METALES SON SOLUCIONES SÓLIDAS. INCLUSO PEQUEÑAS CANTIDADES DE SOLUTO PUEDEN AFECTAR A LAS PROPIEDADES FÍSICAS Y ELÉCTRICAS DEL SOLVENTE.

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ENDURECIMIENTO MEDIANTE TRANSFORMACINES DE FASE


Diagramas de Fases Diagramas de fases son representaciones gráficas temperatura vs. composición a presión constante, que permiten conocer: - las fases presentes para cada temperatura y composición - solubilidades a diferentes temperaturas de un componente en otro - temperatura de solidificación, etc. Los diagramas de fases se construyen a partir de datos experimentales de Análisis Térmico diferencial (ATD), observación metalográfica y difracción de rayos X.

Regla de las fases (Gibbs) FASES + GRADOS DE LIBERTAD = COMPONENTES + 2 ( si la presión se mantiene constante F + L = C + 1 )

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ENDURECIMIENTO MEDIANTE TRANSFORMACINES DE FASE


Clasificación simplificada de los diagramas de fases en metales Solubilidad total en estado líquido - solubilidad total en estado sólido presentan únicamente líneas de líquidus y sólidus, forman soluciones sólidas substitucionales Reglas de Hume - Rothery (para que dos metales formen soluciones sólidas substitucionales) deben cristalizar en el mismo sistema tener idéntica valencia igual carácter electroquímico diámetros atómicos que no difieran en más del 15% - insolubilidad total en estado sólido - aparición de un punto invariante (eutéctico E) - transformación eutéctica: Líquido--> Sólido A + Sólido B - la curva de enfriamiento de una composición eutéctica sigue el mismo patrón que la de un metal puro - el eutéctico presenta una morfologia característica 12/04/2010

ENDURECIMIENTO MEDIANTE TRANSFORMACINES DE FASE


UNIDAD V. METALES FERROSOS Y NO FERROSOS

METALES NO FERROSOS CLASIFICACIÓN DE LOS METALES NO FÉRRICOS Aunque los productos ferrosos todavía siguen siendo los metales más utilizados en la actualidad, el resto de metales, es decir, los metales no férreos, son cada día más imprescindibles y se emplean cada vez más en la industria para la fabricación de multitud de productos. Los metales no ferrosos se pueden clasificar, según su peso específico, en pesados, ligeros y ultraligeros:

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MATERIALES NO FERROSOS


En general, los metales no ferrosos son blandos y tienen poca resistencia mecánica. Para mejorar sus propiedades se alean con otros metales. Los metales no ferrosos, ordenados de mayor a menor utilización, son: cobre (y sus aleaciones), aluminio, estaño, plomo, cinc, níquel, cromo, titanio y magnesio.

El aluminio tiene una estructura cúbica centrada en las caras y es dúctil incluso a temperatura ambiente. La principal limitación del aluminio es la baja temperatura de fusión 660ºC, que restringe su campo de aplicación

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ESTAÑO.Se trata de un metal bastante escaso en la corteza terrestre. Afortunadamente, se suele encontrar concentrado en minas, aunque la riqueza suele ser bastante baja (del orden del 0,02%).El mineral de estaño más explotado es la casiterita(ver imágen inferior) , en el que este metal se encuentra en forma de óxido (SnO2). MATERIALES NO FERROSOS


Se llaman productos ferrosos o férreos aquellos que se derivan del hierro, siendo éste el elemento predominante. En una primera clasificación podemos distinguir cuatro tipos de productos férreos, dependiendo del tanto por ciento de carbono que contenga la aleación. 3.1 Clasificación Hierros. Es un producto siderúrgico obtenido industrialmente, su porcentaje de hierro varía desde el 99,90% hasta el 99,99%. El hierro puro no suele tener muchas aplicaciones industriales, se emplea en electricidad y en electrónica (ferritas). Aceros. Son aleaciones de hierro-carbono, cuyo porcentaje de carbono oscila entre el 0,03% y el 1,76%. Clasificación de los aceros Aceros no aleados Aceros aleados o aceros especiales Presentación comercial del acero Barras. Se obtienen por laminación en caliente / frío. Si el diámetro de los redondos es menor de 5mm y tiene una gran amplitud se llaman alambres. Cuando el espesor de las pletinas es muy pequeño y tiene gran longitud se denominan flejes. Todos ellos se caracterizan por ser macizos (no huecos). Perfiles. Se obtienen por laminación. Su longitud es de 5 a 12 metros. Palastros. Son chapas laminadas, cuyas medidas oscilan entre 1 x 2 metros y 3 x 3 metros. Fundiciones. Es una aleación hierro-carbono en la que el contenido de carbono está entre el 2 y el 6 por 100 (aprox.)

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MATERIALES FERROSO


Soldadura de Arco: (electrica)

Empleada en industria automotriz y en algunas aplicaciones industriales que requieren alta precision en las uniones, tambien se usa en peque単os trabajos de joyeria y bisuteria

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OBTENCION DEL COBRE

APLICACION DE LOS MATERIALES FERROSOS


UNIDAD VI.CORROSION La corrosión se define como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno. De manera más general, puede entenderse como la tendencia general que tienen los materiales a buscar su forma más estable o de menor energía interna. Siempre que la corrosión esté originada por una reacción electroquímica (oxidación), la velocidad a la que tiene lugar dependerá en alguna medida de la temperatura, de la salinidad del fluido en contacto con el metal y de las propiedades de los metales en cuestión. Otros materiales no metálicos también sufren corrosión mediante otros mecanismos La corrosión puede ser mediante una reacción química (oxidorreducción) en la que intervienen tres factores: •la pieza manufacturada •el ambiente •el agua O por medio de una reacción electroquímica.

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MECANISMOS DE CORROSION


APROXIMACIÓN A LA CORROSIÓN DE LOS METALES ESQUEMA DE OXIDACIÓN DEL HIERRO, EJEMPLO DE CORROSIÓN DEL TIPO POLARIZADA. LA MANERA DE CORROSIÓN DE LOS METALES ES UN FENÓMENO NATURAL QUE OCURRE DEBIDO A LA INESTABILIDAD TERMODINÁMICA DE LA MAYORÍA DE LOS METALES. EN EFECTO, SALVO RARAS EXCEPCIONES (EL ORO, EL HIERRO DE ORIGEN METEORÍTICO) LOS METALES ESTÁN PRESENTES EN LA TIERRA EN FORMA DE ÓXIDO, EN LOS MINERALES (COMO LA BAUXITA SI ES ALUMINIO, LA HEMATITA SI ES HIERRO...). DESDE LA PREHISTORIA, TODA LA METALURGIA HA CONSISTIDO EN REDUCIR LOS ÓXIDOS EN BAJOS HORNOS, LUEGO EN ALTOS HORNOS, PARA FABRICAR EL METAL. LA CORROSIÓN, DE HECHO, ES EL REGRESO DEL METAL A SU ESTADO NATURAL, EL ÓXIDO. A MENUDO SE HABLA DEL ACERO INOXIDABLE. EL TÉRMINO ES IMPROPIO, POR DOS RAZONES: •ESTE TIPO DE ACERO CONTIENE ELEMENTOS DE ALEACIÓN (CROMO, NÍQUEL) QUE SE OXIDAN; A ESTA CAPA DE ÓXIDO SE DEBE LA PROTECCIÓN DEL ACERO; •NO ESTÁ PROTEGIDO MÁS QUE EN CIERTOS TIPOS DE AMBIENTE, Y SE CORROERÁ EN AMBIENTES DISTINTOS.

Esquema de oxidación del hierro, ejemplo de corrosión del tipo polarizada

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MECANISMOS DE CORROSION


Tipos de corrosión Corrosión electroquímica o polarizada La corrosión electroquímica se establece cuando en una misma superficie metálica ocurre una diferencia de potencial en zonas muy próximas entre sí en donde se establece una migración electrónica desde aquella en que se verifica el potencial de oxidación más elevado, llamado área anódica hacia aquella donde se verifica el potencial de reducción más bajo, llamado área catódica. CORROSIÓN POR OXÍGENO ESTE TIPO DE CORROSIÓN OCURRE GENERALMENTE EN SUPERFICIES EXPUESTAS AL OXÍGENO DIATÓMICO DISUELTO EN AGUA O AL AIRE, SE VE FAVORECIDO POR ALTAS TEMPERATURAS Y PRESIÓN ELEVADA ( EJEMPLO: CALDERAS DE VAPOR). CORROSIÓN MICROBIOLÓGICA ES UNO DE LOS TIPOS DE CORROSIÓN ELECTROQUÍMICA. ALGUNOS MICROORGANISMOS SON CAPACES DE CAUSAR CORROSIÓN EN LAS SUPERFICIES METÁLICAS SUMERGIDAS. SE HAN IDENTIFICADO ALGUNAS ESPECIES HIDRÓGENO DEPENDIENTES QUE USAN EL HIDRÓGENO DISUELTO DEL AGUA EN SUS PROCESOS METABÓLICOS PROVOCANDO UNA DIFERENCIA DE POTENCIAL DEL MEDIO CIRCUNDANTE. SU ACCIÓN ESTÁ ASOCIADA AL PITTING (PICADO) DEL OXÍGENO O LA PRESENCIA DE ÁCIDO SULFHÍDRICO EN EL MEDIO. EN ESTE CASO SE CLASIFICAN LAS FERROBACTERIAS. CORROSIÓN POR PRESIONES PARCIALES DE OXÍGENO EL OXÍGENO PRESENTE EN UNA TUBERÍA POR EJEMPLO, ESTÁ EXPUESTO A DIFERENTES PRESIONES PARCIALES DEL MISMO. ES DECIR UNA SUPERFICIE ES MÁS AIREADA QUE OTRA PRÓXIMA A ELLA Y SE FORMA UNA PILA. EL ÁREA SUJETA A MENOR AIREACIÓN (MENOR PRESIÓN PARCIAL) ACTÚA COMO ÁNODO Y LA QUE TIENE MAYOR PRESENCIA DE OXÍGENO (MAYOR PRESIÓN) ACTÚA COMO UN CÁTODO Y SE ESTABLECE LA MIGRACIÓN DE ELECTRONES, FORMÁNDOSE ÓXIDO EN UNA Y REDUCIÉNDOSE EN LA OTRA PARTE DE LA PILA.

12/04/2010

MECANISMO DE CORROSION


¿Porqúe Ocurre la Corrosión? La fuerza motriz que causa que un metal se corroa es consecuencia de su existencia natural en forma combinada. Para alcanzar el estado metálico se requiere una cantidad de energía. Esta energía varía de un metal a otro. Es relativamente alta para el magnesio, el aluminio y el hierro y relativamente baja para el cobre, la plata y el oro.

12/04/2010

EFECTOS DE CORROSION EN LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES


¿Cómo ocurre la Corrosión? Proceso electroquímico Ocurre por la diferencia de potencial entre dos metales diferentes en contacto … o por la diferencia de potencial entre diferentes áreas de un mismo metal, que forman una celda galvánica. En presencia de un electrolito Cada celda consiste de: un ánodo que produce electrones, de un cátodo y de un electrolito. El ánodo y el cátodo deben estar en contacto eléctrico para que ocurra la corrosión.

12/04/2010

EFECTOS DE CORROSION EN LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

CIENCIA DE LOS MATERIALES  

ELABORADO POR ROBERTO SOLIS CARDEÑO Y LETICIA CORONA GONZALEZ

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