Introducción a los materiales

Capítulo 1 Introducción

TEMA 1: Introducción
1. Ingeniería de materiales 2. Familias de materiales 3. Propiedades 4. Procesos de conformado 5. Evolución y aspectos económicos

1 Ingeniería de materiales
(1/1)

Función

Material

Propiedades

Proceso

2 Familias de materiales
• Familias generales de materiales
Polímeros (1/9)

Composites Metales Cerámicas

2 Familias demateriales
• Metales
– Átomos unidos por una nube electrónica (enlace metálico) – Alta conductividad térmica y eléctrica – Densidad relativamente alta – Materiales muy tenaces (2/9)

2 Familias de materiales
• Metales
Wolframio (W) Cobre (Cu)

(3/9)
Acero (Fe+C)

2 Familias de materiales
(4/9)

• Polímeros
– Formados por la unión de pequeñas moléculas orgánicas (monómeros) entre sí –Dichos grupos son unidos individualmente mediante enlaces covalentes – Baja densidad – Baja temperatura de fusión

2 Familias de materiales
(5/9)

• Polímeros
Poliuretano Caucho Kevlar

2 Familias de materiales
(6/9)

• Cerámicas
– – – – – Materiales no orgánicos ni metálicos Generalmente son óxidos o carburos Muy baja conductividad eléctrica Densidad relativamente baja Materialesmuy frágiles

2 Familias de materiales
• Cerámicas
Grafito (C)

(7/9)

Porcelana

Zirconia (ZrO2)

2 Familias de materiales
• Composites
– Obtenidos mezclando materiales de distintas familias – Propiedades “a medida” – Varios tipos de refuerzo
• Partículas • Fibras cortas • Fibras largas

(8/9)

2 Familias de materiales
• Composites
Partículas
Metal+Cerámica (Co+Diamante)(9/9)
Fibra corta
Cerámica+Cerámica (Escayola+Fibra vidrio)

Fibra larga
Polímero+Cerámica (Epoxi+Carbono)

Materiales en sistemas complejos

Materiales en sistemas complejos

ILD ES Cu

3 Propiedades
CLASE
General Mecánica

(1/6)
SIMBOLO UNIDADES
Cm [€/kg] [kg/m3] [GPa] [MPa] [MPa m1/2] [-] [MPa] [W/mK] [J/kg K] [K] [K] [K-1] [MPa-1] [mm/año]

PROPIEDAD
Coste DensidadMódulo elástico Resistencia (fluencia, fractura) Tenacidad Amortiguamiento Umbral de fatiga Conductividad térmica Calor específico Temperatura de fusión Temperatura de transición vítrea Coeficiente de expansión Constante Archard de abrasión Velocidad de corrosión

ρ

E σy, σf KIc

η λ

σe Cp Tm Tg

Térmica

α

Desgaste Corrosión

kA K

3 Propiedades
• Densidad
– Simbolo: ρ –Unidades: kg/m3 – Relación entre la masa de un material y su volumen

(2/6)

3 Propiedades
(3/6)

• Módulo elástico
– Simbolo: Ε – Unidades: GPa – Relación entre la tensión aplicada a un material y la deformación con la que éste responde

3 Propiedades
(4/6)

• Tensión de fluencia
– Simbolo: σy – Unidades: MPa – Tensión a partir de la cual un material no es capaz de recuperar su formainicial

3 Propiedades
(5/6)

• Tenacidad
– Simbolo: KIc – Unidades: MPa m1/2 – Resistencia de un material a propagar grietas

3 Propiedades
(6/6)

• Temperatura de fusión
– Simbolo: Tm – Unidades: K (Kelvin) – Temperatura a la cual un sólido comienza a licuarse

4 Procesos de conformado
(1/30)
Material en bruto
P.C. primarios

Colada

Moldeo a presión

Deformación PlásticaPulvimetalurgia

Métodos Especiales

Mecanizado

Tratamientos térmicos Acabados

4 Procesos de conformado
(2/30)

• Métodos de colada
– Se parte del material en estado líquido – El material se vierte en un molde – Al solidificar el material este adquiere la forma del molde – Metales solidifican por enfriamiento – Polímeros solidifican por polimerización – Cerámicas solidifican porreacción

4 Procesos de conformado
(3/30)

• Colada en arena (Empleada para metales)
Rango de pesos [Kg] Espesor mínimo [mm] Complejidad de forma Tolerancias [mm] Rugosidad [µm] Rentabilidad 0,3~1000 5~100 Med/Alta 1~3 12~25 1~1000k

4 Procesos de conformado
(4/30)

• Colada en arena
Aluminio (Al) Carcasa motor Oro (Au) Lingotes

4 Procesos de conformado
(5/30)

• Moldeo rotativo...