Clasificación de Los Materiales

Índice 1.- Clasificación de los materiales 1.1 Generalidades. 1.2 Materiales metálicos. 1.2.1 Ferrosos y no ferrosos. 1.2.2 Puros y aleaciones. 1.3 Materiales no metálicos. 1.3.1 Orgánicos e inorgánicos.

1.3.2 Polímeros. 1.4 Cerámicos. 1.5 Materiales Compuestos. 1.6 Nano materiales.

Introducción El desarrollo de la Ciencia y Tecnología actuales implican la generación y aplicación del conocimiento en muchas áreas y consecuentemente el estudiante de Ingeniería debe estar al tanto de los mismos, sin embargo, debido a la actualización poco frecuente de los programas y planes de estudio y por las limitaciones propias de semestres de apenas cuatro meses de actividades académicas, es difícil la actualización del estudiante en dichos conocimientos, además, dejar trabajos de investigación no

funciona de la manera deseada, ya que en muchas ocasiones se descargan de Internet y se imprimen sin siquiera leerlos, de ese modo, surge la idea de crear una serie de apuntes de temas básicos para el ingeniero actual como son: el endurecimiento superficial del acero, las fundiciones de hierro, la tribología y el desgaste, la superplasticidad, los avances en la industria siderúrgica, superaleaciones, etc. En esta entrega, se presenta un panorama general acerca de los materiales más utilizados en Ingenierí.

1 CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES .

1.1 GENERALIDADES.

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Para dar una definición de lo que es un material, primero debe entenderse como es que está conformado. Lo primero es que un material está compuesto por elementos, generalmente los elementos químicos encontrados en la naturaleza y representados en la tabla periódica de elementos químicos. Sin embargo, esto no es todo, en los materiales estos elementos están relacionados por una composición química definida. Un ejemplo muy sencillo es la sal común, su fórmula química es NaCl, lo que significa que hay un átomo de Sodio (Na) por cada átomo de Cloro (Cl) y es la única forma de obtener este compuesto. El último factor importante de un material es el acomodo de estos elementos, es decir, su estructura, los materiales están caracterizados por tener una estructura, determinada y única, si este acomodo cambia, cambiarán las características del material y por lo tanto se hablará de este como una variación o como otro material distinto. En ciencia e ingeniería de materiales, existe además otra distinción para los materiales, y es que deben tener un uso específico, si no es así, entonces se les denomina únicamente sustancia. Por ejemplo, el agua (H2O) en estado líquido es una sustancia, pero al enfriarse y convertirse en hielo, se puede usar como un material de

construcción, por lo tanto, esta misma agua solidificada, al tener un uso práctico, se le considera un material. En resumen, los materiales están formados por elementos, con una composición y estructura única y que además, pueden ser usados con algún fin especifico. Los materiales se clasifican de forma muy general en: ●

Metales

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Cerámicos

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Polímeros

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Materiales compuestos

Sin embargo, está clasificación no es única, pues los materiales se pueden dividir por su estructura, por sus propiedades físicas y químicas, por sus usos en industrias específicas, etc.

1.2 MATERIALES METÁLICOS Al igual que la escritura, el descubrimiento de los metales y la forma de procesarlos, marcan la división entre la edad de piedra y el inicio de las civilizaciones en la llamada “Edad de los metales”. En la edad de cobre (4400 – 3800 a. C.) aparece la metalurgia y minería, comenzado a trabajarse el cobre y el oro, para fabricar armas rústicas como punzones, hachas, puñales, punta de flechas, y ornamentos como anillos y brazaletes.Tras el descubrimiento del bronce, una aleación de nueve partes de cobre y una de estaño se inicia la edad de bronce (a partir del 2800 a. C.). Este material ofrece la posibilidad de trabajar con mayor facilidad y se pueden producir utensilios mucho más duros y trabajos ornamentales más finos. La última era de los metales está representada por la edad de hierro (1300 a. C.) y es la etapa previa a la creación del imperio romano.Son aquellos materiales que son buenos conductores del calor y la electricidad, poseen alta densidad, tienen una elevada capacidad de reflexión de la luz, y son sólidos en temperaturas normales (excepto el mercurio), Se extraen de los minerales de las rocas. Metales como el oro, la plata y el cobre, fueron utilizados desde la prehistoria, por eso son materiales muy importantes en la Tecnología. Los materiales metálicos cuyo componente principal es el hierro se llaman ferrosos,el resto se llaman no ferrosos.

1.2.1 FERROSOS Y NO FERROSO NO FERROSOS: Son materiales que no proceden del hierro. Se pueden clasificar según su densidad, en: Metales pesados y ligeros. Algunos metales pesados son: El Cobre: se obtiene a partir de los minerales cuprita. Usos: cables eléctricos, hilos de telefonía, bobinas de motores, tuberías, calderas, radiadores y también para aplicaciones decorativas, bisutería y artesanía. El Plomo: se obtiene de la galena y es de color gris plateado, blando y pesado. Usos: se utiliza en la fabricación de baterías y acumuladores y forma parte de algunas gasolinas. En la industria del vidrio se utiliza para dar dureza al vidrio y también se utiliza para la fabricación de armas. Uno de los metales ligeros es: El aluminio: se extrae únicamente del mineral conocido con el nombre de Bbauxita. Usos: cables de líneas eléctricas de alta tensión, fabricación de aviones, automóviles y bicicletas debido a su baja densidad (peso). También se emplea en carpintería metálica para fabricar puertas y ventanas, en útiles de cocina y botes de bebidas. MATERIALES FERROSOS: Cuando los minerales de hierro que se extraen de la corteza terrestre se someten a diferentes procesos a fin de conseguir hierro puro. Además del hierro puro se utilizan también las aleaciones. Una aleación es

una mezcla de dos o más elementos químicos, de los cuales al menos uno, el que se encuentre en mayor proporción, es un metal. Las aleaciones de hierro se obtienen añadiendo a este metal carbón. Algunos ejemplos de materiales ferrosos son: ●

Acero: Los aceros aleados contienen, además de carbono, otros elementos químicos a fin de conseguir determinadas propiedades.Usos: tiene multitud de usos como cuberterías y utensilios de cocina, vigas, puentes, tirantes, chasis y carrocerías de coches, piezas de unión, herramientas, etc.

●

El Hierro Forjado: también llamado hierro dulce, es hierro con un porcentaje

muy bajo en carbono siendo una de las variedades de uso comercial con más pureza en hierro. Usos: se utiliza en la construcción de grandes estructuras como puentes, para fabricar rejas, puertas, cerraduras y pestillos

1.2.2 PUROS Y ALEACIONES. Materiales puros Son aquellos que están tal y como son en la naturaleza sin sufrir ningún cambio o alteración, los materiales más puros son los que se encuentran en la tabla periódica. Propiedades físicas ●

Conductores de la electricidad.

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Maleabilidad.

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Ductilidad.

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Tenacidad.

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Resistencia mecánica.

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Suelen ser opacos o de brillo metálico.

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Alta densidad.

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Dúctiles y maleables.

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Punto de fusión alto.

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Son duros.

Propiedades químicas: ●

Molécula está formada por un átomo.

●

Átomos tienen 1, 2 o 3 electrones que pueden participar en un enlace

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químico.

●

Al ionizarse adquieren carga eléctrica positiva.

●

Bajo poder de ionización.

●

Alto peso específico.

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Son sólidos excepto los que se encuentran en estado líquido.

Aleaciones Aleaciones son la mezcla de un metal principal con otros elementos para mejorar las propiedades físicas y mecánicas del metal puro. Variando la Composición de las aleaciones se puede conseguir un rango de propiedades diferentes para una amplia gama de aplicaciones. Por ejemplo, pequeñas cantidades de Berilio en Cu metálico aumenta mucho la dureza y resistencia. Propiedades: ●

Brillo metálico y alta conductividad eléctrica y térmica, aunque usualmente menor

●

que los metales puros. Las propiedades físicas y químicas son, en general, similares

ALEACIONES FERROSAS. Las aleaciones ferrosas se pueden clasificar a su vez en: Aceros y fundiciones de hierro (hierros colados). Los aceros dependiendo de su contenido de carbono y de otros elementos de aleación se clasifican en: - Aceros simples - Aceros aleados - Aceros alta aleación

Los aceros simples se pueden definir así.- 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. Los aceros simples se clasifican de acuerdo a su contenido de carbono en : - Aceros de bajo carbono - Aceros de medio carbono y - Aceros de alto carbono Cada uno de los grupos anteriores tienen características bien definidas como se muestra a continuación: Aceros de bajo carbono (0.02