1. introducción a ingenieria de materiales 2015
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introduccion a la ingenieria de materialesTRANSCRIPT
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Introduccin
Ing. Norberto D. ique G.
Ingeniera Industrial UNT
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Cuales son los niveles estructurales en los cualesse puede analizar un material?
Cmo se determina la estructura cristalina, lagranular o la multifsica de un material metlico?
Qu imperfecciones de la estructura cristalina limitan ycontrolan la resistencia mecnica?
El factor estructura determina la difraccin de rayos xde familia de planos cristalinos?
Cules son los mecanismos de endurecimiento de unmaterial de ingeniera?
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Conocimiento deestructura internay su relacin conlas propiedadesde los materiales
Seleccin del material unadeterminada aplicacin osituacin.
Desarrollo de nuevosmtodos de procesamientode materiales y/o procesosde fabricacin.
Diseo demateriales yprocesos defabricacin
Material Natural es aquel que se obtiene a partir de la naturaleza.Material artificial requiere la intervencin del hombre para ser creado.
Substancia de la que cualquier cosa est compuesta o hecha.Sustancia constituyente de componentes y estructuras.
Material
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Evolucin de los materiales de ingeniera
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Edad de piedra: en los inicios de su existencia, el hombre slo utilizabamateriales naturales: pieles, madera, piedras, fibras vegetales. Notena capacidad para procesar demasiado los materiales.
Los metales slo ocupaban un lugar menor pues la mayora seencuentran en estado combinado y no podan ser reducidos.
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Edad de bronce: tuvieron que pasar unos 5000 aos para que el hombrepudiera procesar el Cu y el bronce (Cu-Sn). Esto ampli su posibilidad defabricar elementos tiles. An as la mayora de los materiales utilizadoseran no metales.
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Edad del hierro (Fe): recin en el ao 1000 a.c. el hombre empez apoder producir Fe, el cual pronto pas a ser el principal material debido asus propiedades. El predominio de los metales se hizo cada vez msnotorio por sobre el resto de los materiales. Este predominio continuhasta la mitad del siglo XX. Hasta la dcada del 60 los ingenieros sloreciban cursos de metalurgia. Materiales era sinnimo de metales.
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Durante la primer mitad del siglo XX hubo desarrollos en el campo de lospolmeros, sin embargo su importancia relativa segua siendo muy baja.Hacia la dcada del 80 se produjo un rpido desarrollo de los materialesno metlicos, tanto polmeros como cermicos. Esto a su vez determino eldesarrollo de los materiales compuestos. Poco a poco los materiales nometlicos fueron ganando terreno tanto en el mbito cientfico como en elde la ingeniera.
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Si bien las predicciones iniciales sobre las aplicaciones de losmateriales resultaron demasiado optimistas, su importancia es muygrande. Hoy el ingeniero dispone de una gran variedad de materialesmetlicos y no metlicos, lo que hace imperioso que su formacinincluya los cuatro grandes grupos de materiales. Los metales sigueny seguirn evolucionando, pero ms lentamente (aumento de lacalidad, mejoramiento de procesos y cuidado del medio ambiente).
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Ao Avance tecnolgico Nuevosmateriales
introducidos
Avances en losensayos de materiales
Fallas
1500 Represas,Canales,Bombas,Telescopios.
Piedra, madera, ladrillos,cobre, bronce, hierrofundido.
Tensin (L. da Vinci)Tensin, flexin (Galileo)Ruptura por presin (Mariotte)Elasticidad (Hooke)
1700 Mquina de vapor,Puentes de hierro fundido.
Fundicin maleable Torsin, Corte (Coulomb)
1800 Industria ferroviaria,Puentes de suspensin,Motores de combustin interna.
Cemento PortlandCaucho vulcanizadoAcero Bessemer
Fatiga (Wohler)Plasticidad (Tresca)Mquina de ensayo universal
Calderas de vapor.Ejes de ferrocarril.Puentes de hierro.
1900 Energa elctrica,Tubos al vaco.
Aleaciones de aceroAleaciones de aluminioPlsticos sintticos
Dureza (Brinell)Impacto (Izod, Charpy)Creep (Andrade)
Puente de QuebecTanques de melaza deBoston
1920 Motores de turbina a gasMedidores de deformacin
Aceros inoxidablesCarburo de tungsteno
Fractura (Griffith) Ruedas, rieles de ferrocarrilComponentes automotrices
1940 Fusin controladaJet de propulsionTransistores; computadores,Satlites
Aleaciones a base de NiAleaciones a base de TiFibra de vidrio
Mquina de pruebas electrnicaFatiga de baja carga (Coffin, Manson)Mecnica de fractura (Irvin)
Barcos LibertyAviones comercialesGeneradores de turbina
1960 LaserMicroprocesadorAterrizaje en la luna
Aceros HSLACompuestos de altaperformance
Ensayo en circuito cerradoCrecimiento de grietas por fatiga(Paris)Pruebas computarizadas
Aeronave F-11Aeronave DC-10Puente Highway
1980 Estaciones espacialesLevitacin magntica
Cermicas tenacesAleaciones Al-Li
Pruebas multiaxialesControl digital directo
PerforadorasImplantes quirrgicos
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Propiedades a finesMtodos de procesamiento similares
Aplicaciones similares.
Clasificacin de los materiales de ingeniera
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Otra clasificacin es la de diferenciarlos en estructurales y funcionales, laprimera implica la aplicacin con propiedades fundamentalmentemecnicas y de superficie. La segunda se da para aquellos requeridos porsus propiedades elctricas, magnticas, termoinicas, radiactivas etc.
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1. Estructura atmica2. Estructura cristalina (no cristalina)3. Estructura granular4. Estructura multifsica
Relacin propiedades-procesamiento-estructura
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Relacin propiedades-procesamiento-estructura
Fundicin de metales. Procesos de conformado Soldadura: SMAW, TIG, MIG-MAG Sinterizacin de cermicos. Extrusin y compactacin. Moldeo por inyeccin, extrusin, y
conformado de polmeros.
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Relacin propiedades-procesamiento-estructura
Es el proceso que reduce elespesor o cambia laseccin de un producto opieza larga mediantefuerzas de compresinque se aplican mediante unjuego de cilindros. Es elproceso de mayor uso, el90% de todos los productosmetlicos son laminados.
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Relacin propiedades-procesamiento-estructura
Mecnicas Fsicas Qumicas Tecnolgicas
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Aplicacinde carga
Deformacin
Fisuracin yRotura
Elstica
Anelstica
Plstica
Viscoplstica(creep)
Modulo de elasticidad (E)Modulo de corte (G)Relacin de poisson ()
Friccin interna,Capacidad deamortiguamiento
Resistencia, Ductilidad,Dureza, Resistencia a lafatiga e impacto, tenacidad.
Solicitacin Respuesta Comportamiento Propiedades
Resistencia al Creep.Resistencia a la Fatiga-creep.
Tenacidad a la fractura,velocidad de propagacinde fisuras por fatiga.
Pueden ocurrirambas cosas
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Las propiedades dependen de la estructura.Los procesos pueden cambiar la estructura.
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PROPIEDADES
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Fe-Ferrita
Fe3CCementita Perlita+
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Estructuraatmica
Estructuragranular
Estructuramultifsica
Estructuracristalina
Materialmetlico
Materialcermico
Materialpolimrico
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1. Ciencia e ingeniera de los materiales. (2002). Donald R.Askeland. Pags: 5-18.
2. Estructura y propiedades de los materiales. (2006). NilthonZavaleta Gutirrez. Pags: 1-14.
3. Estructura propiedades y aplicaciones. (2005). Jose AntonioSaja Saez. Pags:148-161.
4. Materiales para ingeniera. Introduccin a las propiedades, lasaplicaciones y el diseo. Ashby M.F. Jones D.R.H. (2008)Editorial Reverte. Pags: 2-27.
Bibliografa