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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO

LEON

FIME

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOSMATERIALES

MARTÍNEZ BERUMEN PAOLA ESTEFANÍA

MAT: 1570158

TAREAS

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1.- Resumir capítulo “Introducción a la ciencia e Ingeniería de Materiales”.  

PERSPECTIVA HISTORICA

El desarrollo y la evolución de sociedades han estado vinculados con la capacidad de sus miembros

para crear materiales, las primeras civilizaciones se conocen con el hombre del material que

alcanzó mayor grado de desarrollo.El hombre primitivo tuvo acceso a un número limitado de materiales de la naturaleza, con el

tiempo descubrió técnicas para producir materiales con propiedades superiores. Además se

descubrió que las propiedades de un material se pueden modificar por tratamiento térmico o por

adición de sustancias.

Hace relativamente poco tiempo que los científicos entendieron la relación entre elementos

estructurales de los materiales y sus propiedades, lo que ha permitido desarrollar miles de

materiales distintos como metales, plásticos, vidrios y fibras. El avance en la comprensión de un

tipo de material suele ser precursor del progreso de una tecnología.

CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALESLa disciplina “ciencia de los materiales”  implica investigar la relación entre la estructura y las

propiedades de los materiales. Por el contrario la “ingeniería de los materiales” se fundamenta en

las relaciones, propiedades-estructura y diseña o proyecta la estructura de un material para

conseguir un conjunto de propiedades.

La estructura de un material se relaciona con la disposición de sus componentes internos. La

estructura subatómica implica a los electrones dentro de los átomos y las interacciones con su

núcleo; a nivel atómico, se refiere a la organización de átomos o moléculas entre sí.

El próximo dominio estructural que contiene grandes grupos de átomos enlazados entre si se

denomina “microscópico”. Finalmente los elementos estructurales susceptibles de apreciarse a

simple vista se denominan “macroscópicos”. Las propiedades de un material se expresan en términos del tipo y magnitud de la respuesta a un

estimulo especifico impuesto. Las definiciones de las propiedades suelen ser independientes de la

forma y tamaño del material.

Las propiedades importantes de los sólidos se agrupan en seis categorías:

  Mecánicas

  Eléctricas

  Térmicas

  Magnéticas

  Ópticas

  Químicas

Existen varios criterios en los cuales se basa la decisión para elegir un material óptimo para una

aplicación. En primer lugar, deben caracterizarse las condiciones en que el material prestará

servicio. En raras ocasiones un material reúne una combinación ideal de propiedades, por lo que

muchas veces habrá que reducir una en beneficio de otra.

La segunda consideración ser refiere a la degradación que el material experimenta en el servicio.

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Finalmente la consideración más convincente es probablemente la económica, puede ser que un

material reúna las propiedades pero sea muy caro.

CLASIFICACION DE LOS MATERIALES

Los materiales sólidos se clasifican en metales, cerámicas y polímeros; basándonos en la

composición química y estructura atómica.Existen materiales que son intermedios en estos grupos, además hay otros grupos de materiales

técnicos: materiales compuestos y semiconductores.

METALES

Normalmente los materiales metálicos son combinaciones de elementos metálicos,

tienen gran número de electrones libres, conducen perfectamente el calor y la

electricidad y son opacos a la luz visible. Son resistentes, aunque deformables, lo

que contribuye a su utilización en aplicaciones estructurales.

CERÁMICAS

Son los compuestos químicos constituidos por metales y no metales, por lo general son aislantes

eléctricos y térmicos; a elevada temperatura y en ambientes agresivos son más resistentes que los

metales y polímeros. Son duras y muy frágiles.

POLÍMEROS

Van desde los familiares plásticos al caucho. Son compuestos orgánicos caracterizados por la gran

longitud de estructuras moleculares. Poseen densidades bajas y extraordinaria flexibilidad.

MATERIALES COMPUESTOS

Están diseñados para alcanzar la mejor combinación de las características de cada componente

(fibra de vidrio).

SEMICONDUCTORES

Tienen propiedades eléctricas intermedias, entre conductores y aislantes eléctricos. Son

extremadamente sensibles a la presencia de diminutas concentraciones de átomos de impurezas,

se controlan con regiones espaciales pequeñas. Posibilitan la fabricación de circuitos integrados.

NECESIDAD DE MATERIALES MODERNOS

La energía es una preocupación constante, se necesitan nuevas y económicas fuentes de energía;

los materiales desempeñan un papel preponderante en esta función. La solución a muchos

problemas está relacionada con los materiales, desde el combustible hasta los recipientes para

controlar la radiación.

La mayoría de los materiales que utilizamos proceden de fuentes no renovables, que se

empobrecen paulatinamente, por lo que es necesario descubrir o desarrollar nuevos materiales

con propiedades comparables y con menos impacto medioambiental, lo que genera un reto para

ingenieros y científicos de materiales.

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Clasificación delos materiales

Metales

Aleacionesferrosas

Aleaciones noferrosas

Cerámicos

Tradicionales

Avanzados

Polímeros

Elastómeros

Termofijos

Termoplásticos

Compuestos

Particulados

Fibrados

Laminares

2.- Definir “ciencia de materiales”: 

Es la subdisciplina que se encarga de la investigación de las relaciones que existen

entre las estructuras y las propiedades de los materiales.

3.- Definir “ingeniería de materiales”: Es la subdisciplina que parte de las correlaciones de estructura-propiedades, el

diseño ó ingeniería de la estructura de un material para producir un conjunto

predeterminado de propiedades.

4.- En qué grupos se clasifican los materiales y a su vez clasifique cada grupo (use un diagrama):

5.- Describa ampliamente las características de un metal, cerámico, polímero y compuesto:

Metales: Se componen de uno o más elementos metálicos y con frecuencia

también de elementos no metálicos, en cantidades relativamente pequeñas, su

estructura es muy ordenada, es decir cristalina, son densos, rígidos y fuertes.

Poseen ductilidad, resistencia a la fractura; tienen una gran cantidad de

electrones libres, por lo que son muy buenos conductores de electricidad y

calor, son opacos; algunos tienen propiedades magnéticas deseables. Se unen

por enlace metálico.

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Cerámicos: Son compuestos inorgánicos que combinan elementos metálicos con elementos no

metálicos, con frecuencia son óxidos, nitruros y carburos. Son relativamente rígidos y fuertes, son

muy duros, pero son frágiles y susceptibles a la fractura; son aislantes y muy resistentes a altas

temperaturas y a ambientes agresivos; pueden ser transparentes, translúcidas u opacas y algunas

pueden tener comportamiento magnético. Su estructura es cristalina y/o amorfa. Los enlaces que

los unen químicamente son iónicos y covalentes.

Polímeros: Son macromoléculas formadas por la unión de monómeros. Incluyen todos los

materiales de plástico y caucho conocidos, muchos son compuestos orgánicos basados en carbono

e hidrógeno; son de baja densidad, no son tan rígidos ni fuertes, son muy dúctiles y flexibles.

Tienden a reblandecerse o descomponerse a temperaturas moderadas. Poseen una conductividad

eléctrica baja y no son magnéticos. Poseen una estructura amorfa o semicristalina y permanecen

unidos gracias a los enlaces covalente y Van der Waals.

Compuestos: Estos son la combinación de dos o más materiales cuyo objetivo es generar

propiedades que no se encuentran en ninguno de los materiales de manera individual. Un

material compuesto se forma de una matriz (presente en mayor cantidad) y un agregado

(presente en menor cantidad); si el agregado altera las propiedades finales del artículo terminado,

se le nombra refuerzo, si no lo hace, se le llama relleno.

6.- Qué relación existe entre la estructura, propiedades y procesamiento de un material?

La relación que existe entre estos tres factores es sumamente importante, pues si 

se llega a modificar cualquiera de estos, los otros dos factores también sufrirían

modificaciones. Por decir, un material de determinado arreglo atómico, según

sus características, tendrá las propiedades correspondientes, lo que hace que

este material tenga un procesamiento que se le adecúe; si el material tuviera

otro arreglo atómico o estructura, las características del material y su forma de

procesarlo serían distintas también. 

7.- ¿Cómo afecta la corrosión y la temperatura a un material?

Dependiendo del material que tratemos, tenemos conocimiento que bajo cuestiones detemperatura u otros factores, algunos tienden a cambiar algunas de sus propiedades; como los

plásticos, por ejemplo, que en su mayoría tienden a reblandecerse si la

temperatura aumenta, o los cerámicos que tienden a hacerse más

resistentes ante fuertes cantidades de calor. La corrosión normalmente

actúa de forma que entorpece la función del material ó lo deteriora

paulatinamente, haciéndolo deficiente.

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La corrosión se da por efectos electroquímicos que influyen en el material, y esta puede

deformarlo o en el caso de los materiales conductores, impedir que realicen su función.

8.- Resumir el capítulo “Estructura atómica y enlace” y el titulado “Estructuras cristalinas y

amorfas en los materiales”: 

ESTRUCTURA ATÓMICA Y ENLACES INTERATÓMICOS

Una razón importante para querer entender claramente los enlaces

interatómicos en los sólidos es que, el tipo de enlace nos permite explicar las

propiedades de un material. Cada elemento químico tiene un número

característico de protones en el núcleo (número atómico), para un átomo

neutro el número atómico también es el número de electrones que posee. La

masa atómica puede expresarse como la suma de las masas de protones y

neutrones dentro del núcleo. Aunque el número de protones es el mismo para

todos los átomos de un elemento dado, el número de neutrones puede ser variable; así, a los que

tienen diferente número de neutrones se llama isótopos.

La mecánica cuántica es el establecimiento de un conjunto de principios y leyes que gobiernan los

sistemas de las entidades atómicas y subatómicas; un primer resultado de estos principios fue el

modelo atómico de Bohr en el que se supone que los electrones giran alrededor del núcleo

atómico en orbitales. Otro principio dice que los electrones pueden cambiar de energía haciendo

un salto cuántico, esto se asocia con los niveles de energía. Después se encontró que este modelo

tenía algunas limitaciones porque no explicaba fenómenos relacionados con los electrones,

dificultad que se superó con el modelo de mecánica ondulatoria. De acuerdo con esta, cada

electrón de un átomo se caracteriza a partir de cuatro parámetros llamados números cuánticos,

los niveles de energía de Bohr se dividen en subniveles electrónicos y los números cuánticos

determinan la cantidad de estados dentro de cada subnivel.

El primer número cuántico se relaciona con la distancia del electrón al núcleo y es un valor entero

comenzando por la unidad; el segundo número cuántico (s, p, d, f) se relaciona con la forma del

subnivel electrónico, restringido por la magnitud de n; la cantidad de estados de energía para cada

subnivel se determina con el tercer número cuántico, cuando se aplica un campo magnético los

estados del subnivel se dividen,

Asumiendo una energía ligeramente diferente; el cuarto número cuántico se relaciona con el

movimiento del electrón, giro ó espín (1/2 ó -1/2).

Cuando los electrones ocupan las energías más bajas posibles se dice que el átomo está en su

estado fundamental.

La configuración electrónica representa la manera en la cual son ocupados estos estados. Los

electrones de valencia son aquellos que ocupan el nivel más externo, son muy importantes porque

participan en los enlaces.

A medida que los átomos se aproximan, ejercen fuerzas entre sí, estas son de dos tipos, de

atracción y de repulsión, y la magnitud está en función de la distancia interatómica.

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El origen de una fuerza de atracción depende del tipo particular de enlace que existe entre dos

átomos y varia con la distancia; los niveles exteriores comienzan a traslaparse y se produce una

fuerza de repulsión, la fuerza neta es igual a la sumatoria de las dos fuerzas.

En los sólidos existen tres formas diferentes de enlaces primarios o químicos:

  Iónico: Se compone por elementos metálicos y no metálicos, los átomos metálicos cedenlos electrones de valencia necesarios para los no metálicos, produciendo un ion; sus

fuerzas de atracción son coulómbicas, pues los iones negativos atraen a los positivos y

viceversa. Los materiales iónicos son duros, frágiles y aislantes eléctricos y térmicos.

  Covalente: El enlace covalente se debe a que los átomos involucrados comparten

electrones, estos átomos deben ser no metales, cada uno de los átomos contribuye con al

menos un electrón, tales que pertenecen a los dos átomos. Estos enlaces pueden ser muy

fuertes o muy débiles. Los materiales poliméricos son representativos de este tipo de

enlace.

  Metálico: Se da entre elementos metálicos, característico de metales y sus aleaciones;

estos materiales tienen por lo mucho tres electrones de valencia, en esto modelo los

electrones no están enlazados a ningún átomo en particular y son más o menos libres para

moverse por todo el metal, se puede pensar que forman un mar de electrones, este

enlace es de carácter no direccional. Los electrones libres actúan con sus fuerzas de

atracción entre los núcleos manteniendo así los núcleos unidos; es por eso que son

buenos conductores eléctricos.

Los enlaces secundarios, enlaces de Van der Waals ó enlaces físicos son débiles en comparación

con los enlaces primarios. Las fuerzas del enlace secundario surgen de los dipolos, estos aparecen

siempre que existen regiones positivas y negativas en una molécula, el enlace resulta de la

atracción que existe entre estos dos polos.

ESTRUCTURA DE LOS SÓLIDOS CRISTALINOS

Las propiedades de algunos materiales están directamente relacionadas con sus estructuras

cristalinas. Adicionalmente, existen diferencias significativas en las propiedades de los materiales

cristalinos y no cristalinos que tienen la misma composición.

Un material cristalino es aquel cuyos átomos están situados en una disposición repetitiva operiódica a lo largo de distancias atómicas largas, así los átomos se organizan en un patrón

tridimensional repetitivo en el cual cada átomo queda enlazado con sus vecinos más próximos.

Algunas propiedades de los sólidos cristalinos dependen de la estructura

cristalina del material, es decir, de la forma en que átomos, iones y

moléculas están ordenados en el espacio.

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Existe una cantidad muy grande de estructuras cristalinas diferentes, todas tienen orden atómico

de largo alcance. Al describir una estructura cristalina, los átomos se consideran esferas sólidas

con diámetros definidos (modelo atómico de esferas rígidas), en este caso especifico los átomos

son idénticos; constantemente se utiliza la palabra red, que significa disposición

tridimensional de puntos coincidentes con la posiciones de los átomos. Para

describir la estructura cristalina conviene dividirla en pequeñas entidades quese repiten, llamadas celdillas unidad. El enlace atómico de este grupo de

materiales es metálico, lo cual conduce a formar estructuras compactas con

gran número de vecinos próximos. La mayoría de los metales más comunes

cristaliza en una de tres estructuras cristalinas relativamente sencillas: cúbica centrada en las

caras, cúbica centrada en el cuerpo y hexagonal compacta.

La estructura cristalina que se encuentra en muchos metales tiene una celdilla unidad de

geometría cúbica con átomos localizados en los vértices del cubo y en los centros de todas las

caras del cubo, es la cúbica centrada en las caras (FCC). Así cristaliza el cobre, aluminio, plata y oro.

El número de coordinación de estas estructuras se refiere a la cantidad de átomos vecinos con que

un átomo está en contacto. El factor de empaquetamiento nos indica cantidad de átomos del

mismo diámetro que caben en una celdilla determinada y se expresa como la suma del volumen

de todos los átomos en una celdilla, dividida entre el volumen de la celdilla unidad.

La estructura cúbica centrada en el cuerpo tiene átomos localizados en los ocho vértices y un

átomo en el centro (BCC). Los átomos del centro y de los vértices se tocan a lo largo de las

diagonales del cubo. (Cromo, hierro, tungsteno).

En la celda hexagonal compacta (HC) las caras superior e inferior consisten en hexágonos regulares

formados por seis átomos en los vértices y uno en el centro (cadmio, manganeso, titanio y cinc).

Algunos metales, así como algunos no metales, pueden tener más de una estructura cristalina,

fenómeno conocido como polimorfismo. Si este fenómeno ocurre en un sólido elemental se

denomina alotropía. La estructura cristalina prevaleciente depende de la temperatura y de la

presión exterior. Los parámetros de red nos dan a conocer las características de la estructura

cristalina, como sus ángulos y las longitudes entre sus vértices, las variaciones de estos datos nos

indican un nuevo sistema cristalino, dependiendo de las características que obtengamos pueden

ser cúbicos, tetragonales, hexagonales, ortorrómbicos, romboédricos, monoclínicos y triclínicos.

Cuando la disposición periódica y repetitiva de los átomos de un sólido cristalino es perfecta o se

extiende a lo largo de toda la probeta sin interrupciones, el resultado es un monocristal, en él

todas las celdillas están entrelazadas del mismo modo y con la misma orientación. Si los extremos

de un monocristal crecen sin impedimento externo, el cristal adquiere una forma geométrica

regular con caras planas. La mayoría de los sólidos cristalinos son un conjunto de cristales

pequeños o granos, este tipo de material se denomina policristalino. En la solidificación de este

tipo de materiales al principio se forman pequeños cristales o núcleos en distintas posiciones,

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crecen por la adición de núcleos del líquido circundante a su estructura y se finaliza su

solidificación. Las sustancias cuyas propiedades medidas son independientes de la dirección de la

medición se denominan isotrópicas.

Los sólidos no cristalinos carecen de una estructura atómica sistemática y regular a través de

distancias atómicas relativamente grandes; estos materiales también se denominan amorfos olíquidos sobreenfriados. El que un sólido adquiera la forma cristalina o amorfa

depende de la facilidad con que una estructura aleatoria del líquido se pueda

transformar en un estado ordenado durante la solidificación; el enfriamiento

rápido a temperaturas de congelación favorece la formación de sólidos no

cristalinos, ya que el tiempo que se deja al proceso de ordenación es muy

breve.

Definiciones:

  Estructura Amorfa: Es aquella que carece de una estructura atómica sistemática y regular

a través de distancias atómicas relativamente grandes. Aquellos materiales que tienen

esta característica generalmente son transparentes.

  Estructura Cristalina: Es aquella en la que los átomos están situados en una disposición

repetitiva o periódica a lo largo de distancias atómicas largas y en tres dimensiones, es

decir, que existe un orden atómico de largo alcance.

  Estructura Semicristalina: Es aquella en la que se presentan porciones de material en

estructuras cristalinas y otra parte con estructura amorfa o ausencia de orden,

normalmente nos referimos a los polímeros como ejemplo de esta estructura.

  Enlace iónico: Es aquel que se da entre metales y no metales, donde se ceden electrones

de valencia para convertir esos elementos en un solo ion estable, los materiales unidos

por este enlace suelen ser duros pero frágiles. La fuerza de este enlace reside en fuerzas

coulómbicas.

  Enlace Covalente: Este enlace se da normalmente entre elementos no metálicos, en los

que se comparten electrones de valencia que pertenecen a los dos átomos a la vez, los

materiales unidos por este enlace pueden ser muy duros o muy débiles.

  Enlace Metálico: Sólo se da entre metales, este enlace se forma gracias a los electrones

libres de los metales que forman una red o mar de electrones, los cuales mantienen

unidos los átomos por fuerzas coulómbicas, ya que al formar ese mar, los núcleos quedan

apartados y se atraen con los electrones cercanos. Esto produce la gran conductividad

eléctrica que poseen los materiales unidos por este enlace.  Enlace de Van der Waals: Este es un enlace secundario, o enlace físico, es débil en

comparación con los de orden primario y se presenta en todos los átomos, pero pasa

desapercibido en presencia de cualquier otro enlace primario; está presente en gases

inertes y su fuerza surge de los dipolos atómicos o moleculares, o sea de la atracción

coulómbica entre la región positiva y negativa en un átomo o molécula.

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  Ordene energéticamente todos los enlaces:

1.- Covalente

2.- Metálico

3.- Iónico

4.- Van der Waals5.- Puente de hidrógeno

9.- Describa brevemente porqué los electrones de valencia determinan la mayor parte de las

propiedades eléctricas, mecánicas, químicas y térmicas: Determinan todo esto y mucho más desde el momento en que son parte

del enlace por el que se forma un material, esto puede determinar la

dureza o fragilidad del material, su resistencia, su conductividad eléctrica,

su afinidad eléctrica, si son electropositivos o electronegativos, entre

muchas otras; esta es la razón primordial, gracias a ello y por fuerzas de

atracción los átomos que contengan estos electrones se formarán en un

patrón que determinará la estructura del material que se formará, dándole

así más propiedades específicas, dependiendo de la estructura que tome.

10.- Explique qué tipo de enlace une a los materiales:

  Metales = enlace metálico

  Cerámicos = enlace iónico ó covalente

  Polímeros = Enlace covalente y de Van der Waals

  Compuestos = Dependiendo de los materiales

11.- Describa los niveles de organización de los átomos (ausencia de orden, orden de corto alcance

y orden de largo alcance).

  Ausencia de orden: En este nivel de organización los átomos no siguen patrón alguno, no

repiten cadenas, se presenta mayormente en los gases y líquidos, que tienen menor

fuerza de cohesión; también se conoce como estructura amorfa.

  Orden de corto alcance: Los átomos en este nivel siguen un patrón muy pequeño de

organización, es decir, el patrón no está formado por muchos átomos, sólo por los

circunvecinos; se forman varias estructuras pequeñas con el mismo patrón. Este nivel deorganización hace mayor presencia en algunos líquidos.

  Orden de largo alcance: Este orden se distribuye por todo el

material, formando un patrón repetitivo conocido como red. Se presenta

mayormente en los metales.

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12.- Describa detalladamente el fenómeno de cristalización:

Cuando un material se encuentra fundido, o en un estado no propio de éste, se dice que se

encuentra en un estado amorfo; cuando se busca que recupere su estructura se realiza el proceso

de cristalización, en el que se encuentra el material a temperatura

ambiente y comienza a generar embriones, mismos que generan

núcleos al desarrollarse (etapa denominada nucleación que puedeser homogénea o heterogénea), los cuales al crecer (etapa de

crecimiento) forman, dependiendo del material, granos o esferulitas

que se desarrollan con el patrón establecido, hasta que el material

vuelve a su estructura cristalina.

13.- Defina: celda unitaria, parámetros d red y factor de empaquetamiento.

  Celda unitaria: Menor división de la red de la estructura atómica, que retiene las

características generales de toda la red.

  Parámetros de red: Se refiere a los tres ángulos interaxiales α, β y γ y la longitud de las tres

aristas a, b y c, que permiten definir la geometría de la celdilla unidad o celda unitaria.

  Factor de empaquetamiento: Suma de los volúmenes de las

esferas de todos los átomos en una celdilla unidad, dividida entre el

volumen de la celdilla unidad. Es una cantidad que expresa qué tantos

átomos de igual diámetro pueden permanecer u ocupar un lugar

dentro de la celda unidad. 14.- Cuáles son las 14 redes de Bravais?

  Cúbica simple

  Cúbica centrada en las caras

  Cúbica centrada en el cuerpo

  Tetragonal simple

  Tetragonal centrada en el cuerpo

  Hexagonal

  Ortorrómbica simple

  Ortorrómbica centrada en el cuerpo

  Ortorrómbica centrada en las bases

  Ortorrómbica centrada en las caras

  Romboédrica o trigonal

  Monoclínica simple  Monoclínica centrada en las bases

  Triclínica

15.- En qué estructuras cristalizan el 90% de los metales?

En estructura cúbica centrada en las caras, cúbica centrada en el cuerpo y

hexagonal compacta.

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16.- Resolver problemas de estructuras cristalinas (copias)

*Anexos.

17.- Resumir “solidificación e imperfecciones cristalinas”, “Propiedades mecánicas de los

materiales”, “Propiedades ópticas de los materiales”, “Propiedades eléctricas de los materiales”. 

IMPERFECCIONES EN SÓLIDOS

La presencia de imperfecciones afecta profundamente las propiedades de algunos materiales, por

ellos es importante conocer los tipos de imperfecciones que existen y los papeles que juegan

cuando afectan el comportamiento de los materiales. Todos los sólidos tienen defectos o

imperfecciones de diferentes tipos. Un defecto cristalino es una irregularidad de red en la cual una

o más de sus dimensiones son del orden de un diámetro atómico. La clasificación de las

imperfecciones se realiza a partir de la geometría o dimensiones del defecto. (Defectos de punto,

relacionados con una o dos posiciones atómicas; defectos de línea, con una dimensión; y defectos

interfaciales, que tienen dos dimensiones.).

El más simple de los defectos puntuales es la vacante, se trata de un lugar normalmente ocupado

por un átomo, que en este caso estará ausente; todos los sólidos cristalinos contienen vacantes.

Un defecto intersticial se refiere a un átomo que se ha desplazado a un lugar vacío que

ordinariamente no está ocupado. La formación de este defecto es

muy poco probable.

Las impurezas o átomos extraños siempre están presentes y a veces

existen como defectos cristalinos puntuales, es difícil tener un metal

100% puro, la mayoría de los metales más conocidos no son

altamente puros, sino aleaciones que se hacen para conseguir

propiedades específicas. Con la adición de átomos de impurezas a

un metal se forma una disolución sólida, en la que la estructura cristalina se conserva.

Una dislocación es un defecto lineal por el cual algunos átomos están desalineados. La dislocación

de cuña se trata de un defecto lineal centrado alrededor de la línea definida por el extremo del

semiplano de átomos extra. A veces se le denomina línea de dislocación. Existe otro tipo de

dislocación llamada dislocación helicoidal, que se forma al aplicar un esfuerzo cizallante para

producir esta deformación; la parte superior de la región frontal del cristal se desplaza una unidad

atómica a la derecha con respecto a la parte inferior. También existen dislocaciones mixtas.

Los defectos interfaciales son: superficies externas, límites de grano, límites de macla, fallos de

apilamiento, límites de fase y paredes de dominios ferromagnéticos. Los defectos de volumen son:

poros, grietas, inclusiones extrañas y otras fases.

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PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES

Las propiedades mecánicas de los materiales se determinan realizando ensayos cuidadosos de

laboratorio que reproducen lo más fielmente posible las condiciones de servicio. Entre los factores

que deben considerarse están la naturaleza de la carga aplicada, su duración, así como las

condiciones del medio ambiente. La carga puede ser de tracción, compresión ó cizalladura, y su

magnitud puede ser constante o fluctuar. La temperatura de servicio puede ser un factorimportante.

Si una carga es estática o con el tiempo varía y es aplicada uniformemente sobre una sección

transversal o la superficie de una pieza, el comportamiento mecánico puede estimarse mediante

un simple ensayo de esfuerzo-deformación. Existen tres maneras principales de aplicar la carga:

tracción, compresión y cizalladura.

El ensayo de tracción puede emplearse para determinar varias propiedades mecánicas de

materiales importantes para el diseño, la probeta se sujeta en sus extremos con las mordazas de la

máquina de ensayos y alarga la probeta a una velocidad constante, el ensayo es destructivo. El

resultado se registra como carga o esfuerzo contra alargamiento.

El ensayo de compresión se realiza de forma similar, excepto que la fuerza es compresiva y la

probeta se contrae a lo largo de la dirección del esfuerzo, esto produce un esfuerzo negativo. La

deformación de cizalladura se define como la tangente del ángulo de deformación. La torsión es

una variación de la cizalladura pura, en ella un miembro estructural es torcido, las fuerzas de

torsión producen un movimiento rotacional alrededor del eje longitudinal de un extremo del

miembro respecto al otro. En los ensayos de esfuerzo-deformación, cuando estos dos son

proporcionales, se habla de una deformación elástica, la pendiente lineal corresponde al módulo

de elasticidad, este módulo puede ser interpretado como la rigidez o la resistencia de una material

a la deformación elástica. También existe una característica que no todos los materiales poseen,

se trata de la anelasticidad, en donde la deformación continúa después de aplicar la carga, y

cuando esta se deja de aplicar, el material tarda un poco en recuperar su forma original. A medida

que el material se deforma más allá de la zona elástica el esfuerzo deja de ser proporcional a la

deformación y es ahí cuando hablamos de una deformación plástica; esta corresponde a la ruptura

de enlaces entre los átomos vecinos y a la formación de nuevos enlaces con otros átomos.

La resistencia a la tracción es el esfuerzo en el punto máximo de la curva de esfuerzo-deformación

y corresponde al esfuerzo máximo que puede soportar una estructura sometida a tracción.

La ductilidad es otra propiedad mecánica importante, es una medida del grado de deformación

plástica que puede soportar un material antes de llegar a la fractura. La resiliencia es la capacidad

de un material de absorber energía cuando se deforma elásticamente y de cederla cuando se le

deja de aplicar carga. La tenacidad es un término mecánico que se utiliza para expresar la medida

de la capacidad de un material para absorber energía hasta llegar al punto de fractura. Otra

propiedad mecánica que puede ser importante es la dureza, que es una medida de la resistencia

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de un material a la deformación plástica localizada. La escala de Mohs es un método cualitativo

para catalogar la dureza que tiene valores desde 1 perteneciente al talco, hasta 10, el diamante; a

lo largo de los años se han desarrollado técnicas más exactas. En estos ensayos se mide la

profundidad de la huella o hendidura resultante de una colisión pequeña, que se relaciona con un

número de dureza. Los valores son relativos.

El ensayo de dureza Rockwell constituye el más utilizado, consiste en la utilización de

penetradores basados en escalas que proceden de su empleo, los penetradores pueden ser

esferas de acero con diámetros determinados o un penetrador cónico de diamante para los

materiales más duros. Esto se relaciona con un número de dureza en la escala, para cada escala las

durezas pueden llegar a valores de 130, pero a medida que la dureza alcanza valores superiores a

100 o inferiores a 20, estos se vuelven poco exactos. En el ensayo de dureza Brinell el principio es

el mismo, a excepción de que en este se utilizan técnicas de barrido óptico para visualizar la huella

y calcular la dureza basándose en su propia escala.

Otras dos técnicas de ensayos de dureza son la de Knoop y la de Vickers,

en estos ensayos, un penetrador de diamante muy pequeño y de

geometría piramidal es presionado sobre la superficie del material en

cuestión, la marca resultante se observa al microscopio y se mide,

medida que se convierte al número de dureza. 

PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE LOS MATERIALES

Las propiedades eléctricas de los materiales son en sí su respuesta a la acción de un campo

eléctrico aplicado. Una de las características eléctricas más importantes de un material sólido es la

facilidad con que transmite una corriente eléctrica. La ley de Ohm relaciona la corriente con el

voltaje aplicado de una manera directamente proporcional al producto de la corriente por la

resistencia del material por el que pasa la corriente. La conductividad eléctrica indica la facilidad

con que un material es capaz de conducir una corriente eléctrica; a intensidad del campo eléctrico

es la diferencia de voltaje entre dos puntos dividida por la distancia que los separa. De hecho una

manera de clasificar los materiales sólidos es según la facilidad con que conducen la corriente

eléctrica, de acuerdo con esto los materiales pueden ser conductores, semiconductores y

aisladores.

En los materiales iónicos es posible un movimiento neto de iones cargados que produce una

corriente, esto se llama conducción iónica. Para que se dé un enlace atómico es indispensable que

la ultima capa de electrones en un átomo tenga mayor energía de Fermi, a los que se les

denomina electrones libres. En los semiconductores y aislantes se les caracteriza una menor

cantidad de carga llamada hueco, que también participan en el enlace.

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Metales: Para que un electrón llegue a ser libre, debe ser excitado o promovido hacia uno de los

estados de energía vacios y disponibles por encima del que está.

En el caso de los semiconductores y aislantes no se puede hacer eso porque no existen estados

vacios contiguos a la parte superior de la banda de valencia que está llena. Por tanto que el

electrón tenga mayor energía y se vuelva libre, es necesario suministrarle la diferencia de energía

que ocupa para superar a los de la última banda. Al aumentar la temperatura tanto de un aisladorcomo de un semiconductor aumenta la energía térmica disponible para la excitación de

electrones. Para las adiciones de una impureza individual que forma una disolución sólida la

resistividad de la impureza se relaciona con la concentración de la impureza en términos de la

fracción atómica, siento la resistividad la medida en que el material se resiste al flujo de corriente

a través de él.

La deformación plástica también aumenta la resistividad eléctrica como resultado del aumento del

número de dislocaciones que causan dispersión de electrones.

La conductividad eléctrica de los materiales semiconductores no es tan elevada como la de los

metales, sin embargo tienen algunas características eléctricas únicas que los hacen especialmente

útiles. Las propiedades eléctricas de estos materiales son extremadamente sensibles a la presencia

de concentraciones de impurezas. Los semiconductores intrínsecos son aquellos cuyo

comportamiento eléctrico depende de la estructura electrónica propia del material puro. Cuando

las características eléctricas están determinadas por átomos de impureza, se dice que se trata de

un semiconductor extrínseco.

A veces se desea determinar el tipo de portador de carga mayoritario, la concentración y la

movilidad de determinado material. Estas determinaciones no son posibles a partir de una sencilla

medición de la conductividad eléctrica, para ello debe medirse el efecto Hall. Este es el resultado

del fenómeno mediante el cual un campo magnético aplicado perpendicularmente a la dirección

del cuerpo magnético como a la del movimiento de la partícula.

Las propiedades eléctricas únicas de los semiconductores permiten emplearlos en dispositivos que

deben realizar funciones electrónicas específicas. Los diodos y los transistores que han

reemplazado a los anticuados tubos de vacío son dos ejemplos familiares. Algunas ventajas de los

dispositivos semiconductores son su tamaño pequeño, bajo consumo de energía y el no requerir

de un periodo de precalentamiento. Un rectificador o diodo es un dispositivo electrónico que

permita que la corriente fluya solamente en una dirección, estos pueden transformar corriente

alterna en corriente directa. Los transistores son dispositivos semiconductores muy importantes

en los circuitos microelectrónicos actuales, son capaces de dos tipos de funciones fundamentales.

Primero, pueden realizar las mismas operaciones que el tubo de vacío precursor, el tríodo, es

decir, pueden amplificar una señal eléctrica; además sirven como dispositivos de la conmutación

en las computadoras para el procesamiento y almacenaje de la información. Los dos tipos

principales son el transistor de unión y el transistor de efecto de campo metal óxido semi

conductor.

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En los últimos años, el desarrollo de los circuitos microelectrónicos, en los cuales millones de

componentes electrónicos y circuitos son incorporados en un espacio muy pequeño, ha

revolucionado el campo de la electrónica. Como resultado del refinamiento de las técnicas de

procesado y fabricación, se ha logrado una sorprendente disminución del costo de los circuitos

integrados, por lo que ahorra las computadoras personales son mucho más

accesibles.

La mayoría de las cerámicas iónica y polímeros son materiales aisladores a la

temperatura ambiente. Al aumentar la temperatura, los materiales aislantes

experimentan un aumento en la conductividad eléctrica que puede llegar a

ser mayor que la de los semiconductores. Los cationes y los aniones de los

materiales iónicos poseen carga eléctrica y en consecuencia, son capaces de migración o difusión

en presencia de un campo eléctrico. La migración de aniones y cationes tendrá lugar en

direcciones opuestas, la conductividad es la suma de las contribuciones electrónica y iónica.

Existen polímeros muy buenos conductores, que han alcanzado coeficientes de conducción

eléctrica equiparables a los de los metales.

Un material dieléctrico es un aislante eléctrico no metálico, que presenta una estructura eléctrica

dipolar, es decir, con una separación entre las cargas eléctricas positivas y negativas a nivel

atómico molecular.

Existen tres tipos de polarización: Electrónica (en todos los materiales dieléctricos), iónica (sólo en

materiales iónicos), de orientación (sustancias que poseen momentos dipolares permanentes).

El grupo de materiales dieléctricos denominados ferroeléctricos, presenta polarización

espontánea, es decir, en ausencia de un campo eléctrico. Una propiedad poco común es la

piezoelectricidad o electricidad por presión, esto es la polarización gracias a la aplicación de

fuerzas externas. Los materiales piezoeléctricos se utilizan en los transductores o dispositivos que

convierten la energía eléctrica en deformaciones mecánicas o viceversa.

19.- Describa detalladamente en qué consiste y que propiedades pueden obtenerse de un ensayo

de: Tensión, dureza, fatiga, impacto, termofluencia y flexión.

Tensión: Consiste en sujetar la pieza de dos extremos opuestos, en una máquina especializada, y

estirar la pieza a velocidad constante, aplicando así una fuerza; mediante este ensayo podemos

obtener la magnitud de propiedades como: elasticidad, tenacidad, esfuerzo, cedencia, etc.

Dureza: Consiste en provocar colisiones entre el material estudiado y un balín o prisma de material

conocido, medir la profundidad de la huella que deja en el material estudiado y comparar esa

huella con las escala de dureza establecidas.

Fatiga: Es un método que se utiliza para estudiar el comportamiento de materiales bajo cargas

fluctuantes, en ella se aplican al material dos cargas, una fija y una variable, se determina la

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cantidad de ciclos necesarios para que el material falle. En este ensayo podemos

encontrar propiedades como la elasticidad, cedencia, amortiguamiento, esfuerzo

y tenacidad.

Impacto: Se utilizan para determinar el comportamiento de un material a altas

velocidades de deformación, se pueden utilizar péndulos clásicos para determinarla energía absorbida por el material. En este ensayo encontramos propiedades como dureza,

amortiguamiento, plasticidad.

Termofluencia: Se utiliza para estudiar el comportamiento de un material a elevadas temperaturas

y con cierta aplicación de fuerza, es totalmente destructivo y en él se encuentran propiedades

como elasticidad, plasticidad, tenacidad, y deformación.

Flexión: Sus objetivos son estudiar la curva carga-deformación del material y determinar la

distribución de deformación y tensión a lo largo del material; las propiedades que hacen presencia

en este ensayo son elasticidad, plasticidad, dureza, tenacidad, esfuerzo, etc.

20.- Describa detalladamente la curva esfuerzo deformación (defina cada uno de sus puntos).

Esta gráfica se divide en dos zonas, la zona de deformación elástica y zona de deformación

plástica, la elástica se refiere al punto donde al dejar de aplicar fuerza, el material volverá a su

forma original, mientras en la zona plástica el material está permanentemente afectado. Dentro

de la curva de estas dos zonas, encontramos puntos sumamente

importantes que nos indican los tipos de esfuerzo que ejerce la pieza y

hasta qué medida los puede tolerar.

  Módulo de elasticidad: Marca el punto donde la deformación es

elástica, en este punto el esfuerzo y la deformación son

proporcionales.

  Límite elástico: Muestra el punto a partir del cual la deformación

es plástica.

  Encuellamiento: Es el punto donde el área media de la pieza comienza a reducirse

indicando una posible fractura, además de la deformación plástica.

  Resistencia máxima a la tensión: Marca la tensión máxima que el material soporta.

21.- Describa como se lleva a cabo un ensayo de Dureza: Rockwell, Vickers, Brinell y Knoop.

Rockwell y Brinell: Es el método más utilizado y consiste en causar colisiones entre unaesfera de metal (ya conocido) de un diámetro conocido, y masa sabida, medir la huella

que esta colisión deja en el metal estudiado y comparar la magnitud con la escala de

dureza Rockwell, para así determinar su módulo de dureza.

Vickers y Knoop: Estos ensayos son mucho más costosos, pues la prueba se lleva a

cabo con una punta o pirámide de diamante (material con la mayor dureza) y se hace

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colisionar con el material en cuestión, este ensayo es mucho más exacto, las cargas son mucho

menores en este tipo de ensayos, comparado con Brinell y Rockwell; de igual manera, la magnitud

de la huella de la colisión se mide y se compara con las escalas correspondientes.

22.- Resolver problemas de dureza y tensión (copias).

*Anexo.

23.- Describa ampliamente un:

  Conductor eléctrico: Es aquel material que tiene facilidad para transmitir una corriente

eléctrica, normalmente bajo este concepto nos referimos a

metales, o en su defecto a polímeros conductores a altas

temperaturas. La conductividad eléctrica es el recíproco de la

resistividad.

  Semiconductor: Mediante este término nos referimos a materiales con conductividades

intermedias, es decir, que no alcanzan la magnitud de propiedad de los metales, pero

tampoco se consideran aislantes.

  Material superconductor: Es aquel que por debajo de la temperatura

crítica, dependiente de la naturaleza del material, estos ponen

resistencia cero al flujo de la electricidad y pueden expulsar el flujo

magnético de su interior, dando lugar al fenómeno de levitación

magnética; el primer superconductor descubierto fue el mercurio.

  Aislante eléctrico: Se denomina aislante eléctrico a aquel material que opone mucha

resistencia al flujo eléctrico, no existe ningún material que sea

completamente aislante, pero si muchos que se acercan como los polímeros

que no estén en casos especiales y los cerámicos. El comportamiento de

estos materiales se deben a la barrera de potencial que se establece entre

las bandas de valencia y conducción que dificulta la existencia de

electrones libres.   Propiedades magnéticas: Son todas las relacionadas con el fenómeno físico

asociado con la atracción de determinados materiales; por medio de los

cuales los materiales ejercen una fuerza de atracción o repulsión

inversamente proporcional a la distancia a la que se encuentren uno de otro.

24.- Resumir “Aleaciones no ferrosas”: 

El acero y otras aleaciones férreas se consumen en cantidades excesivamente grandes debido a

que poseen una amplia gama de propiedades mecánicas, pueden conformarse con relativa

facilidad y se producen con economía. Sin embargo sus principales limitaciones son densidad

relativamente alta, conductividad eléctrica comparativamente baja y una susceptibilidad a la

corrosión en algunos medios comunes; por ello en muchas aplicaciones es más conveniente o aun

necesario utilizar otras aleaciones que tengan una combinación de propiedades más adecuada.

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En ocasiones se hace una distinción entre aleaciones moldeadas y aleaciones hechuradas. Las

aleaciones que son tan frágiles que no es posible conformarlas con una deformación considerable,

generalmente se moldean, estas se clasifican como aleaciones moldeadas. Por otro lado, las que

soportan deformaciones mecánicas se denominan aleaciones hechuradas. Una aleación designada

como “tratable térmicamente” es aquella cuya resistencia mecánica se mejora por medio del

endurecimiento por precipitación o por una transformación martensítica, los cuales requierentratamientos térmicos específicos.

El cobre sin alear es tan blando y dúctil que es difícil mecanizarlo, por otro lado tiene una

capacidad casi ilimitada de ser trabajado en frío. Es altamente resistente a la corrosión; las

propiedades de resistencia mecánica y a la corrosión del cobre pueden mejorarse por aleación. La

mayoría de las aleaciones de cobre no pueden endurecerse ni puede aumentarse su resistencia

por tratamiento térmico.

Las aleaciones de cobre más comunes son los latones, en los cuales el elemento de aleación

predominante es el cinc como impureza sustitucional. Algunos de los latones más comunes son el

latón ordinario, el latón naval, el latón de cartuchería, el metal Muntz y el metal dorado; algunos

de los usos más comunes de las aleaciones de latón incluyen bisutería, cartuchos de municiones,

radiadores de autos, instrumentos musicales, encapsulado electrónico y monedas.

Los bronces son aleaciones de cobre con otros elementos, como estaño, aluminio, silicio y níquel.

Estas aleaciones son más resistentes que los latones y tienen un alto grado de resistencia a la

corrosión. Las aleaciones de cobre endurecibles por precipitación más comunes son los cobres al

berilio, que poseen una notable combinación de propiedades eléctricas y de resistencia a la

corrosión y resistencia al desgaste cuando están bien lubricados, se pueden fundir, hechurar en

caliente o trabajar en frío.

El aluminio y sus aleaciones se caracterizan por su densidad relativamente baja, elevada

conductividad eléctrica y térmica y su resistencia a la corrosión, tienen elevada ductilidad.

Generalmente las aleaciones de aluminio se clasifican como moldeables y hechurables. Algunas de

las aplicaciones más comunes de las aleaciones de aluminio incluyen partes estructurales de los

aviones, latas para bebidas, partes de carrocerías.

La característica más notable del magnesio es su densidad, que es la más baja de todos los metales

estructurales; el magnesio tiene una estructura cristalina HC, es relativamente blando y tiene un

módulo elástico bajo. Las aleaciones de magnesio son relativamente inestables y susceptibles a la

corrosión en ambientes marinos; la resistencia a la corrosión o a la oxidación es buena en la

atmósfera normal. El polvo fino del magnesio quema al calentarlo al aire.

El titanio y sus aleaciones son materiales de ingeniería relativamente nuevos que poseen una

extraordinaria combinación de propiedades, tiene una densidad baja, alto punto de fusión. Las

aleaciones de titanio son extremadamente resistentes a la tracción a temperaturas altas, las

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aleaciones son muy dúctiles y fácilmente forjables y mecanizables. La

principal limitación del titanio es su reactividad química con otros materiales

a temperaturas elevadas; comúnmente se utilizan en estructuras de aviones,

vehículos espaciales y en las industrias petrolífera y química.

Los metales con temperaturas de fusión muy elevadas se clasifican comometales refractarios, que son extraordinariamente fuertes, y tienen módulos

elásticos muy grandes, altas resistencias y durezas. Las aplicaciones son para

mejorar las propiedades de otros metales.

Las superaleaciones tienen una combinación superlativa de propiedades, se emplean en

componentes de turbinas de avión, pues resisten a la exposición a ambientes altamente oxidantes

y a altas temperaturas por periodos razonables.

Los metales nobles o preciosos tienen características en común, son caros, tienen propiedades

superiores, son blandos, dúctiles y resistentes a la oxidación; propiedades que aumentan gracias a

las aleaciones que se forman con ellos. El níquel y sus aleaciones son altamente resistentes a la

corrosión en muchos ambientes. El monel es una aleación a base de níquel que tiene una dureza

muy elevada y extremada resistencia a la corrosión. El plomo, el estaño y sus aleaciones se utilizan

como materiales de ingeniería, son blandos y plásticos, tienen bajas temperaturas de fusión y son

resistentes a ambientes corrosivos.

25.- Describa ampliamente cuales son las características y aplicaciones del Cobre y sus aleaciones:

  Ductilidad

  Blando

  Difícil de mecanizar

  Capacidad ilimitada de ser trabajado en frío

  Resistente a la corrosión

  Sus aleaciones son: latón, bronce, cobre al berilio, latón ordinario, latón naval, latón de

cartuchería, metal Muntz y metal dorado.

  El cobre se utiliza mayormente en el cableado.

  Latón: relativamente blando, dúctil, fáciles de hechurar en frío. Se usan en bisutería,

cartuchos de municiones, radiadores, instrumentos musicales, encapsulado electrónico y

monedas.

  Bronce: Contiene cobre, estaño, aluminio, silicio y níquel. Son más resistentes que loslatones, alto grado de resistencia a la corrosión, resistencia a la tracción.

26.- Qué es el latón?

Es una aleación del cobre en el que el elemento de aleación predominante es el

cinc, algunos de los usos más comunes de las aleaciones de latón incluyen bisutería, cartuchos de

municiones, radiadores, instrumentos musicales, encapsulado electrónico y monedas.

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27.- Qué es el bronce?

Es una aleación de cobre con otros elementos como el estaño, aluminio silicio y

níquel. Son más resistentes que los latones. 28.- Describa ampliamente cuales son las características y aplicaciones del magnesio y sus

aleaciones.La característica más notable del magnesio es su densidad, que es la más

baja de todos los materiales estructurales, sus aleaciones se emplean

cuando el peso ligero es una consideración importante. Tiene una estructura

cristalina HC, es relativamente blando, tiene un módulo elástico bajo, a

temperatura ambiente el magnesio y sus aleaciones se deforman con

dificultad, tiene temperatura de fusión baja, sus aleaciones son inestables y susceptibles a la

corrosión en ambientes marinos. Actualmente se aplica en herramientas, automóviles, y en equipo

de audio-video-computadoras-comunicaciones.

29.- Describa ampliamente cuales son las características y aplicaciones del aluminio y sus

aleaciones.

El aluminio y sus aleaciones se caracterizan por su densidad baja, elevada

conductividad eléctrica y térmica y su resistencia a la corrosión en algunos

ambientes comunes, incluyendo el atmosférico. Tiene elevada ductilidad,

tiene una estructura cristalina FCC, conserva su ductilidad a temperaturas

muy bajas, tiene baja temperatura de fusión, sus principales elementos de

aleación son cobre, magnesio, silicio, manganeso y cinc. Se ha desarrollado

una generación de aleaciones aluminio-litio para su empleo en la industria aeronáutica y en la

aeroespacial.

30.- Describa ampliamente cuales son las características y aplicaciones del Titanio y sus aleaciones.

El titanio y sus aleaciones poseen una densidad relativamente baja, un alto punto de fusión, un

módulo elástico alto. Las aleaciones de titanio son extremadamente resistentes y se pueden

obtener resistencias a la tracción a temperatura ambiente realmente grandes; las aleaciones son

muy dúctiles y fácilmente forjables y mecanizables. La principal limitación del titanio es su

reactividad química con otros materiales a temperaturas elevadas. La resistencia a la corrosión de

las aleaciones de titanio a temperaturas normales es inusualmente alta. Comúnmente se utiliza en

estructuras de aviones, vehículos espaciales, y en las industrias petrolífera y química.

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31.- Describa ampliamente cuales son los metales refractarios.

Son los metales con temperaturas de fusión muy elevadas, en este grupo

se incluyen niobio, molibdeno, tungsteno y tantalio. Los enlaces

interatómicos en estos metales son extraordinariamente fuertes, lo que

explica las temperaturas de fusión y tienen módulos elásticos grandes y

altas resistencias y durezas, tanto a la temperatura ambiente como a temperaturas elevadas. Lasaplicaciones de estos metales son básicamente mejorar las propiedades de otros metales y

fabricar matrices de extrusión y partes estructurales de vehículos espaciales; los filamentos de las

bombillas incandescentes, los tubos de rayos X, y los electrodos de soldadura. El tantalio es

inmune al ataque químico.

32.- Describa ampliamente cuales son las superaleaciones.

Son aleaciones que tienen una combinación superlativa de propiedades. La mayoría se emplean en

componentes de turbinas de avión, que deben resistir la exposición a

ambientes altamente oxidantes y a altas temperaturas por periodos

razonables. Estos materiales se clasifican de acuerdo con el metal

predominante en la aleación, que puede ser cobalto, níquel o hierro;

también se pueden incluir los materiales refractarios, cromo y titanio.

Estas aleaciones se emplean en reactores nucleares y equipo petroquímico.

33.- Describa ampliamente cuales son los metales nobles.

También llamados metales preciosos son un grupo de ocho elementos que tienen

algunas características físicas en común. Son caros y tienen propiedades superiores

o notables, son blandos, dúctiles y resistentes a la oxidación. Los metales nobles son

plata, oro, platino, paladio, rodio, rutenio, iridio, y osmio. Los tres primeros son los

más comunes y se utilizan para la joyería. La resistencia de la plata y el oro

aumentan por medio de su aleación en una disolución sólida con cobre, se

emplean como materiales de restauración dental. Algunos contactos eléctricos

de circuitos integrados son de oro. El platino se emplea para equipos de

laboratorio químico, como catalizador, y en termopares para medir temperaturas elevadas.

34.- Resumir “polímeros”. 

ESTRUCTURAS POLIMÉRICAS

Los polímeros naturales (aquellos que se obtienen de plantas y animales) se usan desde hacemuchos siglos, estos incluyen la madera, caucho, algodón, lana, cuero y seda, proteínas, enzimas,

almidones y celulosa. Las herramientas modernas de la investigación científica han permitido

determinar las estructuras moleculares de este grupo de materiales, así como desarrollar

numerosos polímeros que se sintetizan a partir de pequeñas moléculas orgánicas. Al igual que con

los metales y las cerámicas, las propiedades de los polímeros están íntimamente relacionadas con

los elementos estructurales del material.

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Muchos materiales orgánicos son hidrocarburos, es decir, están compuestos de hidrógeno y

carbono y sus enlaces intramoleculares son covalentes. Las moléculas que tienen enlaces

covalentes dobles y triples se denominan insaturadas. En un hidrocarburo saturado todos los

enlaces son sencillos y no se pueden añadir átomos nuevos. Los compuestos de hidrocarburos que

tienen la misma composición pueden tener estructuras atómicas diferentes, fenómeno

denominado isomería; algunas de las propiedades físicas de los hidrocarburos dependen delestado isomérico.

Las moléculas de los polímeros son gigantescas en comparación con los hidrocarburos, debido a su

tamaño, se les nombra macromoléculas, que están unidas por enlaces covalentes. El término

monómero denota la molécula individual a partir de la cual se sintetiza un polímero. La cadena del

polímero se forma entonces por la adición secuencial de unidades monoméricas a esta molécula

activa iniciadora de cadenas. Cuando todas las unidades monoméricas a lo largo de una cadena

son del mismo tipo, el polímero resultante se denomina homopolímero. Las cadenas pueden estar

compuestas de dos o más unidades monoméricas diferentes, en lo que se denominan

copolímeros. La funcionalidad es el número de enlaces que puede formar un monómero dado.

Las características físicas de un polímero dependen no solamente de su peso molecular y de su

forma, sino también de las diferencias en la estructura de las cadenas moleculares. Las técnicas

modernas de síntesis de polímeros permiten un control considerable de las diferentes

posibilidades estructurales. Existen estructuras lineales, ramificadas, entrecruzadas y reticuladas,

además de configuraciones isoméricas.

Los polímeros lineales son aquellos en los cuales las unidades manométricas se unen unas a otras

formando cadenas sencillas, estas largas cadenas son flexibles; puede haber importantes enlaces

de Van der Waals y enlaces de hidrógeno; algunos de los polímeros comunes que se forman con

estructuras lineales son polietileno, cloruro de polivinilo, poliestireno, polimetilmetacrilato, nylon

y fluorocarbonos.

Pueden sintetizarse polímeros cuya cadena principal está conectada lateralmente con otras

cadenas secundarias, a estos se les llama polímeros ramificados. Las ramas son resultado de las

reacciones secundarias que ocurren durante la síntesis del polímero. Los polímeros que forman

estructuras lineales también pueden ramificarse. Por ejemplo, el polietileno de alta densidad y

polietileno de baja densidad.

En los polímeros entrecruzados las cadenas lineales adyacentes se unen entre sí en diferentes

posiciones mediante enlaces covalentes, esto se logra por la adición de átomos que están

enlazados en forma covalente con las cadenas. Muchos de los materiales elastoméricos tienen

enlaces entrecruzados como el caucho, en el cual el proceso se llama vulcanización.

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Los monómeros multifuncionales que dan lugar a tres o más enlaces covalentes activos forman

redes tridimensionales nombradas polímeros reticulados. Estos forman propiedades mecánicas y

térmicas específicas, los epoxis, poliuretanos y el fenol-formaldehido pertenecen a este grupo.

Existe un esquema de clasificación de materiales de acuerdo con su comportamiento ante el

aumento de temperatura, se dividen en termoplásticos y termoestables o termofijos. Lostermoplásticos se ablandan cuando se calientan y se endurecen cuando se enfrían, proceso que es

reversible. La degradación irreversible se observa cuando un polímero termoplástico fundido se

eleva a una temperatura demasiado alta. La mayoría de los polímeros lineales y aquellos que

tienen algunas estructuras ramificadas con cadenas flexibles son termoplásticos. Algunos ejemplos

son el polietileno, poliestireno, tereftalato de polietileno y cloruro de polivinilo.

Los polímeros termoestables son polímeros reticulados, se hacen permanentemente duros

durante su formación y no se ablandan con el calentamiento; estos tienen enlaces cruzados

covalentes entre cadenas moleculares adyacentes. Son más duros y fuertes que los termoplásticos

y tienen una mejor estabilidad dimensional. Algunos ejemplos son epoxis y fenólicos, así como

algunas resinas de poliéster.

Los materiales poliméricos se encuentran en estado cristalino, pero su

ordenamiento atómico es más complejo, se considera que la cristalinidad

polimérica es el empaquetamiento de cadenas moleculares para producir

una estructura atómica ordenada. Puede especificarse en términos de

celdilla por unidad. Un polímero semicristalino consiste en pequeñas

regiones cristalinas que tienen cada una un alineamiento preciso y están

intercaladas en una matriz amorfa compuesta de moléculas con una orientación aleatoria.

Frecuentemente estas laminillas forman una estructura de multicapas, que se denomina modelo

de cadena plegada.

35.- Qué son los polímeros?

Son macromoléculas formadas de unidades llamadas monómeros, que

dependiendo de su estructura toman diferentes nombres y poseen diversas

características y propiedades, existen polímeros naturales y sintéticos.

36.- Qué es un polímero natural y cuál es uno sintético?

Los polímeros naturales son aquellos que se obtienen de plantas y animales,

como proteínas, enzimas, almidones y celulosa. Los sintéticos son los que ha

creado el hombre gracias a la tecnología, que van desde plásticos, cauchos y

materiales fibrosos.

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37.- Qué es un monómero?

El término monómero denota la molécula individual a partir de la

cual se sintetiza un polímero. Es la unidad básica de los polímeros.

38.- Qué es un homopolímero y un copolímero?

Se le llama homopolímero al polímero donde todas las unidades monoméricas a lo largo de lacadena, son del mismo tipo; le llamamos copolímero,

a la cadena polimérica en donde las unidades

monomércas son diferentes.

39.-Qué tipo de enlaces unen a los polímeros?

Se usan los enlaces covalentes, sin embargo también podemos encontrar enlaces de

Van der Waals y de puentes de hidrógeno, de manera significativa. Esto gracias a la

estructura del carbono y del hidrógeno, pues es el enlace que solicitan sus electrones

libres.

40.- Explica en qué consiste un termoplástico y un termofijo.

Los termoplásticos son polímeros que se ablandan cuando se calientan y se endurecen cuando se

enfrían, este proceso es reversible, a medida que aumenta su temperatura

disminuyen las fuerzas de enlace secundarias, la degradación irreversible ocurre

cuando un termoplástico fundido se eleva a temperaturas demasiado altas;

usualmente son polímeros lineales. Un termofijo es un polímero reticulado, se

hacen permanentemente duros durante su formación y no se ablandan con el

calentamiento, son más duros y fuertes que los termoplásticos.

41.- Describa la polimerización por condensación.

También llamada reacción por etapas es la formación de polímeros mediante reacciones químicas

intermoleculares en la que intervienen más de una especie monomérica, generalmente se origina

un subproducto de bajo peso molecular, como agua, el cual se elimina o se condensa. Las

sustancias reactivas tienen fórmulas químicas diferentes de la unidad

monomérica que se repite, y la reacción intermolecular tiene lugar cada vez

que se forma una unidad monomérica repetitiva. Este proceso se repite hasta

formar una molécula lineal.

42.- Qué polímeros polimerizan por condensación?

Los poliésteres termoestables como el fenol-formaldehido, el nylon y los

policarbonatos.

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43.-Describa la polimerización por adición.

Es un proceso por el cual las unidades monoméricas se van uniendo en cadena una

a otra para formar una macromolécula lineal, la composición de la molécula

resultante como producto es un múltiplo exacto del monómero reactivo original.

En esta se distinguen tres etapas diferentes, iniciación, propagación y terminación.

44.- Qué polímeros polimerizan por adición?

Polietileno, polipropileno, cloruro de polivinilo y poliestireno, así como muchos

copolímeros.

45.- Enuncie la fórmula química de los siguientes polímeros: PE, PP, PS, PVC, PET y Teflón.

  Polietileno: -(CH2-CH2)-n 

  Polipropileno: -(CH2-CH)-n 

l

CH3 

  Poliestireno:

  Cloruro de polivinilo: 

  Tereftalato de polietileno:

  Teflón: 

46.- Qué es la temperatura de transición vítrea (Tg).

Es el punto en donde los sólidos semicristalinos, en este caso los polímeros comienzan a

ablandarse según sus características, a tener un comportamiento tipo

bolsa. También indica un aumento del volumen específico en el material.

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47.- Describa qué es una esferulita.

Es la forma en que la mayoría de los polímeros voluminosos cristalizan, cada

esferulita crece en tres dimensiones y asume una forma de esfera.

48.- Describa detalladamente:  Moldeo por compresión en caliente: El moldeo es el método más común para la

conformación de los polímeros plásticos, en el moldeo por compresión se coloca una

cantidad adecuada de mezcla de polímeros y aditivos necesarios entre las piezas

machihembradas del molde. Las dos piezas del molde se calientan, pero sólo una es

removible, el molde se cierra y se aplican calor y presión, haciendo el material plástico

viscoso y así adquiere la forma del molde.

  Moldeo por inyección: La cantidad adecuada de material

granulado pasa de la tolva de alimentación a un cilindro por el

movimiento de un embolo o pistón. Esta carga es empujada

hacia delante hasta la cámara de calentamiento, donde se le

fuerza alrededor de un dispersor de modo que haya un contacto con la pared calentada; el

material se funde y queda viscoso, este se impulsa para que entre en la cavidad cerrada

del molde, la presión se mantiene hasta que la pieza ha solidificado.

  Moldeo por soplado: Primero se extruye una preforma o segmento

de tubo de polímero, mientras aún está en estado semifundido, la

preforma se coloca en un molde de dos piezas que tiene la forma

deseada. La pieza hueca se conforma al soplar aire o vapor a

presión dentro de la preforma, forzando a las paredes del tubo a

que adquieran la forma del molde.

  Extrusión: Un tornillo mecánico impulsa a través de la cámara el material granulado, el

cual es compactado, fundido y conformado como una carga de fluido

viscoso, la extrusión tiene lugar al forzar la masa fundida a través del

orificio de la matriz. La solidificación se acelera mediante chorro de

aire o de agua o un baño. Ejemplos: varillas, tubos, canales de

manguera, láminas y filamentos.

49.- Enuncie la mayor cantidad de aplicaciones de los siguientes polímeros.

  PE: Botellas flexibles, juguetes, vasos, partes de pilas, charolas para hielo, películas para

embalaje, bolsas para comestibles, linos para pañales, películas para agricultura, bolsas depapitas, películas extruidas.

  Nylon: Cojinetes, engranajes, levas, guías, palancas y recubrimientos de alambres y cables;

cubrimiento de los espejos de los autos, empaques de plástico, monofilamentos.

  PP: Botellas esterilizables, película para embalaje, gabinetes para televisores, maletas,

recipientes, popotes, jeringas, tapetes, etc.

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  ABS: Recubrimiento interior de frigoríficos, podadoras y equipos de jardinería, juguetes,

dispositivos de seguridad de carreteras, teléfonos, equipos de oficina, paneles de

refrigeradores, carcasa de planchas, contenedores de disketes, cubierta de las defensas de

automóvil, ducto de aire acondicionado, etc.

  PVC: Recubrimientos para pisos, tuberías, recubrimientos aislantes de cables eléctricos,

mangueras de riego, discos fonográficos, sustituto de la baquelita, etc.

  PS: Mosaico para muros, carcasas de pilas, juguetes, paneles de alumbrado para

interiores, cajas para aparatos electrodomésticos, etc.

  PET: Cintas para grabación magnetofónica, ropa, encordelado de neumáticos, envases

para bebidas, cosméticos, empaques de alimentos, etc.

50.- Resumen de “Cerámicos”. 

Debido a que las cerámicas están compuestas al menos de dos elementos, su estructura cristalina

es más compleja que la de los metales. El enlace atómicos de estos materiales varía desde

puramente iónico hasta totalmente covalente y muchas cerámicas presentan una combinación de

estos. En los materiales cerámicos cuyo enlace atómico es iónico, puede considerarse que la

estructura cristalina está compuesta de iones con carga eléctrica en lugar de átomos. Las

estructuras cristalinas estables de las cerámicas se forman cuando los aniones que rodean a un

catión están todos en contacto con este.

Los silicatos son materiales compuestos principalmente de silicio y

oxígeno, los dos elementos más abundantes en la corteza terrestre,

por lo tanto, la mayor parte de suelos se clasifican como silicatos. A

menudo los silicatos no son considerados sónicos, debido a que

existe un carácter covalente en los enlaces interatómicos.

Químicamente el silicato más sencillo es el dióxido de silicio o sílice.

Su estructura es una red tridimensional que se genera cuando los átomos de oxígeno en los

vértices de un tetraedro son compartidos por los tetraedros vecinos. El material es eléctricamente

neutro y todos sus átomos son estables. Si estos se organizan de un modo regular y ordenado, se

forma una estructura cristalina. Existen tres formas cristalinas polimórficas primarias de la sílice:

cuarzo, cristobalita y tridimita. La sílice también puede existir como vidrio, con un alto grado de

aleatoriedad atómica, que es una característica de los líquidos, este material se denomina sílice

fundida ó vítrea. Los vidrios inorgánicos comunes que se usan para recipientes, ventanas, etc. Son

de sílice.

La mayor parte de los materiales cerámicos se clasifican según su aplicación en los siguientes

grupos: vidrios, productos estructurales de arcilla, porcelanas, refractarios, abrasivos, cementos y

cerámicas avanzadas.

Los vidrios forman un grupo de cerámicas muy conocido, las aplicaciones incluyen recipientes,

lentes, y fibra de vidrio. Posiblemente las dos principales propiedades de estos materiales son su

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transparencia óptica y la relativa facilidad con la que pueden fabricarse. La mayoría de los vidrios

inorgánicos pueden transformarse desde un estado no cristalino a uno cristalino mediante un

proceso denominado cristalización y el producto se denomina vitroceramica. A menudo se le

agrega un nucleante para inducir este proceso.

Uno de los materiales cerámicos crudos más usados es la arcilla, es muy abundante y se extraedirectamente, tiene gran facilidad de moldeado, la pieza conformada se seca para eliminar parte

de la humedad, después se cose para mejorar su resistencia mecánica.

Otra clase importante de cerámicas son las cerámicas refractarias, sus propiedades sobresalientes

son su capacidad de resistir altas temperaturas sin fundirse y su capacidad de permanecer sin

reaccionar cuando están en ambientes agresivos, además de su capacidad de aislante térmico. Su

porosidad debe controlarse para producir algo adecuado.

Los cerámicos abrasivos se utilizan para desgastar, devastar o cortar otros materiales que

necesariamente son más suaves. Los diamantes se utilizan como abrasivos.

Varios materiales cerámicos familiares son clasificados como cementos inorgánicos, cemento,

yeso y caliza, los cuales como grupo son producidos en grandes cantidades, la propiedad

característica de estos materiales es que cuando se mezclan con agua, forman una pasta que

fragua y se endurece, así permiten formar estructuras sólidas y rígidas casi de cualquier forma. Un

material cerámico nuevo y avanzado que se ha convertido en un componente crítico en nuestros

sistemas modernos de comunicaciones ópticas es la fibra óptica, esta se hace de sílice de una

pureza extrema.

Los materiales vítreos no solidifican de la misma manera que los cristalinos, al enfriar el vidrio se

hace cada vez más viscoso, no existe una temperatura definida a la cual el líquido se transforma en

sólido. El punto de fusión en el vidrio corresponde a la temperatura en que el vidrio es demasiado

fluido como para considerarse líquido. El vidrio se produce calentando la materia prima a una

temperatura por encima de la de fusión. La homogeneidad se obtiene fundiendo y mezclando

completamente las materias primas, la porosidad se forma a partir de pequeñas burbujas de gas

que se producen. Existen cuatro técnicas de conformado para fabricar productos de vidrio:

prensado, soplado, estirado y formación de fibras.

51.- Cómo se clasifican los cerámicos?

Se clasifican en tradicionales (arcilla, sílice y feldespato) y avanzados.

52.- Qué son los cerámicos?

Materiales inorgánicos formados por elementos metálicos y no metálicos unidos químicamente,

normalmente se utiliza más de un material para componer un cerámico.

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53.-En que consisten los cerámicos tradicionales?

Consisten en productos de arcilla, sílice y feldespato que se obtienen desde la

materia prima, se moldean fácilmente por su estructura, ya que cobran una

consistencia moldeable y se les da resistencia mediante diversos procesos de

secado o cocido. El feldespato se utiliza para darle unión a los elementos.

54.- En qué consisten los cerámicos avanzados?

También llamados materiales de ingeniería, son materiales que se han utilizado

gracias a la visión de la ciencia, están constituidas por compuestos puros o casi

puros, principalmente carburos o nitruros, los más importantes son alumina,

nitruro de silicio, carburo de silicio y zirconio.

55.-En qué consisten los refractarios y cómo s clasifican? Son materiales que son capaces de resistir elevadas temperaturas, sin

fundirse o descomponerse, tienen la capacidad de permanecer inertes

ante medios agresivos, además de su capacidad como aislante térmico,

que es considerada muy importante. Su comportamiento depende de su

composición. Se clasifican en refractarios de arcilla, de sílice, básicos, y

especiales.

56.- Qué es el vidrio?

Es un material cerámico que se fabrica a partir de materiales

inorgánicos a elevadas temperaturas. Sus constituyentes se calientan

hasta la fusión y después se enfrían hasta un estado rígido sin

cristalización. Tiene una estructura amorfa.

57.- Cuál es el vidrio: solo-cálcico, borosilicato, al plomo.

  Vidrio solo-cálcico: Son los vidrios de fabricación más corriente, constituyen el 90% de

vidrio producido, se usan para fabricar vidrios planos, contenedores, objetos prensados y

soplados, así como productos ligeros para los que no se precisa una alta durabilidad

química ni resistencia al calor.

  Vidrios de borosilicato: Se producen cuando se presenta la sustitución de óxidos alcalinos

por óxidos de boro en la red vítrea de la sílice, son de baja expansión, se usan para

equipos de laboratorio, tuberías, hornos y faros de lámparas reflectores.

 Vidrio al plomo: Se usa para proteger de la radiación de alta energía y encuentranaplicaciones para ventas de radiación, carcasas de lámparas fluorescentes y lámparas de

tv. También se emplean para algunos vidrios ópticos y con fines decorativos.

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58.- En qué consisten los materiales compuestos:

Son la combinación de dos o más materiales cuyo objetivo es generar

propiedades que no se encuentran en ninguno de los materiales de

manera individual. Se componen de una matriz (elemento en mayor

proporción) y un agregado (presente en menor cantidad), si el agregado

altera las propiedades del producto final se le llama refuerzo; si no lohace, se le llama relleno.

59.- Describa los compuestos particulados:

En este tipo de compuestos en el refuerzo se obtiene una resistencia mejorada mediante

partículas extremadamente pequeñas de la fase dispersa, las cuales inhiben el movimiento de las

dislocaciones; el tamaño de las partículas generalmente es mayor en los materiales compuestos

de partícula grande, cuyas características mecánicas mejoran mediante la acción del refuerzo.

60.- Describa los compuestos fibrados:

De los diferentes tipos de materiales compuestos, el potencial de la

eficiencia del refuerzo es máximo para aquellos que están reforzados con

fibras. En estos materiales compuestos, una carga aplicada se transmite y se

distribuye entre las fibras a través de la matriz, la cual en la mayoría de los

casos es moderadamente dúctil. Un esfuerzo significativo es posible solamente si la unión matriz-

fibra es fuerte. En función del diámetro las fibras se clasifican en whiskers, fibras o alambres.

61.- Describa los compuestos laminares:

Las propiedades de los materiales compuestos laminares son virtualmente

isotrópicas en un plano bidimensional, esto se consigue mediante varias capas de

un material compuesto altamente anistrópico que se unen entre sí de modo que la

dirección de alta resistencia varíe para cada capa sucesiva.

62.- De que dependen las propiedades de los materiales compuestos:

Dependen de las propiedades de los componentes individuales, de la cantidad relativa de los

componentes, del tamaño, forma y distribución de los componentes, del grado de unión entre los

componentes y de la orientación de los componentes.

63.- Resumir “Aleaciones ferrosas”. 

El principal componente de las aleaciones férreas es el hierro, son las que más se producen en

relación con cualquier otro metal, son especialmente importantes como materiales de

construcción en ingeniería.

Los aceros son aleaciones hierro-carbono que pueden contener concentraciones apreciables de

otros elementos aleantes, las propiedades mecánicas son sensibles al contenido de carbono. Los

aceros más comunes se clasifican de acuerdo a la concentración de carbono: contenido bajo,

medio y alto en carbono. Los aceros al carbono solamente contienen concentraciones residuales

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de impurezas distintas al carbono y un poco de manganeso. En los aceros aleados, se añaden más

elementos de aleación en concentraciones específicas.

Los aceros que se producen en mayor cantidad son los aceros bajos en carbono, que

generalmente tienen menos de .25% en peso de C, el endurecimiento de estos aceros se obtiene

por acritud, su microestructura consiste en ferrita y perlita. Estos aceros son relativamenteblandos y poco resistentes pero tienen extraordinaria ductilidad y tenacidad, son de fácil

mecanizado, soldables y muy económicos.

Los aceros medios en carbono pueden someterse a tratamiento térmico a fin de mejorar sus

propiedades mecánicas, tienen microestructura de martensita revenida. Tienen baja

templabilidad, las adiciones de cromo, níquel y molibdeno, mejoran la capacidad para someterse a

tratamientos térmicos, generando así la variedad de combinaciones de resistencia-ductilidad. Son

más resistentes pero no son tan dúctiles y tenaces; sus aplicaciones incluyen ruedas y rieles.

Los aceros en alto carbono son los más duros y resistentes, pero son los menos dúctiles, son

resistentes al desgaste y aptos para emplearse como herramienta de corte; los aceros para

herramienta y matrices son aleaciones con alto contenido de carbono. Contienen cromo, vanadio,

tungsteno y molibdeno, estos elementos se combinan con el carbono para formar compuestos de

carburo muy duros y resistentes al desgaste; se utilizan como herramientas de corte y matrices

para hechurar materiales, así como para cuchillos, navajas de afeitar, hojas de sierra corta

metales, muelles y alambre de alta resistencia.

Los aceros inoxidables son muy resistentes a la corrosión en muchos ambientes, especialmente en

el atmosférico; su elemento aleante predominante es el cromo, la resistencia a la corrosión puede

mejorarse con adiciones de níquel y molibdeno. Estos aceros se dividen en tres clases en función

de las matrices: martensítica, ferrítica o austenítica. Los martensíticos tienen capacidad para

someterse a tratamiento térmico, los elementos aleantes producen notables alteraciones en el

producto final. En los aceros inoxidables austeniticos el campo de la fase de austenita crece a la

temperatura ambiente; los ferríticos están compuestos de la fase ferrítica. Los aceros inoxidables

austeniticos y ferríticos se endurecen y se aumenta su resistencia por acritud debido a que no son

susceptibles al temple. Los austeniticos son más resistentes a la corrosión debido al contenido de

cromo y a las adiciones de níquel.

Las fundiciones se clasifican como aleaciones férreas con un contenido de carbono superior, estas

se funden y moldean con facilidad, algunas son muy frágiles y el moldeo es la técnica de

conformado más conveniente. Los tipos más comunes de fundiciones son: fundición gris, fundición

esferoidal, fundición blanca, fundición maleable y grafito compactado.

En la mayoría de las fundiciones grises el grafito se encuentra en escamas, que normalmente están

rodeadas de una matriz de ferrita o de perlita. Debido a estas escamas, la superficie fracturada

adopta una tonalidad gris. Esta fundición es comparativamente frágil y poco resistente a la

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tracción. Son muy efectivas para el amortiguamiento de la energía vibratoria, tiene alta resistencia

al desgaste, en estado fundido tiene elevada fluidez lo que permite moldear piezas de formas

intrincadas, es uno de los materiales metálicos más baratos.

Al añadir pequeñas cantidades de magnesio y/o cerio a la fundición gris en estado líquido se

produce una microestructura totalmente diferente, de todos modos se forma grafito, pero comopartículas esferoidales o nodulares. La aleación resultante se denomina fundición dúctil o nodular.

Un tratamiento térmico de varias horas produce una matriz ferrítica, tiene características

mecánicas parecidas a las del acero. Es mucho más resistente y mucho más dúctil que la fundición

gris. Entre sus aplicaciones se encuentran válvulas, bombas, cigüeñales, engranajes y otros

componentes automotrices.

En las fundiciones bajas en silicio y con velocidades de enfriamiento elevadas, la mayoría del

carbono aparece como cementita en vez de grafito la superficie tiene tonalidad blanca, entonces

se le denomina fundición blanca; esta es extremadamente dura, pero también muy frágil. Su uso

se limita a aplicaciones que requieren una superficie muy dura y resistente al desgaste, se usa

como intermedio en la producción de la fundición maleable. La fundición maleable s presenta al

calentar la fundición blanca a altas temperaturas por un periodo prolongado, obteniendo una

descomposición de la cementita, formándose grafito que se presenta en forma de racimos, la

microestructura es similar a la de la fundición esferoidal, lo que origina una resistencia alta y una

ductilidad apreciable, se utiliza en varillas, engranajes, cajas de diferencial para la industria

automotriz, así como tuberías y válvulas de ferrocarriles.

En el hierro de grafito compactado el grafito se presenta como grafito, el

contenido de silicio varía, se reduce la resistencia a la fractura y a la fatiga

del material. La resistencia a la tracción y el límite elástico para los hierros de

grafito son comparables con las fundiciones dúctil y maleable; tienen mayor

conductividad térmica, mayor resistencia al impacto térmico, menor oxidación a temperaturas

elevadas.

64.-Qué es el acero y cómo se produce?

Es una aleación de hierro y carbono que puede tener concentraciones apreciables

de otros elementos, sus propiedades mecánicas dependen de la concentración del

carbón.

65.- Enuncie las características y aplicaciones de los aceros: bajos en carbono, medios en carbono

y altos en carbono.

  Aceros bajos en carbono: Son los que se producen en mayor cantidad, contienen poco

carbono, no se tratan térmicamente, obtienen su resistencia mediante el formado en frío,

son blandos y no muy fuertes; son dúctiles y resistentes, son los más baratos. Sus

aplicaciones son los componentes del cuerpo de los automóviles, la industria de la

construcción, láminas para puentes y edificios y latería.

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  Aceros de medio carbono: Son los que poseen concentraciones de carbono de .25% a

.55%. Pueden tratarse térmicamente mejorando sus propiedades mecánicas,

normalmente se usan en la forma templada. Tienen dureza baja, pueden obtener diversas

combinaciones de resistencia-ductilidad, son más resistentes que los de bajo carbono,

pero son menos dúctiles y flexibles. Se usan en ruedas de ferrocarril, engranes, flechas y

otras partes de maquinaria y estructuras de alta resistencia, resistencia al desgaste yflexibilidad.

  Aceros de alto carbono: Poseen una alta concentración de carbono, son los más duros,

fuertes y menos dúctiles de los aceros al carbono. Se usan en su forma endurecida y

templada por lo que son resistentes al desgaste y son capaces de mantener una superficie

cortante. Se usan como navajas, herramientas, hojas para sierras y todas las aplicaciones

que tengan que ver con maquinaria en donde se requieran material fuerte que tenga

resistencia al desgaste y que soporte ambientes agresivos.

66.- Describa y enuncie las características y aplicaciones de los aceros inoxidables:

Son aceros con una excelente resistencia a la corrosión en muchos medios. Esto

se debe a su alto contenido de cromo. La protección se debe a que el cromo

forma un óxido superficial que protege la aleación subyacente de la corrosión. Se

utiliza en electrodomésticos, para hacer los escapes de automóviles, construcción

de edificios y mobiliario urbano, para la industria de la alimentación, productos

químicos y la industria petrolera.

67.- En qué consisten las fundiciones: gris, dúctil, blanca y maleable.

  Fundición gris: Estas aleaciones poseen carbón y silicio, el

grafito se presenta en forma de hojuelas rodeadas por una

matriz de ferrita o perlita, las hojuelas parecen grietas, esta

fundición es frágil y poco resistente a la tracción, las puntas de

escamas de grafito son afiladas y puntiagudas, son dúctiles. Se

le nombra gris por el color que toma gracias al grafito.

  Fundición dúctil: Para obtenerla se le añaden pequeñas cantidades de magnesio y/o cerio

a la fundición gris, esto produce propiedades mecánicas totalmente diferentes, se forma el

grafito en partículas esferoidales. Es muy resistente y mucho más dúctil que la gris, tienecaracterísticas mecánicas parecidas a las del acero.

  Fundición blanca: Es una fundición baja en silicio, con velocidades de enfriamiento

elevadas, el carbono aparece como cementita, la superficie de rotura tiene una tonalidad

blanca. Es extremadamente dura pero también muy frágil, hasta el punto de que es

inmecanizable.

  Fundición maleable: Se obtiene de calentar la fundición blanca a temperaturas elevadas,

se obtiene una descomposición de la cementita, formándose grafito, que se presenta en

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forma de racimos. Tiene una resistencia relativamente alta y una ductilidad o maleabilidad

apreciable.

68.- Describa y enuncie las características y aplicaciones de los aceros para herramientas.

El carbono está presente como grafito, hay presencia de silicio, se produce una reducción de la

resistencia a la fractura y a la fatiga del material, se le añade magnesio y/o cerio. Tiene un granaumento de la resistencia y la ductilidad; la resistencia a la tracción y el límite elástico son

comparables con los valores de las fundiciones dúctil y maleable. Tienen mayor conductividad

térmica que las demás fundiciones, mayor resistencia al impacto térmico y menor oxidación a

temperaturas elevadas.