materiales de ingenieria

Nota:

• Los materiales de uso corriente en Ingeniería se pueden clasificar en dos grandes grupos

1. materiales metálicos
   1. aleaciones ferrosas
      1. aceros y fundiciones de hierro

         Nota:

         • fundiciones de hierro: Son aleaciones de hierro y carbono con un contenido de este último en el rangode 2 hasta 6.7 % con cantidades adicionales de silicio o manganeso. Su principal diferencia con los aceros es que no se les puede dar forma mediante deformación plástica ni en frío ni en caliente. Sus principales características son las siguientes: - Buena resistencia a la compresión, pero no a a la tensión - Son maquinables - Absorben vibraciones - Buena resistencia bajo cargas variables - Son baratos Los hierros fundidos se clasifican en función de la forma en que se encuentra en carbono tal y como se menciona a continuación: - Hierros fundidos blancos . El carbono se encuentra en forma de carburo de hierro - Hierros fundidos grises .- El carbono de encuentra en forma de hojuelas de grafito - Hierros fundidos nodulares o dúctiles.- El carbono se encuentra en forma de nódulos de grafito y - Hierros fundidos maleables.- Donde el carbono se encuentra en forma de rosetas de grafito. Los más resistentes son los hierros nodulares pero al mismo tiempo son los más caros ya que se precisa de un mayor control en su composicón quimica. Los más usados son los hierros fundidos grises. Las principales aplicaciones de los hierros fundidos son: - Carcasas para bombas y transmisiones - Bases y marcos para máquinas herramientas - Engranes - Flechas - Partes automotrices, etc
         1. aceros simples

            Nota:

            • Aleación hierro con carbono con un contenido de éste último en el rango de 0.02 hasta el 2% con pequeñas cantidades de otros elementos que se consideran como impurezas tales como P, S, Mn, Cu, Si, etc.  aplicaciones: - Estructuras - Elementos de máquinas (Ejes, resortes, engranes, etc) - Tornillos - Herramientas de mano
            1. aceros de bajo carbon

               Nota:

               • Aceros de bajo carbono (0.02<%C<0.3) - Son dúctiles - Soldables - No se pueden tratar térmicamente - Poseen una resistencia mecánica moderada - Maquinables - Baratos 
            2. aceros de medio carbon

               Nota:

               • Aceros de medio carbono (0.3<%C<0.65) - Son templables (Se pueden someter a temple y revenido) - Poseen buena resistencia mecánica - Ductilidad moderada - Baratos
            3. ceros de alto carbon

               Nota:

               • Aceros de alto carbono (%C>0.8) - Son templables - Duros y resistentes al desgaste - Difíciles de soldar - Poco tenaces - Baratos
         2. aceros aleados

            Nota:

            • Los aceros aleados son aceros simples a los que se les agrega de manera intencional ciertos elementos de aleación, entre los que se pueden mencionar a los siguientes: cromo, molibdeno, níquel, tungsteno, vanadio, silicio, manganeso,etc,. debiéndo ser la suma de todos los elementos antes mencionados menor o igual al 5 %. Los objetivos perseguidos son los siguientes: - Aumentar la resistencia mecánica - Mejorar su templabilidad - Aumentar su resistencia a la corrosión y a la oxidación Para designar a los aceros simples y aleados se utiliza un sistema de identificación de 4 digitos desarrollado por A1SI (American Iron and Steel Institute) y SAE (Society of Enginneers Automotive) y que en México fué adoptado por NOM (Norma Oficial Mexicana). Pongase por ejemplo al acero NOM - 1045; el primer digíto indica cual es el principal de aleación (carbono en este caso); el segundo digíto, la modificación del acero original y los dos últimos digítos cual es el porcentaje de carbono en centésimas de punto, esto es, en el ejemplo el contenido de carbono es de 0.45%. En la Tabla 1.1.- se muestra cual es principal elemento de aleación dependiendo de cual es el valor del primer digito Tabla: Designación AISI-SAE-NOM para aceros simples y aleados FAMILIA     PRINCIPAL                                 ELEMENTO DE                                ALEACIÓN 1XXX          CARBONO 2XXX          NIQUEL 3XXX          NIQUEL-CROMO 4XXX          CROMO-MOLIBDENO 5XXX          CROMO 6XXX          CROMO-VANADIO 8XXX          CROMO-NIQUEL-MOLIBDENO 9XXX          CROMO-SILICIO  
            1. aceros alta aleacion
               1. aceros inoxidables

                  Nota:

                  • Son basicamente aleaciones Fe-Cr ó Fe-Cr-Ni con un contenido de al menos 10 % de cromo y el menor contenido posible de carbono y que poseen una buena resistencia a la corrosión y a la oxidación conferida por una capa de óxido de cromo que se forma sobre su superficie y que origina la pasivación de ésta aplicacion: - Tuberías - Recipientes de proceso - Válvulas - Cuchillería - Resortes - Artículos de ornato, etc.  
                  1. aceros inoxidables martensiticos

                     Nota:

                     • - Poseen un contenido de cromo entre el 12 y 14 %. - El contenido de carbono no excede de 0.4 %. - Son magnéticos - Son tratables térmicamente ( Temple y revenido). - Poseen regular resistencia a la corrosión y a la oxidación. - Son los más económicos dentro de los aceros inoxidables - Según AISI-NOM se identifican mediante un 4 segido de dos digitos.  
                  2. aceros inoxidables ferriticos

                     Nota:

                     • - Poseen un contenido de cromo entre el 15 y 25 %. - El contenido de carbono no debe exceder de 0.1 %. - Poseen buena resistencia a la corrosión y a la oxidación  - No son tratables térmicamente - Endurecibles mediante trabajo en frío - Son magnéticos. - Según AISI- NOM se identifican mediante un 4 seguido de 2 digitos
                  3. aceros inoxidables austeniticos

                     Nota:

                     • - Poseen entre el 15 y 25 % de cromo - También contienen niquel en un rango de 7 al 15 %. - Y el contenido de carbono no debe exceder de 0.08 % - Son no magnéticos - No son tratables térmicamente - Son endurecibles mediante trabajo en frío - Son caros - Se identifican mediante un 3 seguido de 2 digitos, y los que contienen manganeso mediante un 2 seguido de 2 digitos. 
               2. aceros para herramientas

                  Nota:

                  • Son otro grupo importante de aceros y como su nombre lo indica se utilizan fundamentalmente para la fabricación de herramientas que se utilizan para darle forma a otros materiales. Los principales elementos de aleación de los aceros para herramienta son : carbono, tungsteno, molibdeno, manganeso, vanadio, niquel, cobalto etc. Los aceros para herramienta deben mostrar las siguientes cualidades: - Deben poseer una alta dureza y resistencia al desgaste. - También deben mostrar una excelente templabilidad - Deben sufrir una deformación mínima durante el tratamiento térmico. - Deben retener su dureza a altas temperaturas (dureza al rojo)  
                  1. aceros para trabajo en frio

                     Nota:

                     •  Los cuales a su vez se dividen en: - Aceros templables en agua y que se identifican con la letra W - Aceros templables en aceite identificables con la letra O - Los aceros templables al aire que se identifican con la letra A - Los aceros de alto cromo- alto carbono que se utilizan para la fabricación de troqueles que se identifican con la letra D.
                  2. aceros resistentes al impacto

                     Nota:

                     • identificables con la letra S
                  3. aceros para trabajo en caliente

                     Nota:

                     • que se se identifican con la letra H
                  4. aceros rápidos o aceros alta velocidad

                     Nota:

                     • que pueden ser al tungsteno y al molibdeno, idéntificandose los primeros con la letra W y los segundos con la letra M
                  5. aceros para moldes

                     Nota:

                     • que se identifican con la letra P
                  6. aceros de propósito general

                     Nota:

                     •  que se identifican con las letras L y F.
   2. aleaciones no ferrosas

      Nota:

      • El material no ferroso más usado en la actualidad es el aluminio y las aleaciones que forma con los siguientes elementos: Cu, Mg, Ni, Si, Zn, Li,etc. Mostrando las siguientes características: - Buena resistencia a la corrosión debida a la formación de una capa protectora - Ligero con una densidad de 2.7 g/cm3 - Fácil de reciclar (principalmente el aluminio puro). - Buena relación resistencia/peso Sus principales aplicaciones son: - Conductores eléctricos - Componentes para avión - Envases para alimentos - Cancelería - Diversos componentes automotrices  
      1. cobre

         Nota:

         •  es otro importante metal de uso corriente en ingeniería, sus principales elementos de aleación son: - Estaño, para constituír al bronce - Zinc, formando el latón - Níquel constituyendo los cuproniqueles Sus principales características son: - Es buen conductor eléctrico - Posee buena resistencia a la corrosión - Es dúctil y fácil de soldar - Posee una resistencia mecánica moderada. Sus principales aplicaciones son: - Conductores eléctricos - Resortes - Tubería Artesanías - Engranes - Cerraduras 
      2. zinc

         Nota:

         •  sus principales elementos de aleación son: aluminio, magnesio y el cobre. Sus principales características son: - Buena resistencia a la corrosión - Económico - Funde a bajas temperaturas aleado con otros elementos Se utiliza principalmente en forma de recubrimiento y como parte importante de dos aleaciones comerciales de gran importancia que son el Zamak y el Zinalco, el cual es producto de la investigación de académicos de la UNAM.  
2. materiales no metálicos
   1. plasticos

      Nota:

      • De los plásticos se aprovechan las siguientes características: - Son ligeros - Baratos - No se corroen - Se les puede dar forma fácilmente - Buenos aislantes térmicos y eléctricos - Son relativamente fáciles de reciclar Sin embargo muestran los siguientes incovenientes: - Sólo pueden trabajar a temperaturas relativamente bajas (no más de 120 ºC) - Sus propiedades mecánicas son un tanto reducidas - Se degradan - Su reciclaje todavía es un tanto limitado. Sus principales aplicaciones son: - Fibras textiles - Envases y envolturas - Partes para automóvil - Engranes y carcasas - Objetos diversos Los plásticos mas usados hoy día son: - El polietileno, el poliestireno, el cloruro de polivinil ( PVC), el teraftalato de polietileno (PET), el polipropileno, etc. Todos ellos son plásticos reciclables. Dentro de los termofijos los más usados son: los epóxicos, los silicones, poliesteres no saturados, poliuretano, fenólicos, etc. Todos ellos son muy dificíles de ser reciclables pero afortunadamente la suma de ellos sólo alcanza un 20 % del total consumido
      1. termoplasticos
      2. termofijos
      3. elastomeros
   2. cerámicos

      Nota:

      • Estos materiales de alta tecnología muestran las características siguientes: - Poseen una alta dureza - Resistentes a temperaturas elevadas - Aislantes térmicos y eléctricos - Son resistentes a la corrosión Sin embargo, son frágiles, son poco resistentes al choque térmico y son todavía muy caros. Estos materiales encuentran actualmente las siguientes aplicaciones: - Herramientas de corte - Recubrimientos - Válvulas e impulsores para bombas - Ladrillos refractarios - Componentes automotrices. 
      1. oxidos

         Nota:

         • (óxido de aluminio, óxido de magnesio,etc.)
      2. carburos

         Nota:

         • ( Carburo de tungsteno, carburo de silicio, carburo de titanio,etc
      3. nitruros

         Nota:

         • como puede ser en nitruro cúbico de silicio.
   3. materiales compuestos

      Nota:

      • En términos generales, un material compuesto es aquel que está hecho de dos o mas elementos que le otorgan ciertas propiedades en combinación que no son posibles en ninguno separadamente. Los más importantes son los que se refieren a fibras resistentes de varios tipos , encapsuladas en plástico. En los plásticos reforzados con fibras , éstas proporcionan la resistencia mecánica necesaria, y el material plástico o matriz proporciona la forma del componente. Las propiedades del material dependen del tipo de plástico y de fibra utilizados en su fabricación. Cuando las resinas utilizadas en los FRP son curadas y endurecidas forman una pieza de plástico, que por sí sola es débil y frágil. Por otra parte, las fibras utilizadas, son fabricadas de materiales frágiles y quebradizos como el vidrio ¿cómo es posible que un material frágil combinado con otro igual puedan crear un material tenaz ? El material con que están fabricadas las fibras se produce en forma de filamentos muy finos, y las cuarteaduras y fracturas en el material compuesto dejan de ser un problema mayor debido a las razones siguientes: - El diámetro de los filamentos de fibra es tan pequeño, que cuando son sometidas a carga, simplemente se doblan y se apartan de la dirección de la carga, en lugar de soportarla y como consecuencia fracturarse. - Existe una carga mínima que el material con el que están fabricadas las fibras puede tolerar sin que su resistencia de vea afectada. Influyendo de manera determinante el diámetro de la fibra en la resistencia mecánica de ella. Las principales aplicaciones de los materiales compuestos son las siguientes: - Paneles de carrocerías para automóviles - Artículos diversos - Componentes para avión,etc.  
      1. Plásticos reforzados con fibras de carbono (CFPR)
      2. Plásticos reforzados con fibras Aramid (AFRP)
      3. Plásticos reforzados con fibras de vidrio.