Los materiales para ingeniería - materias.fi.uba.armaterias.fi.uba.ar/7213/CLASE1CESEDUPACKMATERIALESII.pdf · Aprender materiales en ingeniería Los ingenieros desarrollan productos
Post on 27-Jul-2018
218 Views
Preview:
Transcript
This lecture unit is part of a set created by Mike Ashby to help introduce students to materials, processes and rational selection.
The Teaching Resources website aims to support teaching of materials-related courses in Design, Engineering and Science. Resources come in various formats and are aimed primarily at undergraduate education.Some of the resources are open access and students can access them. Others are only available to educators using CES EduPack.
Mike AshbyDepartment of EngineeringUniversity of Cambridge
www.grantadesign.com/education/resources
© M. F. Ashby, 2011For reproduction guidance see back page
Los materiales para ingeniería
www.grantadesign.com/education/resourcesM. F. Ashby, 2011
Aprender materiales en ingeniería
� Los ingenieros desarrollan productos hechos de materiales y usando procesos.
El punto de partida
� CES EduPack: es una herramienta para conseguirlo
una herramienta para uso profesional(como CAD )
� ¿Qué necesitan saber?
• Perspectiva general del mundo de los materiales y procesos
� Habilidad para seleccionar la mejor opción
� Información y herramientas
� Entender las propiedades de los materiales
www.grantadesign.com/education/resourcesM. F. Ashby, 2011
Ingeniería mecánica
Cerámicas,vidrios
Híbridos, Materialescompuestos
Polímeros,elastómeros
Metales,aleaciones
www.grantadesign.com/education/resourcesM. F. Ashby, 2011
Ingeniería aeroespacial y motores de competición
Híbridos, Materialescompuestos
Polímeros,elastómeros
Metales,aleaciones
Cerámicas,vidrios
www.grantadesign.com/education/resourcesM. F. Ashby, 2011
Ingeniería civil y arquitectura
Híbridos, Materialescompuestos
Polímeros,elastómeros
Metales,aleaciones
Cerámicas,vidrios
www.grantadesign.com/education/resourcesM. F. Ashby, 2011
Bioingeniería
Cerámicas,vidrios
Polímeros,elastómeros
Metales,aleaciones
Híbridos, Materiales compuestos
www.grantadesign.com/education/resourcesM. F. Ashby, 2011
Diseño industrial y de productos
Híbridos, Materialescompuestos
Polímeros,elastómeros
Metales,aleaciones
Cerámicas,vidrios
www.grantadesign.com/education/resourcesM. F. Ashby, 2011
Base de
datos
Tabla de datos de Fabricantes
Tabla de datos Referencias
Conexiones
Estructura de la base de datos CES EduPack
Selección por
links
Tabla de datos de Materiales
DATOS PARA
� Metales y
aleaciones
� Polímeros
� Cerámicas y vidrios
� Híbridos
Tabla de datos de Procesos
DATOS PARA
� Unión
� Conformado
� Tratamiento superficial
Selección por
propiedades de
materiales
Selección por
propiedades de
procesos
www.grantadesign.com/education/resourcesM. F. Ashby, 2011
Estructura de la información: ÁRBOL DE MATERIALES
Información
estructurada
Información no
estructurada
Archivo de materiales
Propiedades
Al 6463Density
Mechanical props.
Thermal props.
Electrical props.
Optical props.
Corrosion props.
Documentation
-- specific
-- general
Al 6463Density
Mechanical props.
Thermal props.
Electrical props.
Optical props.
Corrosion props.
Documentation
-- specific
-- general
Al 6060Density
Mechanical props.
Thermal props.
Electrical props.
Optical props.
Corrosion props.
Documentation
-- specific
-- general
Al 6060Density
Mechanical props.
Thermal props.
Electrical props.
Optical props.
Corrosion props.
Documentation
-- specific
-- general
Al 6061Densidad
Prop. mecánicas
Prop. térmicas
Prop. eléctricas
Prop. ópticas
Prop. corrosión
Documentación
-- específica
-- general
Al 6061Densidad
Prop. mecánicas
Prop. térmicas
Prop. eléctricas
Prop. ópticas
Prop. corrosión
Documentación
-- específica
-- general
Universo
Tabla de datos
Materiales
Miembro
1000
2000300040005000600070008000
Clase
Aceros
Aleaciones Cu
Aleaciones Al
Aleaciones Ti
Aleaciones Ni
Aleaciones Zn
Familia
• Cerámicasy vidrios
• Metales yaleaciones
• Polímeros y elastómeros
• Híbridos
www.grantadesign.com/education/resourcesM. F. Ashby, 2011
Información estructurada para ABS*
Propiedades generalesDensidad 1.01 - 1.21 Mg/m^3Precio 2.36 - 2.6 US $/kg
Propiedades mecánicas Módulo de Young 1.1 - 2.9 GPaLímite elástico 18.5 - 51 MPaResistencia tracción 27.6 - 55.2 MPaElongación 1.5 - 100 %Dureza - Vickers 5.6 - 15.3 HVResistencia a fatiga 11 - 22.1 MPaTenacidad a fractura 1.19 - 4.29 MPa.m1/2
Propiedades térmicasTemp. Máx de Servicio 61.9 - 76.9 °CExpansion térmica 84.6 - 234 µst/°CCalor específico 1390 - 1920 J/kg.°CConductividad térmica 0.188- 0.335 W/m.°C
Acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS)
Propiedades eléctricas¿Conductor o aislante? Buen aislante
Propiedades ópticas¿Transparente u opaco? Opaco
Resistencia a la corrosiónInflamabilidad Altamente inflamableAgua dulce ExcelenteOxidación a 450°C InaceptableAgua salada ExcelenteÁcidos fuertes ExcelenteBases fuertes ExcelenteRadiación UV Mala
*Usando CES EduPack Nivel 2 de la Base de datos
+ Conectado a Procesos
www.grantadesign.com/education/resourcesM. F. Ashby, 2011
Información no estructurada para ABS*
Material. El ABS (acrilonitrilo-butadieno-estireno) es fuerte, tenaz y fácil de moldear. Por lo general es opaco, aunque algunos grados actuales son transparentes, y se le puede dar colores vivos. Las aleaciones ABS-PVC son más tenaces que el ABS estándar y, en algunos grados, auto-extinguibles, se utilizan para carcasas de herramientas de potencia.
Líneas de diseño. El ABS tiene la mayor resistencia a impacto de todos los polímeros. Se colorea con facilidad. Acabados metálicos Integrales son posibles (como en el de GE Plastics Magix). El ABS es resistente a la radiación UV para aplicaciones al aire libre si se añaden estabilizantes. Es higroscópico por lo que puede ser necesario secarlo en horno antes de usarlo y pueden ser dañados por el petróleo, y los aceites de mecanizado.
ABS puede ser extruido, moldeados por compresión o formados en lámina para luego termo-formar a vacío. Se pueden unir por soldadura de ultrasonidos o por placa en caliente, o en condiciones de servidumbre con poliéster, epoxy, isocianato, nitrilo o adhesivos fenólicos.
Aspectos técnicos. El ABS es un tri-polímero (conseguido al copolimerizar 3 monómeros: acrilonitrilo butadieno y estireno). El acrilonitrilo proporciona resistencia térmica y química, el caucho de butadieno da la ductilidad y la fuerza, mientras que el estireno da una superficie brillante, facilidad de mecanización y menor coste. En el ASA, el componente de butadieno (que da una pobre resistencia a los UV) se sustituye por un éster acrílico. Sin la adición de butilo, el ABS se convierte en SAN (un material similar, con menor resistencia al impacto y tenacidad).
Usos típicos. Cascos de seguridad, material de acampada, paneles de instrumentos y equipamiento interior de automóvil, accesorios de tuberías, seguridad domestica, cubiertas de pequeños electrodomésticos, equipos de comunicación, máquinas de oficina, fontanería, rejillas y tapacubos de coche.
Aspectos medio ambientales. El monómero acrilonitrilo es desagradable y casi tan venenoso como el cianuro. Una vez polimerizado con estireno se convierte en inofensivo. El ABS es compatible con la regulación FDA (US Food and Drug Association), puede ser reciclado, e incinerado para recuperar la energía que contiene.
*Usando CES EduPack Nivel 2 de la Base de datos
www.grantadesign.com/education/resourcesM. F. Ashby, 2011
La base
de datos
Tabla de datos de
Fabricantes
Tabla de datos de
Referencias
Links
Estructura de la base de datos CES EduPack
Tabla de datos de Materiales
DATOS PARA
� Metales y
aleaciones
� Polímeros
� Cerámicas y
vidrios
� Híbridos
Tabla de datos de Procesos
DATOS PARA
� Unión
� Conformado
� Tratamiento
superficial
www.grantadesign.com/education/resourcesM. F. Ashby, 2011
Estructura de la información: procesos de fabricación
Unión
Soldadura
Conformadoprimario
Heater Screw
Granular PolymerMould
Nozzle
Cylinder
No.8-CMYK-5/01
Moldeo por inyección
Conformadosecundario
Mecanizado
Tratamientossuperficiales
Pintura
www.grantadesign.com/education/resourcesM. F. Ashby, 2011
Propiedades
Archivo de procesos
RTMMaterial
Shape
Size Range
Min. section
Tolerance
Roughness
Economic batch
Documentation
-- specific
-- general
RTMMaterial
Shape
Size Range
Min. section
Tolerance
Roughness
Economic batch
Documentation
-- specific
-- general
Blow moldingMaterial
Shape
Size Range
Min. section
Tolerance
Roughness
Economic batch
Documentation
-- specific
-- general
Blow moldingMaterial
Shape
Size Range
Min. section
Tolerance
Roughness
Economic batch
Documentation
-- specific
-- general
Moldeo por inyección
Materiales
Forma
Rango de espesores
Sección mínima
Tolerancia
Rugosidad
Lote económico
Documentación
-- específica
-- general
Moldeo por inyección
Materiales
Forma
Rango de espesores
Sección mínima
Tolerancia
Rugosidad
Lote económico
Documentación
-- específica
-- general
Información
estructurada
Información no
estructurada
Miembro
Compresión
Rotación
Inyección
RTM
Soplado
Estructura de la información: ÁRBOL DE PROCESOS
Universo
Tabla de datos
Procesos
Clase
Fundición
Deformación
Moldeo
Conformadocompuestos
Métodos polvos
Prototipado rápido
Familia
Unión
Conformado
Tratamientos
superficiales
www.grantadesign.com/education/resourcesM. F. Ashby, 2011
Browse SelectBarra de
herramientasTools Search web CES HelpSearch
Cerámicas y vidrios
Híbridos: compuestos
Metales y aleaciones
Polímeros y elastómeros
Universo Materiales
+
+
+
+
Buscar archivos en CES EduPack
File Edit View Select Tools Window Help Feature request
Clase
Elastómeros
Termoplásticos
Termoestables
Miembro
ABS
Poliamidas
Policarbonato
Polietileno
PET
Polipropileno
PMMA
PTFE
Universo MaterialesUniverso Materiales
Edu Nivel 1Edu Nivel 1
Table:
Subset:
Find what
Look in table
Search
Materiales
TitanioPlexiglas
Acrilonitrilo, Butadieno y Estireno (ABS)
Material El ABS (acrilonitrilo-butadieno-estireno) es fuerte, tenaz y fácil de moldear. Por lo general es opaco, aunque algunos grados actuales son transparentes, y se le puede dar colores vivos. Las aleaciones ABS-PVC son más tenaces que el ABS estándar y, en algunos grados, auto-extinguibles, se utilizan para carcasas de herramientas de potencia. Composición (resumen) (CH2-CH-C6H4)n
Propiedades generales
Densidad 1.01e3 - 1.21e3 kg/m^3
Precio 1.73 - 1.9 EUR/kg
Propiedades mecánicas
Módulo de Young 1.1 - 2.9 GPa Límite elástico 18.5 - 51 MPa Resistencia a tracción 27.6 - 55.2 MPa Elongación 1.5 - 100 % strain Dureza-Vickers 5.6 - 15.3 HV Resistencia a fatiga para 10 ^ 7 ciclos 11 - 22.1 MPa Tenacidad a fractura 1.19 - 4.29 MPa.m^0.5 Propiedades térmicas Máxima temperatura en servicio 61.9 - 76.9 °C Conductividad térmica Buen aislante Coeficiente de expansión térmica 0.188 - 0.335 W/m.°C
Calor específico 1.39e3 - 1.92e3 J/kg. °C Coeficiente de expansión térmica 84.6 - 234 µstrain/°C
Etc…
Polimetacrilato de metilo (PMMA)
Material Cuando se piensa en PMMA, aparece la transparencia. El acrílico, o PMMA, es el termoplástico que más se parece al vidrio en transparencia y resistencia a la intemperie. El material tiene una larga historia: descubierto en 1872, empezó a comercializarse en 1933. Su primera aplicación masiva fué para cristales de cabina en los aviones caza de la Segunda Guerra mundial. Composición (resumen) (CH3-CH2-C-CO-OCH3)n
Propiedades generales
Densidad 1. 16e3 - 1.22e3 kg/m^3
Precio 2.01 - 2.22 EUR/kg
Propiedades mecánicas
Módulo de Young 2.24 - 3.8 GPa Límite elástico 53.8 - 72.4 MPa Resistencia a tracción 48.3 - 79.6 MPa Elongación 2 - 10 % strain Dureza-Vickers 16.1 - 21.9 HV Resistencia a fatiga para 10 ^ 7 ciclos *15.2 - 32.7 MPa Tenacidad a fractura 0.7 - 1.6 MPa.m^0.5 Propiedades térmicas
Máxima temperatura en servicio 41.9 - 56.9°C Conductividad térmica Buen aislante Coeficiente de expansión térmica 0.0837 - 0.251 W/m.°C Calor específico 1.49e3 - 1.61e3 J/kg. °C Coeficiente de expansión térmica 72 - 162 µstrain/°C
Etc…
www.grantadesign.com/education/resourcesM. F. Ashby, 2011
Notas científicas
Propiedades generalesDensidad 2500 - 2900 kg/m^3
Precio 2.3 - 2.86 USD/kg
Propiedades mecánicasMódulo de Young 68 - 80 GPa
Límite elástico 95 - 610 MPa
Resistencia a tracción 180 - 620 MPa
Elongación 1 - 20 %
Resistencia a fatiga 10^7 ciclos 57 - 210 MPa
Tenacidad a fractura 21 - 35 MPa.m^1/2
Propiedades térmicasPunto de fusión 495 - 640 °C
Temperatura máx. de servicio 120 - 200 °C
Conductividad térmica 118 - 174 W/m.K
Coeficiente de expansión térmica 22 - 24 µstrain/°C
Descripción. La alta resistencia de las aleaciones de aluminio se debe al endurecimiento por envejecimiento: una secuencia de tratamientos térmicos que producen la precipitación de pequeñas partículas dispersas en la matriz impidiendo el movimiento de las dislocaciones.
Aleaciones de aluminio para forja endurecidas por precipitación
Definitions and measurement.Figure 1 shows a typical tensile stress-strain curve. The initial part is linear (Hooke’s law), and it is elastic, meaning that the strain is recoverable – the material returns to its original shape when the stress is removed. Stresses above the elastic limit cause permanent deformation or fracture ………
The origins of moduli. Atoms bondtogether, some weakly, some strongly. If they bind strongly enough they form solids; the stronger the bond, the higher is the melting point of the solid. Think of the bonds as little springs (Figure 3). The atoms have an equilibrium spacing ; a force pulls them apart a little, to , but when it is released they jump back to their original spacing. . ……….
Young’s modulus
Measurement of Young’s modulus
Origins of the modulus
Definitions and measurement.Material subjected to repeated stress cycles may fail even when the peak stress is well below the tensile strength, or even below that for yield. Fatigue data are measured and presented as curves, where ∆σ is the range over which the stress varies and Nf
is the number of cycles to failure………
How do fatigue cracks propagate?Holes, change of section, cracks, and surface scratches concentrate stress so that, even when the sample as a whole remains elastic (the “high-cycle” regime), local plasticity occurs. The damage this creates accumulates, finally developing into a tiny crack. The crack propagates in the way shown on the left of Figure 2. ……….
Fatigue strength at 107 cycles
Autor Título Capítulo
Callister “Materials Science and Engineering: an Introduction” 6
Budinski “Engineering Materials: Properties and Selection” 2
Askeland “The Science and Engineering of Materials” 6
Ashby et al “Materials: Engineering, Science, Processing and Design” 6, 7
Ashby & Jones “Engineering Materials” Vol 1 8, 9
www.grantadesign.com/education/resourcesM. F. Ashby, 2011
Menú de ayuda: videos tutoriales, publicaciones…
Browse Select Tools Search web HelpSearch
� Video Tutorials
� CES Help
� Teaching Resources on the Web
� Granta Design on the Web
� About CES EduPack
� Problemas resueltos� Publicaciones� Primeros pasos
www.grantadesign.com/education/resourcesM. F. Ashby, 2011
Resumen
• Las información de los materiales y procesos viene dada por :
(a) Datos numéricos y no numéricos con una estructura organizada
(b) Documentación adicional en forma de textos, gráficos e imágenes
• La clasificación permite organizar los datos de los materiales
• Las vías de CES EduPack para acceder a la información son:
� Browse o Search
• Los conceptos teóricos se explican vía:
� Notas científicas conectadas a las propiedades de los materiales
� Publicaciones, disponibles en el menú Help
� Referencias de los libros más importantes
top related