Materiales en ingenieria

1. 1 1. MATERIALES EN INGENIERÍA

1. Introducción

La función de esta breve introducción es presentar algunos términos y conceptos con los que nos guiaremos en el resto del curso. Nuestro primer objetivo es sólo citar los principales tipos de materiales de los que dispone el ingeniero en la práctica (considerando como ingeniero a aquella persona que tiene ingenio). Uno de los conceptosbásicos implícitos será que, para emplear en forma adecuada esos materiales, el ingeniero debe comprender la naturaleza de sus propiedades; para esto se requiere conocer los materiales a nivel microscópico y submicroscópico, a la vez. El comportamiento de los materiales en un diseño técnico se puede relacionar directamente con los mecanismos que tienen lugar en esos niveles de lo diminuto. La comprensiónde esas relaciones permite seleccionar el material adecuado para determinado diseño.

1.2. Tipos de materiales La pregunta más obvia que hará el estudiante que pretende fabricar un dispositivo o equipo es: “¿De cuáles materiales dispongo?” Podemos dar varias clasificaciones posibles para contestar con generalidad esta pregunta. En principio consideraremos que son cuatro las categorías queabarcan los materiales disponibles para los ingenieros en su práctica profesional. a. Metales Si hay un material “característico” que asocia el público en general con la ingeniería es el acero estructural. Este versátil material de construcción tiene varias características (es decir, propiedades) que se consideran como metálicas. Es resistente y se puede amoldar a las formas necesarias dada su granfacilidad de deformación permanente (o ductilidad) (fig.1.1). Su rigidez es un factor importante que le permite deformarse poco frente a cargas súbitas y grandes. En el estado de California, Estados Unidos, mucha gente ha podido observar, durante sismos moderados, que los vidrios de las ventanas (relativamente frágiles) se rompen, mientras que sus marcos, de acero, siguen funcionando con normalidad.La superficie recién cortada en el acero tiene “brillo metálico” característico, y la varilla de acero comparte una característica fundamental con otros Fig.1.1. Algunos metales comunes en aplicaciones técnicas.

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Fig. 1.2.

metales: es buena conductora de corriente eléctrica. Si bien el acero estructural es un ejemplo muy común de los metales para la tecnología, si meditamos un pocorecordaremos muchos más metales que nos rodean en nuestra vida diaria. Más adelante definiremos la naturaleza de los metales y la encuadraremos en perspectiva con relación a las demás categorías. Es útil examinar el comportamiento metálico en el contexto de los elementos químicos que se conocen. La figura 1.2 es un “retrato de familia” de los elementos químicos en la tabla periódica; los que soninherentemente metálicos. En verdad son familia numerosa. Los elementos sombreados en esa figura son las bases de las diversas aleaciones (metal compuesto por más de un elemento) técnicas, incluyendo las fundiciones y aceros, que se basan en el hierro (Fe), las aleaciones de aluminio (Al), de magnesio (Mg), titanio (Ti), níquel (Ni), zinc (Zn) y de cobre (Cu). Estas últimas incluyen los latones (Cu,Zn) y los bronces (Cu, Sn). La figura 1.3 muestra ejemplos de las posibilidades actuales de trabajo en metales. Son partes estampadas por deformación superplástica. b. Cerámicos (cerámicas, vidrios y semiconductores) El aluminio, (Al), es un metal común,

Fig. 1.3. Diversas partes de aluminio fabricadas mediante deformación superplástica. El grado de deformabilidad de esas aleaciones, por loregular alto, se alcanza con una microestructura de grano fino cuidadosamente controlada.

1. 3 pero el óxido de aluminio, (Al2O3) es característico de una familia fundamentalmente distinta de materiales para ingeniería: las cerámicas. Como óxido tiene dos ventajas principales con respecto al Al metálico. La primera es que el Al2O3 es químicamente estable en una gran variedad de ambientes...