domingo, 2 de marzo de 2014

Unidad 4 " Aplicaciob de los Materiales"

4.1.- Industria Básica
4.2.- Industria Metalmecanica
4.3.- Fabricación de componentes eléctricos y electrónicos
4.4.- Industria de la construcción


4.1.- Industria Básica
Se denomina industria básica y extractiva a aquella que elabora las materias primas que 
son utilizadas para la fabricación de productos elaborados. Es la industria que se dedica a 
extraer el mineral del subsuelo; lo muele y lava, funde y refina para obtener el metal que 
se utilizará para elaborar distintos productos. 

El proceso para la explotación inicia en la búsqueda de un yacimiento mineral (cateo). Lo 
sigue un estudio tecnológico y económico, además de un estudio de factibilidad. Una vez 
terminado eso, se hace la selección del método de explotación más adecuado al tipo de 
suelo y de mineral, los pasos para una vez obtenido lavar y refinar para la obtención del 
mineral puro. Cuando todo eso está contemplado, finalmente se inicia formalmente el 
proceso de explotación. 


Industria metalúrgica, siderúrgica y el proceso metalúrgico 

La industria metalúrgica transforma el metal extraído de las minas en lámina de metal, 
que la industria de la transformación utiliza para la fabricación de productos., mientras que 
la siderurgia es una industria metalúrgica dedicada exclusivamente al mineral del hierro 
para obtener su fundición y elaborar aceros. 

El proceso metalúrgico se divide en los siguientes puntos: 

Concentración del mineral: Separara la mayor cantidad posible de ganga mediante 
distintos métodos. 

Levigación: El mineral se somete a una corriente de agua que arrastra a las partes 
menos pesadas, y las mas pesadas ( mena ) va al fondo. 

Separación magnética: Se utiliza cuando la mena presenta propiedades 
magnéticas. 

Flotación: La mena es mojada por el aceite, el mineral finalmente triturado se mete 
en en un deposito con agua agitando la mezcla, la mena flota y la ganga se hunde. 

Tostación o calcinación: Transforma el mineral en oxido para después proceder a 
su reducción. La tostación se hace cuando el metal es un sulfuro, mientras que la 
calcinación se realiza cuando el metal es un carbono o un hidróxido. 

Reducción: Una vez esta el mineral en forma de óxido, se reduce mediante 
carbón, hidrógeno o otro metal. Para los óxidos de los alcalinos, de aluminio se 
usa la vía electrónica partiendo sus sales. 

Afino: Proceso destinado a eliminar las impurezas de los metales y purificarlos del 
todo. 

 4.2.- Industria Metalmecanica
La metalmecánica, estudia todo lo relacionado con la industria metálica, desde la 
obtención de la materia prima, hasta su proceso de conversión en metal o aleación y 
después el proceso de transformación industrial para la obtención de láminas, alambre, 
placas, etc. las cuales puedan ser procesadas, para finalmente obtener un producto de 
uso cotidiano. Un profesional de la industria metalmecánica, es aquel que es capaz de 
ejecutar tareas productivas de instalación y mantenimiento de estructuras y artefactos 
metálicos, gracias a procesos que se llevan a cabo de acuerdo a normas técnicas de 
calidad. 

Los procesos de producción más comunes son: la fundición para materia prima; el 
laminado de metales para hacer hojas metálicas, el proceso de extrusión para la 
obtención de barras o viguetas; e incluso la metalurgia de polvos para piezas especiales. 

Gracias a su gran diversidad, la industria metal mecánica está relacionada con 
prácticamente todas las industrias.
Los productos van desde repuestos y autopartes para vehículos, receptores de radio y 
TV, para aparatos de telefonía, refrigeradores, congeladores y aires acondicionados 
industriales hasta envases metálicos y productos de oficina. 

Los países con mayor industri metalmecánica son Estados Unidos, Japón, China, 
Alemania y España, los cuales mantienen filiales de multinacionales en varias naciones para la importación de sus maquinarias y la puesta en marcha de tecnología de 
vanguardia. 

4.3.- Fabricación de componentes eléctricos y electrónicos
4.3. Fabricación de componentes eléctricos 

Un componente eléctrico o electrónico es cada uno de los elementos que forman parte 
de un circuito electrónico. En un principio, se hacía la distinción de eléctrico para los 
elementos exclusivos de circuitos eléctricos, pero con el desarrollo del transistor y de 
elementos cada vez más pequeños, ahora se les denomina a todos componentes 
electrónicos. 

La distinción que se hace actualmente es entre un componente discreto y un circuito 
integrado: 

Los componentes discretos son aquellos que se encuentran encapsulados de uno 
en uno, ejemplo de estos son los condensadores (capacitores), las bombillas, los 
diodos, los focos LED, etc. 

Los circuitos integrados por su parte son un grupo de componentes simples que 
forman uno complejo y que tienen una función específica. En muchos casos, estos 
circuitos forman parte de un sistema más complejo. 



Los circuitos integrados han permitido reducir el tamaño de los dispositivos con el 
consiguiente descenso de los costos de fabricación y de mantenimiento de los sistemas, 
además de ofrecer mayor velocidad y fiabilidad. Sin embargo, tiene la desventaja de que 
no todos los componentes se integran con la misma facilidad: 

Los semiconductores como transistores y diodos, presentan menos problemas y 
menor costo en la integración. 
Las resistencias y condensadores aumentan el costo. 
Las bobinas no se integran por la dificultad física, igual que con relés, cristales de 
cuarzo, displays, transformadores y componentes que disipan una potencia 
considerable respecto de la que podrían soportar una vez integrados. 

Pasos de producción de un circuito integrado 

Los circuitos integrados requieren de un sistema de producción muy controlado, en donde 
la higiene también forma parte de ello. En muchas ocasiones la vestimenta es especial, 
incluyendo cofias o gorros, guantes, mascarillas y los lugares donde se realizan tienen las 
mismas normas que la industria farmacéutica. 

La producción de un circuito integrado puede dividirse en los siguientes pasos: 

a) Diseño del circuito que se quiere integrar. 

b) Máscara integrada con los semiconductores necesarios según el diseño del 
circuito. 

c) Oblea de silicio donde se fabrican en serie los chips. d) Corte del microchip. 

 e) Ensamblado del microchip en su encapsulado y a los pines correspondientes. 

 f) Terminación del encapsulado. 


 4.4.- Industria de la construcción
Cuando hablamos de la industria de la construcción nos referimos a todo tipo de industria 
que se dedique a construir viviendas, edificios, caminos, represas, muelles o cualquier 
otro tipo de obra. 

Es durante la revolución industrial, con el surgimiento de fábricas y la migración de las 
poblaciones rurales a las ciudades cuando se comienza a considerar la construcción 
como una industria, antes era un oficio que pasaba de generación en generación. 

El desarrollo económico de cualquier país no puede concebirse sin la evolución de la 
industria de la construcción y viceversa, pues la mitad de los sectores productivos de la 
economía se relacionan en mayor o menor grado con el sector de la construcción como 
proveedores directos. Así pues tenemos a la industria metalúrgica y siderúrgica, las 
cementeras, la industria metalmecánica (maquinaria), la industria petroquímica (breas, 
Escala de integración Nº 
componente
Aplicaciones típicas 
SSI: pequeña escala de integración <100 Puertas lógica y bi-estables 
MSI: media escala de integración 100 y 1000 Codificadores, sumadores y 
registros 
LSI: gran escala de integración 1000 y 
100000 
Circuitos aritméticos complejos y 
memorias 
VLSI: Muy alta escala de 
integración 
100000 y 
106

Microprocesadores, memorias y 
microcontroladores 
ULSI: Ultra alta escala de 
integración 
+ 106
 Procesadores digitales y 
microprocesadores avanzados neumáticos e hidrocarburos) y por supuesto, las empresas tecnológicas, todas 
interactuando entre sí con la industria de la construcción. 

El reto actual para la industria de la construcción es producir más con menos recursos. 
Para ello se necesita la incorporación a los métodos tecnológicos de vanguardia para el 
desarrollo de mejores procesos de producción, tal como el uso generalizado de 
microcomputadoras y de software para transformar las prácticas de diseño arquitectónico. 
Además también es necesario el uso de maquinaria y equipo de alta tecnología, como el 
equipo de acción hidráulica, torres de construcción, grúas trepadoras, máquinas 
pavimentadoras continuas, etc. 

De igual manera, la industria de la construcción debe hacer uso de nuevos materiales 
para reducir los costos e incrementar su vida útil, e incluso hacer construcciones 
sustentables, además de usar nuevos métodos de construcción, como el prefabricado, 
para agilizar la construcción y reducir los costos de la mano de obra.

Unidad 3 ·Propiedades de los materiales"

3.1.- Eléctrica y Magnéticas
3.2.- Térmicas
3.3.- Químicas
3.4.- Mecanicas


3.1.- Eléctrica y Magnéticas 
En la actualidad día a día utilizamos distintos objetos y herramientas, estos de aquí se encuentran hechos de distintos materiales. Los materiales se pueden clasificar en:
Materiales metálicos
Materiales polímeros
Materiales cerámicos
Cada uno de los cuales tienen distintas propiedades debido a su estructura y su composición. Las propiedades de cada uno de los materiales varían de acuerdo a su fuerza de enlace (energía de enlace), disposición atómica y empaquetamiento de átomos en cada sólido. Estas propiedades sirven para el diseño de estructuras y maquinarias en la ingeniería y en el día a día.
Es importante establecer que al mismo tiempo que existen distintos tipos de materiales, existen también para cada uno de ellos, diferentes tipos de propiedades. Las propiedades principalmente frecuentadas en la ingeniería de los materiales son:
·         Propiedades eléctricas: basadas en como reacciona un material ante un campo eléctrico.
·         Propiedades mecánicas: basadas en el comportamiento ante un fenómeno externo.
·         Propiedades magnéticas: basada en el comportamiento de un material en presencia de un campo magnético.
·         Propiedades térmicas: basada en la reacción de un material en durante cambios de temperatura.
·         Propiedades ópticas: basadas en el comportamiento de los materiales en presencia de ondas luminosas (luz).
El objetivo de este informe se enfocara en definición y descripción de las propiedades eléctricas de un material en dependencia de si éste es cerámico, metálico o polímero. De la misma manera, se enfocara en la evaluación de cada propiedad para reconocer las aplicaciones en la ingeniería. Principalmente entonces en cuatro propiedades eléctricas más importantes: conductividad y di-electricidad; superconductividad; y, polarización y piezoelectricidad.
Es importante establecer entonces a partir de los tres tipos más referenciales de materiales clasificados de acuerdo a su comportamiento eléctricos: conductores, semiconductores y dieléctricos; los cuales podemos analizar de acuerdo a las propiedades antes mencionadas y vincularlos con la clasificación de acuerdo a su estructura cristalina: metálicos, cerámicos y polímeros. Entonces a continuación se explica brevemente tal clasificación de los materiales:
CONDUCTORES: Son aquellos con gran número de electrones en la Banda de Conducción, es decir, con gran facilidad para conducir la electricidad (gran conductividad). Todos los metales son conductores, unos mejores que otros.
SEMICONDUCTORES: Son materiales poco conductores, pero sus electrones pueden saltar fácilmente de la Banda de Valencia a la de Conducción, si se les comunica energía exterior. Algunos ejemplos son: el Silicio, el Germanio, el Arseniuro de Galio; principalmente cerámicos.
AISLANTES O DIELECTRICOS: Son aquellos cuyos electrones están fuertemente ligados al núcleo y por tanto, son incapaces de desplazarse por el interior y, consecuentemente, conducir. Buenos aislantes son por ejemplo: la mica, la porcelana, el poliéster; en lo que integran una gran cantidad de materiales cerámicos y materiales polímeros.
COMPORTAMIENTO ELECTRICO Y CONDUCTIVIDAD
Las propiedades eléctricas de un material describen su comportamiento eléctrico -que en muchas ocasiones es más crítico que su comportamiento mecánico- y describen también su comportamiento dieléctrico, que es propio de los materiales que impiden el flujo de corriente eléctrica y no solo aquellos que proporcionan aislamiento. Los electrones son aquellos que portan la carga eléctrica (por deficiencia o exceso de los mismos) e intervienen en todo tipo de material sea este conductor, semiconductor o aislante. En los compuestos iónicos, sin embargo, son los iones quienes transportan la mayor parte de la carga. Adicional a esto la facilidad de los portadores (electrones o iones) depende de los enlaces atómicos, las dislocaciones a nivel cristalino, es decir, de su micro-estructura, y de las velocidades de difusión (compuestos iónicos). Para esto es necesario antes especificar que es el comportamiento eléctrico de cualquier material, el cual se deriva a partir de propiedades como la conductividad eléctrica. Por eso la conductividad eléctrica abarca un gran rango dependiente del tipo de material. Los electrones son precisamente los portadores de la carga en los materiales conductores (como los metales), semiconductores y muchos aislantes, por ello al observar la tabla siguiente podemos observar que dependiendo de su tipo y estructura electrónica la conductividad es alta o baja.

3.2.- Térmicas
En función de cambios de temperatura, aumento o disminución, algunas propiedades 
físicas de los materiales pueden cambiar. Es por eso que al fabricar los materiales se 
tenga un control muy estricto de la temperatura. 

La capacidad calórica C es una propiedad indicativa de la habilidad de un material para 
absorber calor de los alrededores. Representa la cantidad de energía requerida para 
producir un aumento de la unidad de temperatura (1°C ó 1°K). 

C = dQ 

 Donde dQ energía requerida para producir un diferencial (dT) o cambio de temperatura. 

Sin embargo, el termino más usado es el calor especifico c, que representa la capacidad 
calórica por unidad de masa (J/kg°K) ó (cal/kg°K). Se mide de dos formas: a volumen 
constante cv, y a presión exterior constante, cp. Se sabe que cp > cv, pero esta diferencia 
es muy pequeña para la mayoría de sólidos a temperatura ambiente y por debajo de ella., 
así que en general se reporta cp y se escribe únicamente c.

3.3.- Químicas
Al hablar de las propiedades químicas de un material, en general nos referimos a dos 
conceptos básicos: la reactividad de los materiales, es decir, como se afecta un material 
ante la presencia de otro en condiciones de presión volumen y temperatura específicas; y 
la estabilidad de los materiales, donde se mide que tanto tiempo un material se mantiene 
sin sufrir cambio estructural alguno; esto dependerá en muchos casos no solo del tiempo, 
sino de las condiciones ambientales a las que esté sometido dicho material. En el caso de 
elementos puros, la posición de estos en la tabla periódica nos permitirá conocer a priori 
dichas propiedades. Ambas propiedades se encuentran relacionadas con los siguientes 
conceptos: 

Potencial iónico. Es la energía que se requiere para quitar un electrón de la capa 
más externa (energía para formar cationes). 

Electronegatividad. Esta cuantifica la capacidad de un elemento para atraer un 
electrón y compartirlo con otro elemento. 


Valencia. Es el número de electrones que un átomo es capaz de ceder o aceptar, 
por lo que puede ser un valor positivo o negativo. 

Radio iónico. Se deduce a partir de la distancia del enlace cuando un átomo está 
enlazado con otro y controla las sustituciones en las redes cristalinas y la 
solubilidad de los elementos. 

3.4.- Mecanicas

Al hablar del comportamiento de un material, siempre hacemos referencia a la respuesta 
de éste ante fuerzas mecánicas externas. A partir de esta respuesta los materiales se 
pueden caracterizar y clasificar mecánicamente. 

La forma más sencilla de probar estos materiales es a través de ensayos simples, que 
representan distintas condiciones de carga. Las propiedades de un material que aparecen 
reportadas en diversos manuales, son los resultados de estas pruebas. Es por ello qua 
hay que recordar que dichos valores son un promedio obtenido a partir de pruebas 
ideales, por lo que son una referencia y no un valor total e inequívoco. 

Ensayo de tensión 

En este se mide la resistencia de un material a una fuerza constante o que se incrementa 
lentamente. La máquina consta de mordazas con las cuales se sujeta la probeta y se 
aplica una fuerza llamada carga para tensar al material.
El ensayo de compresión es muy similar al de tensión, pero en este caso se plica una 
fuerza en sentido inverso, comprimiendo al material. Otra variación importante es el tipo 
de probeta que se utiliza, pues aquí generalmente se usan probetas sólidas que pueden 
ser cilíndricas o en forma de prismas de caras paralelas. Este tipo de ensayos es poco 
frecuente en metales, a excepción de aquellos destinados a la construcción y es más 
frecuente para materiales cerámicos o compuestos. 


Unidad 2 "Estructura de los materiales"

2.1.- Estructura cristalina y sus consecuencias en las propiedades
2.2.- Materiales puros
2.3.- Aleaciones ferrosas y no ferrosas
2.4.- Materiales Orgánicos e Inorgánicos
2.5.- Materiales Ceramicos

2.1.- Estructura cristalina y sus consecuencias en las propiedades
Los productos cerámicos tienen una enorme variedad de aplicaciones, comenzando con el ladrillo comun para la construcción, pasando por la porcelana delicadas y llegando al vidrio optico especializado.
Debemos estudiar con mallor detalle el metodo de preparación de los productos cerámicos que el de los productos metalicos, ya que en general los productos no se pueden forjar a partir de barras o laminas para obtener una pieza terminada. En la mayoria de los caos debemos manejar la materia prima, prensarla para darle forma de ladrillo o de plancha o de magneto y, luego, desarrollar la estructura en la forma deseada calentándola.
1.2 OBTENCIÓN DE CERÁMICOS
En este primer grupo de los métodos del procesamiento de los cerámicos se da forma empleando diversos métodos y luego se hornea para darle resistencia.
La fundición por revestimiento es un método interesante y casi único en cuento una suspensión de arcilla en agua se vierte en un molde. Generalmente el molde se hace de yeso, con porosidad controlada, de modo que parte de agua de la suspensión entre en la pared del molde. A medida que el contenido de agua en la superficie disminuye, se forma un sólido suave. El liquido sobrante se elimina y la forma hueca se retira del molde. La unión en este punto es arcilla- agua.
La conformación plástica en húmedo se efectúa por medios diversos. En unos de los casos se apisona un refractario húmedo en un molde y luego se lo destruye para que salga en una forma determinada. La masa plástica se fuerza a trabes de un troquel para producir una forma alargada que luego se corta a longitud deseada. Por otra parte, cuando se desea formar figuras circulares tales como platos, se coloca una masa de arcilla húmeda en una rueda rotativa, y se la conforma con una herramienta.
Prensado con polvo seco. Esto se consigue rellenando un troquel con polvo y luego prensándolo. Generalmente el polvo contiene algún lubricante, tal como ácido, esteárico o cera. Después de haberse llevado a cabo cualquiera de los procesos anteriores, la pieza fresca o verde se somete al horneado. Mientras se calienta, se elimina el agua y los gigantes volátiles.
El prensado en caliente. Involucra simultáneamente las operaciones de prensado y sinterización. Las ventajas que se obtienen sobre el prensado en seco son: mayor densidad y tamaño mas fino del grano. El problema es obtener una duración adecuada del troquel a temperaturas elevadas, para lo cual muchas veces se emplean atmósferas de protección.
La compactación isostatica. Es una manera muy especial de prensar polvos en un fluido comprensible para evitar la compactación no uniforme que a veces se observa en los troqueles. El polvo se encapsula en un recipiente que se pueda comprimir y se sumerge en un fluido presurizado. Las formas del recipiente y de los corazones removibles determinan la forma del prensado. El prensado puede ser en caliente o en frió.

2.2.- Materiales puros
Las sustancias puras están formadas por partículas (átomos o moléculas) iguales, tienen una composición fija, no pueden separase por medios físicos. Sus propiedades son específicas, bien definidas y no varían, aun cuando dicha sustancia pura se encuentre formando parte de una mezcla.
Algunas de estas propiedades son:
• El color
• El sabor
• El olor
• La densidad
• La temperatura de (fusión y ebullición)
• La solubilidad
• La conductividad térmica y eléctrica.

Es característico de una sustancia pura que la temperatura a la cual sufre un cambio de estado (fusión, ebullición, etc.) permanece constante durante el cambio. Por lo tanto, el punto de congelación de 100g de agua permanece constante a 0ºC desde la congelación del primer gramo hasta la del último.
Como sustancias puras tenemos el cobre, la sal, el diamante, el agua, el azúcar de mesa, el oxígeno, el mercurio, la vitamina C, el ozono, entre muchos otros.
2.3.- Aleaciones ferrosas y no ferrosas
Las aleaciones ferrosas tienen al hierro como su principal metal de aleación, mientras que las aleaciones no ferrosas tienen un metal distinto del hierro. Los aceros que son aleaciones ferrosas, son las más importantes principalmente por su costo relativamente bajo y la variedad de aplicaciones por sus propiedades mecánicas. Las propiedades mecánicas de los aceros al carbono pueden variar considerablemente por trabajo en frío y recocido. Cuando el contenido de carbono de los aceros se incrementa por encima de 0.3%, pueden ser tratados térmicamente por temple y revenido para conseguir resistencia con una razonable ductilidad. Los elementos de aleación tales como el níquel, cromo y molibdeno se añaden a los aceros al carbono para producir aceros de baja aleación. Los aceros de baja aleación presentan buena combinación de alta resistencia y tenacidad, y son de aplicación común en la industria de automóviles para usos como engranajes y ejes.
Las aleaciones de aluminio son las más importantes entre las no ferrosas principalmente por su ligereza, endurecimiento por deformación, resistencia a la corrosión y su precio relativamente bajo. El cobre no aleado se usa en abundancia por su conductividad eléctrica, resistencia a la corrosión, buen procesado y costo relativamente bajo, el cobre se alea con el cinc para formar unas serie de latones que tienen mayor resistencia que el cobre sin alear. Los aceros inoxidables son las aleaciones ferrosas más importantes a causa de su alta resistencia a la corrosión en medios oxidantes, para ser un acero inoxidable debe contener al menos 12% de cromo.
Los hierros para fundición son otra familia industrialmente importante de las aleaciones ferrosas. Son de bajo costo y tienen propiedades especiales tales como un buena moldeabilidad, resistencia a la corrosión, al choque térmico, al desgaste y durabilidad. La fundición gris tiene un alta maquinabilidad y capacidad de amortiguamiento de vibraciones, debido a las hojuelas de grafito en su estructura.
Otras aleaciones no ferrosas son las de magnesio, titanio y níquel. Las de magnesio son excepcionalmente ligeras y tienen aplicaciones aeroespaciales.
Las aleaciones de titanio son caras, pero tienen una combinación de resistencia y ligereza que no es asequible para cualquier otro sistema de aleación y por esta razón se usan ampliamente en las piezas estructurales de los aviones. Las aleaciones de níquel presentan una gran resistencia a la corrosión y oxidación y son por tanto son usadas comúnmente en los procesos industriales químicos y de petróleos. Con la mezcla de níquel, cobalto y cromo se forma la base para las súper aleaciones de níquel, necesarias para las turbinas de gas de aviones de propulsión a chorro y algunas baterías eléctricas.

2.4.- Materiales Orgánicos e Inorgánicos
PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS COMPUESTOS INORGÁNICOS: 
o Son sustancias que presentan enlace iónico. 
o Buenos conductores de calor. 
o Su punto de ebullición y fusión son altos. 
o Presentan: dureza y son insolubles en agua y en compuestos orgánicos. 
o Buenos conductores de electricidad (se dan entre un compuesto metálico y uno no metálico). 
o Formados por sales y óxidos. 
o Cuando son sólidos se forman redes cristalinas, esto se debe a la falta de movilidad entre iones. 

PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS: 
o Sustancias que presentan enlaces covalentes. 
o Su punto de ebullición y fusión son bajos. 
o No son conductores de calor = aislantes. 
o Se da entre no metales, son elementos de electronegatividades altas y muy parecidas. 
o No son hidrosolubles. 
o Pueden ser de origen natural o de origen científico. 
o Poco densos y combustibles.


2.5.- Materiales Ceramicos
Un material cerámico es un tipo de material inorganico, no metalico, buen aislante y que además tiene la propiedad de tener una temperatura de fusion y resistencia muy elevada. Asimismo, su módulo de Young (pendiente hasta el límite elástico que se forma en un ensayo de tracción) también elevado, además presentan un modo de rotura facil.
Todas estas propiedades, hacen que los materiales cerámicos sean imposibles de fundir y de mecanizar por medios tradicionales (fresado, torneado, brochado, etc). Por esta razón, en las cerámicas realizamos un tratamiento de sinterizado. Este proceso, por la naturaleza en la cual se crea, produce poros que pueden ser visibles a simple vista. Un ensayo a tracción, por los poros y un módulo de Young y una fragilidad elevados y al tener un enlace interatómico (ionico y/o covalente), es imposible de realizar. Existen materiales cerámicos cuya tencion mecanica en un ensayo de compresión puede llegar a ser superior a la tensión soportada por el acero. La razón, viene dada por la compresión de los poros/agujeros que se han creado en el material. Al comprimir estos poros, la fuerza por unidad de sección es mayor que antes del colapso de los poros.

Unidad 1 "Clasificacion de los materiales"

1.1.- Generalidades
1.2.- Materiales puros
1.3.- Aleaciones ferrosas y no ferrosas
1.4.- Materiales Orgánicos e Inorgánicos
1.5.- Materiales Cerámicos


1.1.- Generalidades
Para dar una definición de lo que es un material, primero debe entenderse como es 
que está conformado. Lo primero es que un material está compuesto por elementos, 
generalmente los elementos químicos encontrados en la naturaleza y representados 
en la tabla periódica de elementos químicos. Sin embargo, esto no es todo, en los 
materiales estos elementos están relacionados por una composición química 
definida. Un ejemplo muy sencillo es la sal común, su fórmula química es NaCl, lo que 
significa que hay un átomo de Sodio (Na) por cada átomo de Cloro (Cl) y es la única 
forma de obtener este compuesto. 

El último factor importante de un material es el acomodo de estos elementos, es decir, 
su estructura, los materiales están caracterizados por tener una estructura, 
determinada y única, si este acomodo cambia, cambiarán las características del 
material y por lo tanto se hablará de este como una variación o como otro material 
distinto. 

En ciencia e ingeniería de materiales, existe además otra distinción para los 
materiales, y es que deben tener un uso específico, si no es así, entonces se les 
denomina únicamente sustancia. Por ejemplo, el agua (H2O) en estado líquido es una 
sustancia, pero al enfriarse y convertirse en hielo, se puede usar como un material de 
construcción, por lo tanto, esta misma agua solidificada, al tener un uso práctico, se le 
considera un material. 

En resumen, los materiales están formados por elementos, con una composición 
y estructura única y que además, pueden ser usados con algún fin especifico. 

Los materiales se clasifican de forma muy general en: 
Metales 
Cerámicos 
Polímeros 
Materiales compuestos 


1.2.- Materiales puros
El primer intento de hacer una clasificación de los materiales encontrados en la 
naturaleza fue hecho por el químico el químico J. W. Döbenreiner en 1829. Él organizó 
un sistema de clasificación de elementos en el que éstos se agrupaban en conjuntos 
de tres denominados tríadas. Las propiedades químicas de los elementos de una 
tríada eran similares y sus propiedades físicas variaban de manera ordenada con su 
masa atómica. La tríada del cloro, del bromo y del yodo es un ejemplo. En este caso, 
la masa de uno de los tres elementos de la tríada es intermedia entre la de los otros 
dos. Para 1850 ya se podían contar con unas 20 tríadas para llegar a una primera 
clasificación coherente. 

En 1869, el químico ruso Dmitri Ivanovich Mendeleyev desarrolló una tabla periódica 
de los elementos según el orden creciente de sus masas atómicas. Colocó lo 
elementos en columnas verticales empezando por los más livianos, cuando llegaba a 
un elemento que tenía propiedades semejantes a las de otro elemento empezaba otra columna.
 Mendeleiev perfeccionó su tabla acomodando los elementos en filas 
horizontales. Su sistema le permitió predecir con bastante exactitud las propiedades 
de elementos no descubiertos hasta el momento. 
En 1914, el físico y químico inglés, Henry Moseley, descubrió que los átomos de cada 
elemento tienen un número único de protones en sus núcleos, siendo el número de 
protones igual al número atómico del átomo. Moseley organizó los elementos en orden 
ascendente de número atómico y no en orden ascendente solucionando los problemas 
de ordenamiento de los elementos en la tabla periódica. La organización que hizo 
Moseley de los elementos por número atómico generó un claro patrón periódico de 
propiedades. 

1.3.- Aleaciones ferrosas y no ferrosas
Algunos autores manejan los términos “aleaciones ferrosas” y no “aleaciones no ferrosas” (férreas) para definir aquellas aleaciones que tiene o no al hierro como elemento mayoritario. Esto se debe a la importancia histórica del hierro, incluyendo la revolución industrial y la fabricación del acero como material de construcción.

Las aleaciones ferrosas tienen como elemento mayoritario el Fe y en general, son aleaciones fuertes, maleables, de bajo costo y relativamente fáciles de obtener. La mayor producción de estas son los aceros, aleaciones Fe – C, a los que cambiando el porcentaje de estos elementos y agregando algunos otros, se les pueden dar propiedades específicas, dependiendo de la industria a la que se van a aplicar.

La industria del acero se divide en varias ramas:
  • Aceros al carbón, con uso en construcción
  • Aceros inoxidables, para maquinado de piezas, platería e instrumental quirúrgico
  • Aceros para herramientas, a los que se les agrega W y Mo para endurecerlos
  • Aleaciones de acero con distintos elementos. Estos ya son de usos más específicos de acuerdo al elemento agregado
  • Aleaciones ultra resistentes (de baja aleación), que son los aceros de última generación.

1.4.- Materiales Orgánicos e Inorgánicos
Son así considerados cuando contienen células de vegetales o animales. Estos materiales pueden usualmente disolverse en líquidos orgánicos como el alcohol o los tetracloruros, no se disuelven en el agua y no soportan altas temperaturas. Algunos de los representantes de este grupo son:
  • Plásticos
  • Productos del petróleo
  • Madera
  • Papel
  • Hule
  • Piel
 Son todos aquellos que no proceden de células animales o vegetales o relacionadas con el carbón. Por lo regular se pueden disolver en el agua y en general resisten el calor mejor que las sustancias orgánicas. Algunos de los materiales inorgánicos más utilizados en la manufactura son:
  • Los minerales
  • El cemento
  • La cerámica
  • El vidrio
  • El grafito (carbón mineral)

Los materiales sean metálicos o no metálicos, orgánicos o inorgánicos casi nunca se encuentran en el estado en el que van a ser utilizados, por lo regular estos deben ser sometidos a un conjunto de procesos para lograr las características requeridas en tareas específicas. Estos procesos han requerido del desarrollo de técnicas especiales muy elaboradas que han dado el refinamiento necesario para cumplir con requerimientos prácticos. También estos procesos aumentan notablemente el costo de los materiales, tanto que esto puede significar varias veces el costo original del material por lo que su estudio y perfeccionamiento repercutirán directamente en el costo de los materiales y los artículos que integraran.
 Los procesos de manufactura implicados en la conversión de los materiales originales en materiales útiles para el hombre requieren de estudios especiales para lograr su mejor aplicación, desarrollo y disminución de costo. En la ingeniería la transformación de los materiales y sus propiedades tienen un espacio especial, ya que en casi todos los casos de ello dependerá el éxito o fracaso del uso de un material.
1.5.- Materiales Cerámicos
Los materiales cerámicos tienen como característica química estar compuestos principalmente por enlaces iónicos y covalentes, que se ordenan en forma específica, dándole al material una estructura cristalina, lo que les proporciona ciertas propiedades distintivas. Son materiales inorgánicos, de baja conducción eléctrica y mecánicamente frágiles. Algunos de estos materiales se utilizan desde la Antigüedad, pues son los materiales de uso en construcción más extendidos y antiguos del mundo, debido a la abundancia de terrenos arcillosos en casi todas las zonas del planeta. Ladrillos, adobes y todo tipo de tabiques usados en construcción son ejemplos de estos.
Estos materiales se pueden clasificar en cerámicas basadas en óxidos y en basadas en nitruros, carburos, silicuros y otros. Entre las cerámicas avanzadas cabe destacar la alúmina, la berilia, los carburos, los nitruros y los boruros.

La producción de cerámicas avanzadas sigue las etapas de producción de polvos, preparación de la masa por humectación, conformado y secado, prensado y sinterización, aplicando el calor con o sin presión simultánea, para acabar con el mecanizado. La correcta composición de los polvos constituye un punto fundamental del proceso, para lo que es preciso eliminar totalmente las impurezas y uniformar el tamaño de las partículas. Los procesos más utilizados industrialmente son:

  • La fundición por revestimiento. Una suspensión de arcilla en agua se vierte en un molde. A medida que el contenido de agua en la superficie disminuye, se forma un sólido suave. El  iquido sobrante se elimina y la forma hueca se retira del molde. La unión en este punto es arcilla- agua.
  • La conformación plástica en húmedo. En unos de los casos se apisona un refractario húmedo en un molde y luego se lo destruye para que salga en una forma determinada. La masa plástica se fuerza a trabes de un troquel para producir una forma alargada que luego se corta a longitud deseada. Cuando se desea formar figuras circulares tales como platos, se coloca una masa de arcilla húmeda en una rueda rotativa, y se la conforma con una herramienta.
  • Prensado con polvo seco. Se consigue rellenando un troquel con polvo y luego prensándolo. Generalmente el polvo contiene algún lubricante, tal como ácido, esteárico o cera. Después la pieza fresca o verde se somete al horneado. Mientras se calienta, se elimina el agua y los gigantes volátiles.
  • El prensado en caliente. Involucra simultáneamente las operaciones de prensado y sinterización. Se obtienen mayor densidad y tamaño mas fino del grano. El problema es obtener una duración adecuada del troquel a temperaturas elevadas, para lo cual muchas veces se emplean atmósferas de protección.
  • La compactación isostática. El polvo se encapsula en un recipiente que se pueda comprimir y se sumerge en un fluido presurizado. Las formas del recipiente y de los corazones removibles determinan la forma del prensado. El prensado puede ser en caliente o en frio.