clase-1-2014-intro (2)

CAPITULO 1INTRODUCCION

La importancia de los materiales ha influido en nuestra vida cotidiana, como por ejemplo en el transporte, vivienda, vestimenta, comunicación, recreación y alimentación.

La historia nos dice que el desarrollo y la evolución de las sociedades han estado íntimamente vinculados a su capacidad de producir, transformar y conformar los materiales necesarios para satisfacer sus necesidades.

Las primeras civilizaciones se conocen con el nombre del material que alcanzo mayor grado de desarrollo( edad de piedra, edad de bronce).

Los hombres en el principio solo contaba a un numero limitado de materiales, que encontró en la naturaleza: piedras, madera, arcilla, cuero y algunos mas.

Con el transcurrir del tiempo, el hombre descubrió técnicas para producir materiales con propiedades superiores a los naturales, entre ellos algunos cerámicos y metales

Además descubrió que las propiedades de un material se podía modificar a través de un tratamiento térmico o por adición de otras sustancias.

En los últimos 60 años aproximadamente, los investigadores llegaron a comprender la relación entre elementos estructurales de los materiales y sus propiedades. Se han desarrollado miles de materiales distintos con características muy especiales para satisfacer las necesidades de nuestra moderna y compleja sociedad.

1.1 CIENCIA E INGENIERIA DE MATERIALES

La disciplina de la ciencia de los materiales implica investigar la relación entre la estructura y las propiedades de los materiales.

Por el contrario, la ingeniería de materiales se fundamenta en las relaciones:

propiedades-estructura y diseña o proyecta la estructura de un material para conseguir un conjunto predeterminado de propiedades.

El mayor objetivo de la ciencia de los materiales es alentar a los científicos e ingenieros para tomar elecciones informadas respecto del diseño, selección y uso de materiales para aplicaciones especificas.

Cuatro principios fundamentales guían el estudio de la ciencia de los materiales:

1. Los principios que regulan el comportamiento de los materiales están cimentados en la ciencia y son comprensibles.

2. Las propiedades de un material especifico están determinadas por su estructura. El procesamiento puede alterar esa estructura en formas especificas y predecibles.

3. Las propiedades de todos los materiales cambian a través del tiempo con el uso y con la exposición a las condiciones ambientales.

4. Cuando se selecciona un material para una aplicación especifica deben efectuar las pruebas suficientes y adecuadas para asegurar que el material se conservara idóneo para la aplicación correspondiente durante la vida razonable del producto

El ingeniero de materiales debe:

- Comprender las propiedades asociadas con las diversas clases de

materiales

- Saber porque existen tales propiedades y como se

pueden alterar para que un material sea mas adecuado

para una aplicación determinada.

- Ser capaz de medir las propiedades importantes de los materiales y como impactaran el

desempeño.

- Evaluar las consideraciones económicas que finalmente regulan la mayoría de los

materiales.

-Considerar efectos de largo plazo que producen en el

ambiente el uso del material.

1.2 Estructura

Normalmente 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 individuales y a las interacciones con el núcleo.

A nivel atómico, la estructura se refiere a la organización de átomos o moléculas entre si.

La estructura que contiene grandes grupos de átomos enlazados entre si, se denomina “microscópico”.

Los elementos estructurales susceptibles de apreciarse a simple vista se denomina “macroscópicos”.

1.3 Propiedad

Un material en servicio esta expuesto a estímulos externos que provocan algún tipo de respuesta. Por ejm. Esfuerzos, temperatura

Las propiedades de un material se expresa en términos del tipo y magnitud de la respuesta a un estimulo especifico impuesto.

Las propiedades mas importantes de los materiales son 6:

- Mecánicas

- Térmicas

- Eléctricas

- magnéticas

- ópticas

- químicas

Propiedades eléctricas, conductividad eléctrica y constante dieléctrica, donde el estimulo es un campo eléctrico

Propiedades térmicas, se representan en función de la capacidad calorífica y de la conductivas térmica

Propiedades mecánicas, relacionan la deformación con la carga o esfuerzo aplicada;

Ej. modulo de elasticidad y la resistencia

Propiedades magnéticas se refieren a la respuesta de un material frente a la influencia de un campo magnético

Propiedades ópticas, es el estimulo de la radiación electromagnética o lumínica, el índice de refracción y la reflectividad son propiedades ópticas representativas

Propiedades químicas, nos indica la reactividad química de un material

1.4 CLASIFICACION DE LOS MATERIALES

METALES

CERAMICOS POLIMEROS/PLASTICOS

COMPUESTOS

Compuestossandwiches

HIBRIDOS

Acerosfundición

METALESAleaciones -Cu-

Zn-Ti

Isoprenosneopreno

ELASTOMEROScaucho

aluminasCERAMICOS

zirconias

PE,PP,PET,PC,PS,PA(nylons

POLIMEROSpoliesterfenolicasepoxis

borosilicatosVIDRIOS

Vitro-ceramicas

CLASIFICACION DE MATERIALES (FUENTE: CAMBRIDGE, REINO UNIDO)

Fig. Diagrama de Ashby, que relaciona la densidad con la resistencia

PROPIEDADES

ESTRUCTURA PROCESAMIENTO

Las propiedades de cualquier materiales se determina por su estructura en cuatro niveles diferentes:

1.- Estructura atómica. ¿ Que átomos están presentes y que propiedades posee?

2. Arreglo atómico: ¿Cómo están posicionados los átomos entre si y que tipo de enlace si hubiera, existe entre ellos?

3. Microestructura. ¿ Que secuencia de cristales existe en un nivel tan pequeño que no se visualiza al ojo humano?

4. Macroestructura. ¿ Como las microestructuras se ajustan para hacer un material mas grande?