Manufactura

CAPÍTULO 1Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales

NASA (Fuente: www.nasa.gov)
Opportunity y Spirit, dos “robots geólogos” diseñados y construidos por la NASA, han proporcionado pruebas irrefutables de que algunas regiones de Marte alguna vez estuvieron cubiertas con agua. Los vehículos todo terreno son obras maestras de la ingeniería, en cuya concepción y construcciónparticiparon científicos, diseñadores e ingenieros expertos en distintos campos. Uno de esos campos es el de la ciencia de los materiales. Considérense los aspectos de ingeniería y la selección de materiales en la construcción de los vehículos todo terreno, llevarlos a Marte empleando para ello vehículos de lanzamiento, lograr que los vehículos se posen sin contratiempos en la superficie del planetarojo, dirigir el movimiento y las actividades de los vehículos, realizar experimentos científicos, recopilar y almacenar datos y, finalmente, comunicar los datos recopilados a la Tierra. Todas las clases principales de materiales, incluso metales, polímeros, cerámicos, compuestos y electrónicos, se emplean en la estructura de los vehículos todo terreno. Las misiones a Marte amplían las fronteras delconocimiento y la capacidad de creación en el campo de la ciencia y de la ingeniería de los materiales. Mediante el estudio de la ciencia e ingeniería de los materiales, es posible percatarse de los desafíos y complejidades que implican esas misiones.
OBJETIVOS DE APRENDIZAJE
Al finalizar este capítulo, los estudiantes serán capaces de:
1. Describir el objeto de la ciencia e ingeniería de losmateriales como disciplina científica.
2. Mencionar la clasificación primaria de los materiales sólidos.
3. Enunciar las características distintivas de cada grupo de materiales.
4. Mencionar un material perteneciente a cada grupo. Enunciar algunas aplicaciones de distintos tipos de materiales.
5. Evaluar sus conocimientos acerca de los materiales.
6. Establecer la importancia de la ciencia eingeniería de los materiales en la selección de éstos para varias aplicaciones.
1.1 LOS MATERIALES Y LA INGENIERÍA
El hombre, los materiales y la ingeniería han evolucionado en el transcurso del tiempo y continúan haciéndolo. El mundo actual es de cambios dinámicos y los materiales no son la excepción. A través de la historia, el progreso ha dependido de las mejoras de los materiales con los quese trabaja. El trabajo del hombre prehistórico estaba limitado a los materiales disponibles en la naturaleza como la piedra, madera, huesos y pieles. Con el transcurso del tiempo, pasaron de la Edad de Piedra a las nuevas edades de cobre (bronce) y de hierro. Debe mencionarse que este adelanto no sucedió de manera uniforme ni simultánea en todas partes (se verá que esto ocurre en la naturaleza,incluso a escala microscópica). Aun hoy día existe esa limitación respecto a los materiales que se obtienen de la corteza terrestre y la atmósfera (tabla 1.1). De acuerdo con el diccionario Webster, los materiales son sustancias con las que algo está compuesto o hecho. Aunque esta definición es amplia, desde una perspectiva de aplicación de la ingeniería, cubre casi todas las situaciones queinteresan en este texto.
La producción y elaboración de los materiales hasta convertirlos en productos terminados constituyen una parte importante de la economía actual. Los ingenieros diseñan la mayoría de los productos manufacturados y los sistemas de elaboración necesarios para su producción. Dado que los materiales son necesarios para fabricar productos, los ingenieros deben conocer la estructurainterna y las propiedades de los materiales, de tal manera que puedan elegir los más adecuados para cada aplicación y crear los mejores métodos para procesarlos.
Los ingenieros expertos en investigación y desarrollo crean nuevos materiales o modifican las propiedades de los existentes. Los ingenieros de diseño usan materiales actuales, modificados o nuevos para diseñar y crear nuevos productos y...