Descarga la aplicación para disfrutar aún más
Vista previa del material en texto
1 UNIVERSIDAD DEL BIO BIO FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA Apunte 3 : División Básica de los Materiales Asignatura : Materiales Profesor : Federico Grossmann. 2006.09.04 2 DIVISIÓN BÁSICA DE LOS MATERIALES EN INGENIERÍA 1. METALES Cu, Al, Ni, Fe, Cr, Ag, Ti Aceros, Hierro Fundido Aceros Inoxidables Bronce, Latón Metal Blanco 2. CERAMICOS Vidrio, Ladrillo, Cemento Loza, Refractarios Óxidos ⎯→ SiO2, Al2O3, MgO, CaO Carburos ⎯→ WC, SiC UO2 forma parte de la combustión Nuclear Diamante 3. PLÁSTICOS Y POLÍMEROS Termoplásticos Termoestables o Termofijados Elastómeros PE : Polietileno PEBD : Polietileno de baja densidad (Petrodow) PET : Polietilen-tereftalato PEAD : Polietileno de alta densidad PEADL : Polietileno de alta densidad lineal UHMW-PE : Polietileno de ultra alto peso molecular PS : Poliestireno PS – E : Poliestireno expandido PVC : Cloruro de Polivinilo PTFE : Politetrafluoretileno ( teflón ) PP : Polipropileno ( Petroquim ) PC : Policarbonato PU : Poliuretano Fenolformaldehido Poliéster Poliamidas Nylon Goma, Caucho, Hule Resinas, Adhesivos 4. SEMICONDUCTORES Silicio Germanio 3 5. MATERIALES COMPUESTOS 5.1 METAL - METAL Acero revestido con Titanio (Alta resistencia a la corrosión) Acero esmaltado 5.2 METAL – CERÁMICO 5.2.1. Herramientas de corte ( muy resistentes al impacto ) WC en matriz del Cobalto Carburos Cementados 5.2.2. Titanio reforzado con fibras de SiC 5.2.3. Aluminio en polvo con un máx. de 14% AL2O3 (óxido duro), ( Sinterizado ) compuesto endurecido por dispersión 5.2.4. Aleaciones de Ni, W y superaleaciones, con adiciones de 1-2% de ThO2 (Toria) que endurece significativamente CERMET (Metales Cerámicos) Materiales reforzados con partículas, se producen por Pulvimetalurgia (Polvo + presión + Temperatura), como TiC + WC ligado con Co. 5.3 CERÁMICO – CERÁMICO Concreto Mezcla de Cemento/Grava/Chancado/Arena/Agua (Compuesto particulado) 5.4 CERÁMICO – POLÍMERO 5.5.1. Fibra de Vidrio (Fiberglass) Fibras de Vidrio rígidas en polímeros Compuesto reforzado con fibras rígidas y resistentes 5.5.2. Grafito en Matriz Epóxica 5.5.3. Asfalto (resina Termoplástica) Compuesto de agregado + (Bitumen – Alquitrán) 5.5 POLIMERO - POLIMERO 5.6.1 Fibras de Kevlar en polímero 5.6 OTROS 5.6.1. Madera Terciada Capas alternadas de madera chapada con resina 5.6.2. Madera aglomerada con resina Trupan Masisa Cholguan 4 PROPIEDADES DE UN MATERIAL Provienen de la estructura interna del material. La estructura interna de un material involucra: Que los átomos están presentes En que cantidad Cómo están localizados en las celdas unitarias Los granos resultantes Átomos Estructura Submicroscópica Celada Unitaria Cristales o Granos ⎯→ Microestructura Microscópica Moléculas, presentes en los polímeros Según la estructura, será la forma como responden los materiales a condiciones de esfuerzo, deformación, temperatura, campos magnéticos y otros. Asociado al tipo de enlace atómico están las propiedades físicas y estructurales de los materiales. ENLACES METALES ⎯→ ENLACE METÁLICO CERÁMICOS ⎯→ ENLACE IONICO ( AL2O3 –NACL– MGO ) ⎯→ ENLACE COVALENTE (SIO2 – SIC – DIAMANTE ) POLÍMEROS⎯→ ENLACE COVALENTE ⎯→ FUERZAS I. DE VAN DER WAALS SEMICONDUCTORES ⎯→ ENLACE COVALENTE ( SI – GE ) METALES Están formados por elementos Metálicos ⎯→ Enlace Metálico ENLACE METALICO Caracterizado por nudos de electrones libres, los cuales están muy poco atados al núcleo y tienen una alta movilidad. Según el Nº de electrones libres presentes será: Calor ⎯→ > ó < Conductor Electricidad 5 Característica común a los elementos metálicos Tienen solamente 1, 2 ó 3 electrones en la capa externa Tendencia a donar electrones con facilidad, esta propiedad hace que los metales sean buenos conductores. Todo lo cual explica: Alto nivel de Resistencia ( en las aleaciones ) Ductilidad (ser deformados sin ruptura) ( importante en los metales puros ) Relativa alta temperatura de fusión de los metales ( Hg 39 ºC, W 3410 ºC, Sn 232 ºC, Al 660 ºC, Cu 1083 ºC ) Alta conductividad térmica y eléctrica Alta Densidad – Pesados ( a menudo) Brillo metálico característico ( por pulido) Son opacos en relación con la luz, pero tienen relativa alta reflectividad. Cristalinidad por lo general no evidente. MATERIALES CERÁMICOS Tienen enlaces IÓNICOS y COVALENTES, compuestos formados por elementos metálicos y no metálicos. Propiedades Alta resiliencia mecánica y dureza a temperaturas elevadas. Alta temperatura de ablandamiento y fusión ( 2000 – 4000 ºC ) Fragilidad. Módulo de elasticidad elevada. Densidad, dilatación térmica, conductividad térmica y eléctrica bajas. Químicamente Inertes Refractarios y Aislantes. Resistencia al desgaste, a la corrosión. Sin embargo, en vista de la amplia diversidad de composiciones de material cerámico y de tamaño de grano, las propiedades mecánicas y físicas de los cerámicos varían significativamente; por ejemplo; la conductividad eléctrica de los cerámicos se puede modificar de baja a alta. Este cambio es el principio subyacente a los semiconductores. Tienden a ser más resistentes que los metales y polímeros, junto a altas temperaturas y severas condiciones del medio ambiente. En grandes volúmenes se utilizan en elementos cerámicos tales como cemento, ladrillo, vidrio, etc. Ejemplos: Óxidos metálicos ( SiO2, Al2O3, MgO, CaO, ZrO2 ) Carburos ( WC, TiC, TaC, SiC, HfC ) Boruros ( WB, HfB, TiB2, ZrB2 ) Nitruros ( CBN, SiN4, TiN, TiAlN, ZrN, HfN ) 6 POLÍMEROS Características Depende primordialmente de su Estructura Molecular Baja Densidad (usualmente contienen elementos ligeros) Contienen elementos no metálicos Enlace covalente y fuerzas intermoleculares de Van der Waals Reflejan mal la luz. Tienden a ser transparentes (por lo menos en espesores pequeños) Contienen sólo elementos no metálicos, que forman moléculas muy grandes. Algunos tienen gran resistencia y pequeñas elongaciones. Algunos son flexibles y se deforman a bajas temperaturas. Aislantes térmicos y eléctricos Se funden y se curan a temperaturas relativamente bajas ( termoplásticos ) Formados por grandes moléculas que contienen un gran número de MEROS de dónde proviene el nombre polímero. A diferencia de los metales, son fáciles de moldear, requieren menos energía en su procesamiento. Se pueden procesar con relativa facilidad y en pocas operaciones para obtener muchas formas. Por ejemplo: moldear, colar, conformar, maquinar y pegar. TERMOPLÁSTICOS Características Elongación elevada bajo esfuerzo Son polímeros lineales Son moléculas largas en forma de cadenas Se convierten en líquidos calentándolos y se endurecen enfriándolos El calor permite vencer las Fuerzas ( intermoleculares ) de Van der Waals Son reciclables Moldeado por SOPLADO, INYECCIÓN, EXTRUSIÓN, POR VACIO – ESTAMPADO TERMOFIJADOS / TERMOESTABLES Características Polímeros formados por redes tridimensionales, enlaces cruzados Gran resistencia Pequeñas elongaciones Alta estabilidad dimensional Con la temperatura ocurren procesos químicos irreversibles y se degradan A temperatura ambiente, tienen mayor resistencia Se obtienen por Polimerización por Condensación 7 FUERZAS DE VAN DER WAALS Es un enlace secundario entre moléculas, debido a la atracción entre las cargas. Esta atracción sedebe a la distribución asimétrica de las cargas, más que enlaces primarios, aquí se atraen las moléculas no los iones. Este enlace es importante sólo a bajas temperaturas, cuando la débil fuerza de atracción puede vencer la agitación térmica de los átomos. Enlace importante en los plásticos y polímeros mayores. Las moléculas están conformadas por una columna dorsal de átomos de carbono con enlaces covalentes y otros átomos como: H2, N2, F, Cl, S, O2 Unidos a los lados con los otros enlaces de carbono. El estado en que se encuentre dependerá del número de átomos / moléculas. En la medida que aumenta el número de átomos / moléculas pasamos de: GAS ⎯→ LÍQUIDO ⎯→ PLÁSTICO SÓLIDO TERMOPLÁSTICOS Un material termoplástico se hace bastante plástico si se eleva la temperatura, entonces se puede moldear para darle cualquier forma, incluso a temperaturas inferiores ala del punto de fusión y luego se endurece enfriándolos. Las propiedades mecánicas de estos plásticos son de relativa sensibilidad a la temperatura. Son POLIMEROS LINEALES formados por moléculas largas en forma de cadenas. El efecto de temperatura / calor, es vencer las fuerzas de Van Der Waals entre las moléculas a través de la agitación térmica, haciendo posible el flujo. Es fácil moldear o extruir un material termoplástico, debido a la ausencia de enlaces cruzados. Un material termoplástico se puede moldear a cualquier forma, a temperaturas inferiores a la del punto de fusión y luego se endurecen enfriándolos. Las propiedades mecánicas son de relativa sensibilidad a la temperatura. PREPARACIÓN TERMOPLÁSTICOS Se empiezan con el (los) MONÓMERO(S) que formará las unidades repetidas en el polímero. Bajo condiciones de Presión y Temperatura y en presencia de un catalizador las cadenas MOLECULARES CRECEN por la adición de moléculas de Monómeros, una a una en los extremos de las cadenas. Pueden ocurrir ramificaciones, aunque los enlazamientos cruzados casi están totalmente ausentes, el proceso se conoce como “POLIMERIZACIÓN POR ADICIÓN” 8 EJEMPLO POLIETILENO (uno de los polímeros más sencillos) Se forma uniendo muchas moléculas del Monómero ETILENO C2H4 H H H H H H H H H H ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ C = C ⎯ C ⎯ C ⎯ ⎯ C ⎯ C ⎯ C ⎯ C ⎯ C ⎯ C ⎯ ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ H H H H H H H H H H Etileno Monómero de Etileno Polímero de Polietileno Soplado MOLDEADO Inyección Extrusión Por Vacío POLÍMEROS TERMOFIJADOS O TERMOESTABLES Formados por REDES TRIDIMENSIONALES con enlaces cruzados entre cadenas. Estas redes no se rompen tan fácilmente con el calor, por lo que se tiene Materiales más fuertes y duros. Estos polímeros se fijan en una red dada cuando se fabrican y no pueden ser remodelados posteriormente para formar una nueva figura. Al elevar la temperatura, al punto que se rompan los enlaces cruzados, ocurren procesos Químicos irreversibles que destruyen las propiedades útiles del plástico, denominado DEGRADACIÓN. A temperaturas normales los ENLACES CRUZADOS hacen bastante rígido al sólido (mayor esfuerzo a temperatura ambiente). Peso ligero Altas propiedades de aislamiento eléctrico y térmico
Compartir