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Conceptos básicos de Ciencias de materiales, Esquemas y mapas conceptuales de Ciencia de materiales

conceptos básicos para entender el comportamiento de los materiales, según sus propiedades

Tipo: Esquemas y mapas conceptuales

2020/2021

Subido el 28/10/2021

silvia-maria-ovalle
silvia-maria-ovalle 🇬🇹

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CIENCIAS DE LOS MATERIALES
Clasificación de los Materiales
Metales
No Metales
Ferrosos
No Ferrosos
Polímeros
Cerámicos
Compuestos
Los materiales ferrosos se
caracterizan por su principal
componente que es el hierro y se
clasifican de la siguiente manera:
Hierro puro: (pureza a partir del
99.5%): no tiene demasiadas
aplicaciones, salvo
excepciones para utilizar su
potencial magnético, su gran
aplicación radica en la
formación de otros materiales
como, por ejemplo; El acero.
Acero: Se forman de la
aleación del hierro-carbono,
con un porcentaje en peso de
hasta un 2,11%. Dependiendo
de su contenido en carbono se
clasifican en los siguientes
tipos:
Acero bajo en carbono,
llamados también aceros
dulces: contienen menos del
0.25% de Carbono en peso, son
blandos pero dúctiles,
maleables, se utilizan en
vehículos, tuberías, fabricación
de alambres, clavos, tornillos,
varillas, etc.
Acero medio en carbono:
Poseen entre 0.25% - 0.60% de
Carbono en peso de carbono,
son más resistentes y duros que
los de bajo carbono, pero son
menos dúctiles, son empleados
en la fabricación de ejes para
vehículos y máquinas, resortes,
engranajes, entre otros.
Acero Alto en carbono:
Poseen un porcentaje en peso
de Carbono mayor al 0.60% y
menor al 2,11% Son aún mas
resistente que los de bajo y
medio carbono, pero son
también menos dúctiles, estos
aceros se utilizan
principalmente en la
producción de herramientas,
martillo, alicate, llaves, entre
otras.
Fundición: Poseen un
porcentaje en peso de
Carbono mínimo de 2,11%
hasta un 6.67%. Se caracterizan
por ser muy duras y frágiles, Sus
características varían según el
tipo y puede pueden ser
utilizadas en distintas
aplicaciones, como, po r
ejemplo: en motores, válvulas,
engranajes, entre otras.
Son todos aquellos metales
o sus aleaciones que no
tienen intervención de
hierro o bien si la tienen es
en muy pocas cantidades,
estos pueden clasificarse
de la siguiente forma:
Pesados: Cobre (conductor
eléctrico), Estaño, Plomo,
Cinc, Níquel, Wolframio o
Tungsteno (utilizado para
las puntas de herramientas
de corte), Cobalto.
Ligeros: Aluminio (sirve en la
producción de ollas,
bicicletas, latas de
gaseosas, conductores
eléctricos), Titanio, Cromo
(aplicación en el
recubrimiento y protección
por el óxido)
Ultraligeros: Magnesio
(aplicación en juegos
artificiales, lámparas de
magnesio, Berilio (Ventanas
de rayos x).
Los polímeros son
el resultado de
enormes
cadenas
conformadas por
cientos de
moléculas
denominadas
monómeros. Hay
diferentes formas
de clasificación,
dentro de la
clasificación
según su
comportamiento
térmico se puede
mencionar:
Termoplásticos:
Plástico que a
temperaturas
relativamente
altas se vuelven
deformables o
flexibles, estos se
pueden reciclar y
reutilizar, son
buenos aislantes
eléctricos.
Termofijos o
Termoestables:
No se funden y
son insolubles,
una vez
moldeados no
pueden
modificar su
forma y por lo
tanto no pueden
ser reciclados.
Según su
elasticidad:
Elastómeros:
Plásticos:
Son aquellos
materiales
inorgánicos no
metálicos,
constituidos por
elementos
metálicos y no
metálicos, se
suelen utilizar en
terminaciones en
pisos y en ciertas
paredes,
especialmente
de baños y
cocinas
Se producen a
partir de la
mezcla de 2
materiales,
cómo, por
ejemplo: un
polímero y un
cerámico.
Ejemplo: Fibra de
vidrio (vidrio,1
cerámico y
resina, un
polímero)
Orgánicos:
Formados por
materia viva o
que estuvo viva,
ejemplo: residuos
de comida,
madera, papel,
entre otros.
Inorgánicos:
Constituidos por
elementos
químicos como
minerales,
ejemplo: agua,
piedras, arena.
Entre otras.
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CIENCIAS DE LOS MATERIALES

Clasificación de los Materiales Metales No Metales Ferrosos No Ferrosos Polímeros Cerámicos Compuestos Los materiales ferrosos se caracterizan por su principal componente que es el hierro y se clasifican de la siguiente manera: Hierro puro: (pureza a partir del 99.5%): no tiene demasiadas aplicaciones, salvo excepciones para utilizar su potencial magnético, su gran aplicación radica en la formación de otros materiales como, por ejemplo; El acero. Acero: Se forman de la aleación del hierro-carbono, con un porcentaje en peso de hasta un 2,11%. Dependiendo de su contenido en carbono se clasifican en los siguientes tipos: Acero bajo en carbono , llamados también aceros dulces: contienen menos del 0.25% de Carbono en peso, son blandos pero dúctiles, maleables, se utilizan en vehículos, tuberías, fabricación de alambres, clavos, tornillos, varillas, etc. Acero medio en carbono : Poseen entre 0.25% - 0.60% de Carbono en peso de carbono, son más resistentes y duros que los de bajo carbono, pero son menos dúctiles, son empleados en la fabricación de ejes para vehículos y máquinas, resortes, engranajes, entre otros. Acero Alto en carbono: Poseen un porcentaje en peso de Carbono mayor al 0.60% y menor al 2,11% Son aún mas resistente que los de bajo y medio carbono, pero son también menos dúctiles, estos aceros se utilizan principalmente en la producción de herramientas, martillo, alicate, llaves, entre otras. Fundición: Poseen un porcentaje en peso de Carbono mínimo de 2,11% hasta un 6.67%. Se caracterizan por ser muy duras y frágiles, Sus características varían según el tipo y puede pueden ser utilizadas en distintas aplicaciones, como, por ejemplo: en motores, válvulas, engranajes, entre otras. Son todos aquellos metales o sus aleaciones que no tienen intervención de hierro o bien si la tienen es en muy pocas cantidades, estos pueden clasificarse de la siguiente forma: Pesados: Cobre (conductor eléctrico), Estaño, Plomo, Cinc, Níquel, Wolframio o Tungsteno (utilizado para las puntas de herramientas de corte), Cobalto. Ligeros: Aluminio (sirve en la producción de ollas, bicicletas, latas de gaseosas, conductores eléctricos), Titanio, Cromo (aplicación en el recubrimiento y protección por el óxido) Ultraligeros: Magnesio (aplicación en juegos artificiales, lámparas de magnesio, Berilio (Ventanas de rayos x). Los polímeros son el resultado de enormes cadenas conformadas por cientos de moléculas denominadas monómeros. Hay diferentes formas de clasificación, dentro de la clasificación según su comportamiento térmico se puede mencionar: Termoplásticos: Plástico que a temperaturas relativamente altas se vuelven deformables o flexibles, estos se pueden reciclar y reutilizar, son buenos aislantes eléctricos. Termofijos o Termoestables: No se funden y son insolubles, una vez moldeados no pueden modificar su forma y por lo tanto no pueden ser reciclados. Según su elasticidad: Elastómeros: Plásticos: Son aquellos materiales inorgánicos no metálicos, constituidos por elementos metálicos y no metálicos, se suelen utilizar en terminaciones en pisos y en ciertas paredes, especialmente de baños y cocinas Se producen a partir de la mezcla de 2 materiales, cómo, por ejemplo: un polímero y un cerámico. Ejemplo: Fibra de vidrio (vidrio, cerámico y resina, un polímero) Orgánicos: Formados por materia viva o que estuvo viva, ejemplo: residuos de comida, madera, papel, entre otros. Inorgánicos: Constituidos por elementos químicos como minerales, ejemplo: agua, piedras, arena. Entre otras.

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Propiedad Definición

Densidad Cantidad de masa que tiene un material por unidad de volumen (d=m/v) Viscosidad Propiedad de un líquido a oponer resistencia al movimiento, es la oposición de los líquidos a fluir (Pa*S) Fragilidad Es la incapacidad de un material de sufrir deformaciones importantes sin llegar a romperse. Característica de un material de no soportar impactos. Ductilidad Capacidad de un material de soportar deformaciones sin colapsar, sin romperse. Elasticidad (Propiedad especialmente de los metales y polímeros) Es la capacidad que poseen los materiales de recuperar su forma después de haber sido sometido a fuerzas deformantes Plasticidad Capacidad de los materiales de darles una forma sin que se rompan. Maleabilidad Propiedad de los materiales de adquirir una deformación sin romperse. A diferencia de la ductilidad que favorece la obtención de hilos cuando se estiran, la maleabilidad favorece la obtención de láminas delgadas o gruesas cuando se comprimen los materiales Blandura Es cuando un material no es resistente a ser rayado Tenacidad Es la capacidad de un material de aguantar golpes sin romperse Dureza Es la resistencia que opone un material a ser rayado Resistencia Mecánica Es la capacidad de los cuerpos para resistir las fuerzas aplicadas sin romperse. Resistencia Eléctrica Es la oposición que presenta un conductor al paso de la corriente eléctrica. La resistencia de un conductor aumenta al aumentar la longitud y disminuir el grosor. Resistencia a la corrosión Es la resistencia que opone un material a ser oxidado

Diagrama esfuerzo-deformación

Esfuerzo Deformación Se define como la fuerza a la que esta sometida cada unidad de área de un material. Unidad de medida (Sistema Internacional = Pascales (N/m2), Sistema Inglés = Psi (lb/in2), Bar, Toricelli, atmosfera, hgmm (mm de mercurio)). Esfuerzo es igual a presión. Es el cambio de forma original que sufre un material al estar sometido a esfuerzos, cabe mencionar que existen dos tipos de deformaciones:

  • Elásticas: Se presenta cuando un material deformado aun conserva sus propiedades de elasticidad que tratan de recuperar la forma original de un material.
  • Plásticas: Son aquellas deformaciones permanentes en las que un material pierde sus propiedades elásticas y se comporta plásticamente.
  • ΔL= Lf-Li/ Li Dato: ¿Si una formación da como resultado un positivo la fuerza aplicada es tensión o compresión? Es tensión debido a que en una tensión la longitud final es mayor.
  • Deformación normal:
  • Deformación unitaria: es la deformación para cambios de longitud ya sea de tensión o de compresión. El diagrama esfuerzo deformación es una representación gráfica, que resulta de representar los esfuerzos que sufre un material en función de la deformación que experimenta al mismo tiempo. Existen diversos tipos de esfuerzos a los que pueden ser sometidos los materiales; los mas conocidos son:
  • Esfuerzo de tensión: es la que se opone a una fuerza que tiende a estirar el cuerpo. Se produce sometiendo al cuerpo a dos cargas de igual dirección, sentido contrario y divergentes.
  • Esfuerzo de compresión: es la que se opone a una fuerza que tiende a comprimir el cuerpo. Se produce sometiendo al cuerpo a dos cargas de igual dirección y sentido contrario y convergente.
  • Esfuerzo Cortante: Es el que da como resultado de aplicar dos fuerzas simultaneas a una superficie y en sentido opuesto. De esta forma se puede fraccionar a un objeto en dos porciones, permitiendo que las fracciones patinen una encima de otra. La fuerza cortante es positiva cuando la parte situada a la izquierda tiene que subir con respecto a la parte derecha. Zonas importantes:
  • Zona elástica: zona en la que el material se comporta plásticamente
  • Zona de Cedencia: En esta zona el material experimenta una deformación permanente plástica con un esfuerzo constante, hasta llegar a un punto en que para seguir deformando el material se requiera un aumento en la intensidad del esfuerzo.
  • Zona de endurecimiento: En esta zona el material experimenta una deformación y al mismo tiempo experimenta un endurecimiento, es decir aumenta su grado de dureza hasta llear al punto de esfuerzo máximo.
  • Zona de estricción: En esta zona el material no puede soportar ni un esfuerzo constante, solo decreciente; el material comienza a formar un cuello en una región y a partir de ello llega a fracturarse cuando el esfuerzo sigue actuando sobre ella.} Puntos críticos:
  • Límite de proporcionalidad: Los materiales sometidos a un esfuerzo de tracción que no excedan el límite de proporcionalidad recobran su forma original
  • Limite de elasticidad: Después del límite de proporcionalidad un material experimenta una deformación aun elástica, esto indica que todavía trata de resistir al esfuerzo y recuperar su forma
  • Punto de fluencia: Es el punto en el que el material deja su propiedad elástica
  • Esfuerzo máximo o ultimo: En este punto el material ha alcanzado su capacidad máxima de resistir al esfuerzo que actúe sobre ellas.