T1P1

Tarea 1 del 1er Periodo Diseño, Selección y Aplicación de Materiales

Barrera Hernández Adan Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Instituto Politécnico Nacional

Entrega 16 de noviembre de 2016

1.- Se desea producir una cabina transparente para una aeronave. Si se utiliza una cabina cer ámica (vidrio de ventana tradicional), las piedras o los pájaros pudieran romperla. Diseñe un material que minimice daños o por lo menos impida que la cabina se rompa e n pedazos. RESPUESTA: Las condiciones de uso del vidrio en la cabina hacen pensar que se debe realizar un tratamiento térmico al vidrio, más en específico un templado. Se calentara hasta una temperatura de 575° y 635°, siendo esta la temperatura de reblandecimiento. Después se enfriará el vidrio rápidamente con aire. De manera externa se someterá a esfuerzos de compresión y en el interior a esfuerzos de tensión. Otorgándole al material mayor resistencia al impacto y resistencia estructural. 2.- Los resortes en espiral deben se r muy resistentes y rígidos. El Si3N4 es un material resistente y rígido ¿Se podría seleccionar este mater ial para un resorte? Explique RESPUESTA: Debido a que este material es una cerámico, no es recomendable, aunque posea ciertas característicass mecánicas, no tiene la principal para comportarse como resorte, pues no es dúctil. característica 3.- A veces se fabrican indicadores de temperatura a partir de una tira de metal en espiral, la cual se dilata una distancia específica cuando se incrementa la temper atura. ¿Cómo funciona el indicador?; ¿de qué tipo de material se fabricaría el indicador?; y ¿Cuáles son las propiedades importantes que debe poseer el mater ial indicador? RESPUESTA:

Tarea 1 del 1er Periodo Diseño, Selección y Aplicación de Materiales Funciona con la propiedad térmica que tienen los metales, como el coeficiente de expansión térmica, este dilata el metal cierta distancia dependiendo la cantidad de calor suministrada al indicador, mientras que otro metal con un coeficiente menor, no se expande y con respecto a esta diferencia se puede obtener la medición de temperatura. Los materiales comunes en estos indicadores son aleaciones, como los son el níquel y hierro, y el otro metal de manganeso y hierro. 4. Para el diseño de una aeronave que pueda volar sin detenerse una distancia de 30 kilómetros, mediante energía humana ¿qué tipo de materiales son recomendables? RESPUESTA: Los hermanos Wright crearon la primera máquina para volar usando madera debido a que es un material muy ligero y su baja densidad era factor clave para que fueran capaces de mover por si solos, dicha aeronave rudimentaria. 5.- Se colocará en órbita un micro satélite de tres pies de diámetro. El satélite contendrá equipo electrónico delicado, que enviará y recibirá señales de radio de la Tierra. Diseñe la car casa exterior dentro de la cual quedará alojado el equipo e lectrónico. ¿Qué propiedades se requerirán y que materiales pudieran ser considerados? RESPUESTA: Debe ser ligero y resistente a condiciones de baja temperatura, pues en el espacio exterior esta condición debilita muchos metales, sin embargo se sabe que materiales como aluminio, plástico, sílice para losetas, e incluso oro pueden ser buenos para trabajar bajo esas condiciones. 6.- ¿Qué propiedades debe tener la cabeza del martillo del carpintero? ¿Cómo se fabricaría la cabeza de la herramienta? RESPUESTA: La condición para lograr fabricar una cabeza de martillo es que tenga una gran dureza, y resistencia a impacto para soportar tremendos esfuerzos. Se fabrica mediante la forja tomando una barra de mayor tamaño y compactándola a tal grado que se generan las propiedades adecuadas. 7.- Se debe seleccionar un material para los contactos eléctricos de un conmutador eléctr ico que frecuentemente se abre y cierra con fuerza. ¿Qué propiedades deberá poseer el material de contacto? ¿Qué tipo de material recomendaría? ¿Sería una buena opción la alúmina, Al 2O3? Explique RESPUESTA: El material que se emplea para los contactos eléctricos, debe tener propiedades como: elevada conductividad térmica y eléctrica, baja resistencia superficial, resistencia a soldarse, resistencia mecánica, resistencia al arco, alto punto de fusión y tiene que ser de bajo costo para que se lo  pueda emplear en la fabricación.

Tarea 1 del 1er Periodo Diseño, Selección y Aplicación de Materiales Por las propiedades mencionadas, se trata de un material con propiedades metálicas, puede ser el oro o la plata pero su alto costo ha hecho que el material más utilizado para la electricidad sea el cobre o el aluminio. Sin embargo no se puede emplear la alúmina, pues actúa como material cerámico, que sirve de aislante térmico y eléctrico. 8. Que quiere decir crudo o en verde? ¿Es importante la resistencia en verde? Explique por qué. RESPUESTA: Crudo o en Verde se refiere a la mezcla entre el material en polvo y algún aditivo después de ser compactado y antes de pasar al horno de sinterizado.  Antes de la sinterización el comprimido es frágil y su resistencia , llamada resistencia en verde , es baja . Es importante pues se debe cuantificar el punto en el que termina el compactado y el sinterizado. 9.- Describa que sucede durante el sinter izado. RESPUESTA:  Al tener el material en polvo se mezcla con aditivos como lo pueden ser lubricantes y aglutinantes  para después ser compactados en prensa obteniendo la pieza “en verde” o “ en crudo”, como paso siguiente se sinteriza en horno teniendo como producto, de este último, la pieza sinterizada y en su caso pasar a las operaciones de acabado.

10.- ¿Cómo se producen los polvos de partículas esféricas? ¿Cómo se producen los de partículas agresivas y de orillas agudas? RESPUESTA: El método de fabricación de material en polvo influye en el tamaño y forma de las partículas. Las  partículas más esféricas se consiguen por atomización de gas. Los otros métodos generan  partículas más irregulares. 11.- ¿Hay aplicaciones en las que usted no usaría un producto obtenido con metalurgia de polvos? Explique por qué. RESPUESTA: En la producción de piezas de gran tamaño la metalurgia de polvos tiene una gran desventaja  puesto que presentaría un costo del material superior al 30%. 

Dado que el material en polvo es caro, el sinterizado suele ser competitivo en producción de tiradas altas de piezas pequeñas-medianas, donde el coste del material no supere el 2030% del coste total por pieza.