“TRABAJO INVESTIGACIÓN”
MATERIA: Estructura y propiedades de los materiales
INTEGRANTES: Jesús Antonio Pérez Pérez Lorenzo Villegas Metelin
PROFESOR (A): Q.F.B Rosa Aurora Hernández Ovando
CARRERA: Mantenimiento Industrial
GRUPO: IV-B
Por comodidad, la mayoría de los materiales utilizadas en ingeniería se divide en tres grupos principales:
Metálicos
Tipos de materiales:
Poliméricos Cerámicos Compuestos
Otros tipos de materiales: Electrónicos
INTRODUCCIÓN A LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Constan de larga cadenas moleculares o redes constituidas de elementos de bajo peso.
EJEMPLOS
Polietileno. Poliestireno. Cloruro de polivinilo.
INTRODUCCIÓN A LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
POLIMERICOS
CARACTERÍSTICAS
Buenos aislantes. Malos conductores de electricidad. Fáciles de sintetizar. Poco costosos.
APLICACIONES
Aeronáutica. Partes moldeables de automóviles. Envases de bebidas. Fabricación de DVD.
Sustancias orgánicas e inorgánicas compuestas por uno o más elementos metálicos y pueden contener algunos no metálicos .
APLICACIONES
Edificios. Industria automotriz. Barcos. Industria de la construcción. Electrónica.
METÁLICOS
CARACTERÍSTICAS
Buenos conductores térmicos. Relativamente resistentes. Densos. INTRODUCCIÓN A LAS PROPIEDADES DE Tenacidad. LOS MATERIALES Son relativamente dúctiles a altas temperaturas.
PRINCIPALES MATERIALES METÁLICOS
Hierro. Cobre. Aluminio. Níquel. Titanio. Oro. Plata.
Los materiales compuestos son estructuras en los que se combinan dos o mas materiales para producir un nuevo material.
CARACTERÍSTICAS
La tolerancia a alta temperaturas. La resistencia a la corrosión. La ligereza. Una mayor resistencia a la fatiga.
COMPUESTOS
APICACIONES
EJEMPOS
Industria aeronáutica. Electrónica. Industria automotriz. Equipos deportivos.
Triplay. Concreto. Neumáticos con cinturones de acero.
INTRODUCCIÓN A LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Materiales formados por compuestos de elementos metálicos y no metálicos.
CARACTERISTICAS
Gran rigidez. Resistencia a altas temperaturas. Aislante.
CERÁMICOS
EJEMPLOS
Productos de arcilla. Vidrio. Oxido de aluminio. INTRODUCCIÓN A LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
APLICACIONES
Losetas cerámicas del transbordador espacial. Industria metalúrgica. Biomédica. Industria automotriz.
Cuando los átomos se unen para formar moléculas, hay un intercambio de electrones de valencia, esto es, de los electrones de las capas mas externas de cada átomo. Esta unión, que es la mas estable, se logra por la ganancia, perdida o compartición de electrones y la atracción resultante entre los átomos participantes recibe el nombre de enlace químico. Este último también se define como la fuerza que mantiene unidos a dos o mas átomos, condicionada estas unión por la cantidad de energía contenida en ellos, que debe ser suficiente para vencer las fuerzas de repulsión existentes debido a la presencia de cargas eléctricas en los átomos.
INTRODUCCIÓN A LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Las fuerzas que dan origen a los enlaces químicos se han clasificado en dos grandes grupos: 1) Interacciones fuertes (fuerzas intramoleculares). 2) Interacciones débiles (intermoleculares). Las fuerzas intramoleculares son los enlaces químicos que den origen a las moléculas. Cuando se afectan estas atracciones ocurren las reacciones químicas . Las fuerzas intermoleculares determinan y explican muchas propiedades físicas de las sustancias.
1. 2. 3. 4. 5.
Enlace covalente. Enlace iónico con sus variantes. Enlace polar. Enlace covalente coordinado. Enlace metálico. INTRODUCCIÓN A LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
El enlace iónico resulta de la transferencia de uno o más electrones de un átomo a otro o a un grupo de átomos. La pérdida o ganancia de electrones es un proceso compartido, ya que un elemento dona electrones y otro los acepta. Este enlace también se conoce como salino o electrovalente. Dado que las electronegatividades de los átomos participantes son muy diferentes, existe una alta diferencia de éstas, que en promedio es de 1.7 o mayor.
Enlace iónico entre el sodio y el cloro.
INTRODUCCIÓN A LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
El enlace covalente resulta de compartición de uno o más pares de electrones entre los átomos que se unen. Este modelo de enlace se utiliza para explicar la unión de los elementos clasificados como no metales Este enlace se lleva a cabo entre elementos de alta electronegatividad, es decir, entre no metales y siempre por compartición de pares de electrones.
o Metano
Eteno
INTRODUCCIÓN A LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
El enlace covalente polar se origina par la compartición desigual de los electrones del enlace, creando una separación de las cargas positiva y negativa, que da lugar a la formación de un dipolo. Cuando dos átomos no metálicos de diferente electronegatividad se unen, comparten electrones, pero la nube electrónica, se deforma y se ve desplazada hacia el átomo de mayor electronegatividad, originando polos en la molécula, uno con carga parcialmente positiva y el otro con carga parcialmente negativa. En general , la diferencia de electronegatividades es menor de 1.7
Otras sustancias con este tipo de enlace: H2O, HBr, PCl3, SO2, NH3
INTRODUCCIÓN A LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Se origina cuando dos átomos de un mismo elemento se unen para formar una molécula verdadera, sin carga eléctrica, simétrica y cuya diferencia de electronegatividad es cero.
Ejemplos: H+H H-H El par de electrones compartidos se representa por una línea que une los símbolos de los átomos. H – H (H2) O+O O=O (O=O) (O2 )
INTRODUCCIÓN A LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Cuando el par de electrones forma el enlace covalente por uno solo de los átomos , se denomina enlace covalente coordinado. Una vez formado este enlace no se puede distinguir del resto de los enlaces covalentes que forman las moléculas. Este enlace también se le llama dativo, un átomo no metálico comparte un par de electrones con otro átomo, pero el segundo los acomoda en un orbital vacio. Se dice entonces que el primer átomo da un par de electrones o que ambos átomos se coordinan para completar su octeto.
Ejemplo: acido Sulfúrico (H2SO4)
INTRODUCCIÓN A LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Es el enlace que se da entre elementos de electronegatividades bajas y muy parecidas, en estos casos ninguno de los átomos tiene más posibilidades que el otro de perder o ganar los electrones. La forma de cumplir la regla de octeto es mediante la compartición de electrones entre muchos átomos. Se crea una nube de electrones que es compartida por todos los núcleos de los átomos que ceden electrones al conjunto.. Este tipo de enlace se produce entre elementos poco electronegativos (metales). Los electrones que se comparten no se encuentran localizados entre los átomos que los comparten.
Enlace metálico del aluminio INTRODUCCIÓN A LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Es un enlace intermolecular mas fuerte que los otros de este tipo (ion-dipolo, dipolo-dipolo y fuerzas de dispersión de London), aunque mas débil comparado con la mayoría de los enlaces covalentes iónicos En este enlace, un átomo de hidrogeno esta enlazado a un átomo más pequeño y electronegativo ( flúor, oxigenó y nitrógeno), este átomo electronegativo atrae al del hidrogeno , parcialmente positivo, de otra molécula que une a las moléculas.
INTRODUCCIÓN A LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
De acuerdo con su tipo de enlace químico presente en las sustancias se tiene las siguientes características:
ENLACE IÓNICOS Propiedades de los compuestos con este tipo de enlace:
Sus puntos de fusión y ebullición son altos. Fundidos o en solución acuosa son conductores de la corriente eléctrica. Son solubles en solventes polares.
En solución son químicamente activos. La forma del cristal es geométrica (cúbica, rómbica, hexagonal). No se forman verdaderas moléculas sino redes cristalinas.
INTRODUCCIÓN A LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
ENLACE COVALENTE NO POLAR :
Propiedades de las sustancias con este tipo de enlace: Moléculas verdaderas y diátomicas (con dos átomos). Actividad química media. Baja solubilidad en agua.
No son conductores de calor ni electricidad. Estado físico gaseoso, aunque puede existir como sólidos o líquidos. Presentan puntos de fusión muy elevados. Son cuerpos muy duros. Ejemplos: Carbono (diamante), carburo de silicio (SiC), dióxido de silicio(SiO2). INTRODUCCIÓN A LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
ENLACE COVALENTE POLAR
Propiedades de las sustancias con este tipo de enlace: Moléculas que existen en los tres estados de agregación de la masa. Gran actividad química. Solubles en solventes polares. En soluciones acuosa son conductores de electricidad. Sus puntos de fusión y ebullición son bajos, pero mas altos que los de las sustancias polares.
INTRODUCCIÓN A LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
ENLACE POR PUENTE DE HIDROGENO
Propiedades físicas que varían con el enlace por puente de hidrógeno : Puntos de ebullición. Puntos de fusión.
Viscosidad. Densidad. Calor de vaporización. Presión de vapor. Acidez.
INTRODUCCIÓN A LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
ENLACE METALICO
Propiedades de este tipo de enlace: Puntos de fusión y ebullición generalmente elevados. Brillo metálico. Tenacidad. Dureza.
Maleabilidad (laminados, estiraje, doblado). Ductilidad (hilos, alambres). Alta conductividad térmica y eléctrica.
INTRODUCCIÓN A LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Son sustancias que al ser sometidas a experimentación, ponen de manifiesto: su resistencia a la fluencia, característica del estado cristalino (sin presentar una tendencia a asumir la forma geométrica de los cristales ya que presentan poca o ninguna organización estructural). Además no existe ordenamiento periódicos de sus moléculas. Los factores que favorecen la formación de un sólido amorfo son: 1.Alta direccionalidad del enlace. 2.Alto velocidad de enfriamiento desde el estado liquido al sólido. 3.Baja pureza del material.
Estructura amorfa del SiO2 INTRODUCCIÓN A LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Desde un punto de vista estructural los sólidos amorfos se clasifican en: 1. Si están compuestos por redes tridimensionales no periódicas (vidrio). 2. Moléculas individuales de cadena larga (polímeros naturales y plásticos). 3. Ordenación intermedias entre estos dos casos limite (cristales líquidos).
INTRODUCCIÓN A LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Sustancia amorfa
Tipo de enlace
Tg (°K)
Sustancia amorfa
Tipo de enlace
Tg (°K)
SiO2
Covalente
1430
Poliestireno
Polimérico
370
GeO2
Covalente
820
Se
Polimérico
310
Si, Ge
Covalente
---
Au0.8, Si0.2
Metálico
290
Pd0.4 Ni0.4 P0.2
Metálico
580
H2O
Enlace de H
140
BeF2
Iónico
570
C2H5OH
Enlace de H
90
As2S2
Covalente
470
Fe, Co, Bi
Metálico
-
INTRODUCCIÓN A LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Los sólidos cristalinos están constituidos por átomos ordenados a larga distancia, o sea que están dispuestos de tal forma que su ordenamiento se repite en las tres dimensiones, formando un sólido con una estructura interna ordenada. y poseen la característica de que al romperse producen caras y planos definidos, al igual presentan puntos de fusión definidos. Ejemplos de sólidos cristalinos El NaCl La sacarosa. Metales y aleaciones. Algunos cerámicos.
Estructura cristalina del grafito y del diamante.
INTRODUCCIÓN A LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
La mayoría de los metales elementales (90%) cristalizan en tres estructuras cristalinas densamente empaquetadas:
1.Cúbica centrada en las caras (FCC).tiene una partícula en el centro y una en el centro de cada cara. 2.Hexagonal compacta( HCP).tiene una celda unitaria que es la misma que la cúbica, con la excepción que dos de sus ejes tienen un ángulo de 120° en lugar de 90°. 3.Cúbica centrada en el cuerpo( BCC). Tiene una partícula en cada esquina de la celda y una en el centro.
Estructuras cúbicas. Las tres formas comunes del sistema cúbico cristalino.
Cúbico centrado en las caras.
Cúbico centrado en el cuerpo.
INTRODUCCIÓN A LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Cúbico sencillo.
LA METALURGIA La metalurgia comprende el estudio de los metales y aleaciones, desde su odtencion a sus aplicaciones debidas a sus propiedades (física, químicas y mecánicas) Pasando por los tratamientos térmicos, mecánicos y químicos y por los métodos de conformación y ensayo También estudia la producción de aleaciones, el control de calidad de los procesos vinculados así como su control contra la corrosión
METALURGIA, ALEACIONES. FERROSAS Y NO FERROSAS.
HISTORIA El descubrimiento de la metalurgia supuso una mejora de las herramientas utilizadas por los agricultores, aunque el uso de objetos de metal se generaliz贸 en el periodo denominado Edad de los Metales. El trabajo metal煤rgico consiste en: Calentar el mineral en el horno para que alcance una temperatura que produzca un cambio de estado de s贸lido a l铆quido.
METALURGIA, ALEACIONES. FERROSAS Y NO FERROSAS.
METALURGIA EXTRACTIVA: Obtención comercial de metales a partir de sus menas y preparación de los metales para su uso. Pretratamiento de menas. Reducción a metales libres. Afino o purificación.
El hierro es el metal más utilizado de la corteza terrestre, siendo su principal aleación el acero.
METALURGIA, ALEACIONES. FERROSAS Y NO FERROSAS.
ALEACIÓN Las aleaciones son productos homogéneos de propiedades metálicas de dos o mas elementos.
Estas aleaciones pueden ser: Ferrosas. No ferrosas.
METALURGIA, ALEACIONES. FERROSAS Y NO FERROSAS.
ALEACIONES FERROSAS Las aleaciones ferrosas son las que contienen un porcentaje muy alto
de hierro, como el acero o los hierros fundidos. Se dividen en tres grupos principales: Aceros simple. Aceros inoxidables.
Hierros fundidos.
METALURGIA, ALEACIONES. FERROSAS Y NO FERROSAS.
DIAGRAMA DE FE-C La figura muestra un diagrama de equilibrio de hierro – carbono en el que están indicados las transformaciones de equilibrio termodinámico, o enfriamiento lento, que sufren los aceros, de acuerdo a las temperaturas y porcentajes de carbono. En este diagrama también están indicados aspectos tales como la solubilidad del carbono en cada forma alotrópica del hierro.
METALURGIA, ALEACIONES. FERROSAS Y NO FERROSAS.
METALURGIA, ALEACIONES. FERROSAS Y NO FERROSAS.
ACERO La aleaciones ferrosas tienen al hierro como su principal metal de
aleación; mientras que las aleaciones no ferrosas, tienen un metal distinto del hierro. Los aceros que son aleaciones ferrosas son los más importantes,
principalmente por su costo relativamente bajo y la variedad de aplicaciones por sus propiedades mecánicas.
METALURGIA, ALEACIONES. FERROSAS Y NO FERROSAS.
PROCESO DE OBTENCION DEL ACERO El acero es una aleación de hierro y carbono. Para que esta aleación sea considerada un acero el porcentaje de carbono no debe superar el 2,1%. En el caso de que el porcentaje de carbono supere estos valores se formara un compuesto químico denominado Fundición Blanca o Fundición Gris, dependiendo del porcentaje que contengan. Un Ejemplo de fundición Gris son los blocks de los motores, sumamente duros y frágiles. En el caso del hierro su estructura cristalina es cúbica centrada en el cuerpo.
METALURGIA, ALEACIONES. FERROSAS Y NO FERROSAS.
PROCESO DE OBTENCION DEL ACERO
EXISTEN TRES TIPOS FUNDAMENTALES DE PROCESOS: 1) Por soplado: En el cual todo el calor procede del calor inicial de los materiales de carga, principalmente en estado de fusión. 2) Con horno de solera abierta: En el cual la mayor parte del calor proviene de la combustión del gas o aceite pesado utilizado como combustible; el éxito de este proceso se basa en los recuperadores de calor para calentar el aire y así alcanzar las altas temperaturas eficaces para la fusión de la carga del horno. 3) Eléctrico: En el cual la fuente de calor más importante procede de la energía eléctrica ( arco, resistencia o ambos ); este calor puede obtenerse en presencia o ausencia de oxígeno; por ello los hornos eléctricos pueden trabajar en atmósferas no oxidantes o neutras y también en vacío, condición preferida cuando se utilizan aleaciones que contienen proporciones importantes de elementos oxidables. METALURGIA, ALEACIONES. FERROSAS Y NO FERROSAS.
ACEROS DE BAJA ALEACIÓN Los elementos de aleación tales como el níquel, cromo y molibdeno se añaden a los aceros al carbono para producir aceros de baja aleación. Los aceros de baja aleación presentan buena combinación de alta resistencia y tenacidad, y son de aplicación común en la industria de automóviles para usos como engranajes y ejes.
METALURGIA, ALEACIONES. FERROSAS Y NO FERROSAS.
ACERO INOXIDABLES Los aceros inoxidables son las aleaciones ferrosas más importantes por
su alta resistencia a la corrosión; para ello, debe contener al menos 12% de Cromo. Los elementos de aleación (níquel, cromo y molibdeno) se añaden a los aceros
al carbono para producir aceros de baja aleación. Los aceros de baja aleación presentan alta resistencia y tenacidad, y son de
aplicación común en la industria de automóviles para usos como engranajes y ejes.
METALURGIA, ALEACIONES. FERROSAS Y NO FERROSAS.
NO FERROSOS Los metales no ferrosos son aquellos que incluyen elementos metálicos y aleaciones que no se basan en el hierro, algunos ejemplos son el aluminio, el cobre, el magnesio, el níquel, el zinc entre otros. Aunque algunos metales no ferroso no pueden igualar la resistencia de los aceros, algunas aleaciones no ferrosas tienen otras características, como resistencia a la corrosión y relaciones resistencia-peso.
METALURGIA, ALEACIONES. FERROSAS Y NO FERROSAS.
PRINCIPALES ALEACIONES DE COBRE (cobre - estaño) Dependiendo de los porcentajes del estaño, se obtienen bronces de distintas propiedades. Con un bronce de 5-10% de estaño se genera un producto de máxima dureza (usado en el pasado para la fabricación de espadas y cañones). El bronce que contiene entre 17-20% de estaño tiene alta calidad de sonido, ideal para la elaboración de campanas, y sobre un 27%, una óptima propiedad de pulido y reflexión (utilizado en la Antigüedad para la fabricación de espejos). En la actualidad, las aleaciones de bronce se usan en la fabricación de bujes, cojinetes y descansos, entre otras piezas de maquinaria pesada, y como resortes en aplicaciones eléctricas.
METALURGIA, ALEACIONES. FERROSAS Y NO FERROSAS.
EL BRONCE Se trata de un metal de transición de color rojizo y brillo metálico que, junto con la plata y el oro , forma parte de la llamada familia del cobre , caracterizada por ser los mejores conductores de electricidad. El cobre forma parte de una cantidad muy elevada de aleaciones que generalmente presentan mejores propiedades mecánicas, aunque tienen una conductividad eléctrica menor. Las más importantes son conocidas con el nombre de bronces y latones . Por otra parte, el cobre es un metal duradero porque se puede reciclar un número casi ilimitado de veces sin que pierda sus propiedades mecánicas.
METALURGIA, ALEACIONES. FERROSAS Y NO FERROSAS.
LATÓN: (COBRE - ZINC) El latón es blando, fácil de tornear, grabar y fundir. Es altamente resistente al ambiente salino, por lo cual se emplea para accesorios en la construcción de barcos. Existe una gran variedad de aleaciones de latón. Las más comunes contienen 30-45% de zinc, y se aplican en todo tipo de objetos domésticos: tornillos, tuercas, candados, ceniceros y candelabros. Tanto el cobre, el bronce y latón son aptos para los diversos tratamientos de dorado y plateado. Otras aleaciones Hoy, el cobre se utiliza en una amplia gama de aleaciones, como por ejemplo: cobre con plomo, manganeso, berilio, aluminio, níquel y fierro.
METALURGIA, ALEACIONES. FERROSAS Y NO FERROSAS.
TRATAMIENTOS TERMICOS
Los tratamientos térmicos tienen como objeto mejorar las propiedades y características de los aceros, que consiste en calentar y mantener las piezas a temperaturas adecuadas. De esta forma se modifica la estructura microscópica de los aceros. El tiempo y la temperatura son los factores principales . REALIZACION La pieza de acero es sometida a tres etapas de tratamiento: •calentamiento •permanencia a temperatura CTE •enfriamiento OBJETIVO Las piezas se calientan y enfrían para conseguir propiedades mecánicas requeridas por cada pieza de acuerdo con su diseño y función TRATAMIENTOS TERMICOS
FASES DE LOS TRATAMIENTO TERMICOS :
A.) CALENTAMIENTO HASTA LA TEMPERATURA FIJADA (TEMPERATURA DE CONSIGNA): La elevación de temperatura debe ser uniforme, por lo que cuando se calienta una pieza o se hace aumentando la temperatura muy lentamente o se va manteniendo un tiempo a temperaturas intermedias, antes del paso por los puntos críticos, este último es el calentamiento escalonado. B.) PERMANENCIA A LA TEMPERATURA FIJADA: Su fin es la completa transformación del constituyente estructural de partida. Puede considerarse como suficiente una permanencia de unos dos minutos por milímetro de espesor en el caso de querer obtener una austenización completa en el centro y superficie. Largos mantenimientos y sobre todo a altas temperaturas son "muy peligrosos" ya que el grano austenítico crece rápidamente dejando el acero con estructuras finales groseras y frágiles. C.) ENFRIAMIENTO DESDE LA TEMPERATURA FIJADA HASTA LA TEMPERATURA AMBIENTE: Este tiene que ser rigurosamente controlado en función del tipo de tratamiento que se realice. TRATAMIENTOS TERMICOS
TRATAMIENTOS EN LA MASA TEMPLE :Tiene por objeto endurecer y aumentar la resistencia de los aceros. Para ello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior Ac (entre 900-950ºC) y se enfría luego más o menos rápidamente (según características de la pieza) en un medio como agua, aceite, etc.
REVENIDO :Es un tratamiento habitual a las piezas que han sido previamente templadas. El revenido consigue disminuir la dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada. Se distingue básicamente del temple en cuanto a temperatura máxima y velocidad de enfriamiento RECOCIDO: Consiste básicamente en un calentamiento hasta temperatura de austenización (800-925ºC) seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza. También facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura, afinar el grano y ablandar el material, eliminando la acritud que produce el trabajo en frío y las tensiones internas. TRATAMIENTOS TERMICOS
TRATAMIENTOS SUPERFICIALES:
CEMENTACIÓN: Las superficies de las piezas de acero terminadas se endurecen al calentarlas con compuestos de carbono o nitrógeno.
CARBURIZACIÓN: La pieza se calienta manteniéndola rodeada de carbón vegetal, coque o gases de carbono.
CIANURIZACIÓN: Se introduce el metal en un baño de sales de cianuro, logrando así que endurezca.
NITRURIZACIÓN: Se usa para endurecer aceros de composición especial mediante su calentamiento en amoniaco gaseoso.
TRATAMIENTOS TERMICOS
TRAMIENTOS TERMICOS
PROBLEMAS DURANTE LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
Modificaciones microestructurales Modificación propiedades
Estos problemas son mayores cuando se utilizan velocidades de enfriamiento grandes (temple)
de
Dilataciones o contracciones cambios dimensionales, generación de tensiones residuales e incluso agrietamientos y roturas de las piezas
Por estos motivos, cuando se trabaja con tolerancia tanto de forma como dimensionales muy ajustadas, suele resultar inevitable la realización de un mecanizado final después del tratamiento térmico
PROBLEMAS DURANTE LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS
SOBRECALENTAMIENTO: Crecimiento excesivo de grano, debido a un mantenimiento excesivo a alta temperatura, que origina un deterioro de las propiedades mecánicas finales del producto.
QUEMADO: Se produce cuando la temperatura máxima alcanzada en el calentamiento es aún mayor que en el caso anterior, de tal manera que se sobrepasa ligeramente la línea sólidas y se induce la fusión incipiente del material. Esta regiones se oxidarían inmediatamente, no existiendo posibilidad alguna de regeneración.
CONCLUSION Los tratamientos térmicos son indispensables para el mejoramiento de la calidad del material o pieza a utilizar. Ya que se pueden modificar las propiedades físicas de los mismos dándoles una vida útil más larga. A cada tipo de tratamiento se le estipula de antemano su temperatura de calentamiento y el tiempo que permanecerá la pieza en esa temperatura, luego se procede a enfriar la pieza dependiendo del tipo de tratamiento efectuado. Adicionalmente se utilizan Diagramas de fase (TTT) donde se visualizan transformaciones de los materiales que ocurren a diferentes temperaturas críticas de los mismos. Sus aplicaciones pueden darse en la construcción y en las industrias, para las herramientas hechas de acero al carbono como ejemplo.
TRATAMIENTOS TERMICOS
CLASIFICACIÓN DE LOS POLÍMEROS Como se ha mencionado anteriormente los polímeros constan de larga cadenas moleculares o redes constituidas de elementos de bajo peso. LOS POLÍMEROS PUEDEN SER DE TRES TIPOS: Polímeros naturales: provenientes directamente del reino vegetal o animal. Por ejemplo: celulosa, almidón, proteínas, caucho natural, ácidos nucleicos, etc. Polímeros artificiales: son el resultado de modificaciones mediante procesos químicos, de ciertos polímeros naturales. Ejemplo: nitrocelulosa, etonita, etc. Polímeros sintéticos: son los que se obtienen por procesos de polimerización controlados por el hombre a partir de materias primas de bajo peso molecular. Ejemplo: nylon, polietileno, cloruro de polivinilo, polimetano, etc. Muchos elementos (el silicio, entre otros), forman también polímeros, llamados polímeros inorgánicos. Polímeros, cerámicos y materiales compuestos
Desde un punto de vista general se puede hablar de tres tipos de polímeros: Elastómeros. Termoplásticos Termoestables.
Los elastómeros y termoplásticos están constituidos por moléculas que forman largas cadenas con poco entrecruzamiento entre sí. Cuando se calientan, se ablandan sin descomposición y pueden ser moldeados. Los termoestables se preparan generalmente a partir de sustancias semifluidas de peso molecular relativamente bajo, las cuales alcanzan, cuando se someten a procesos adecuados, un alto grado de entrecruzamiento molecular formando materiales duros, que funden con descomposición o no funden y son generalmente insolubles en los solventes más usuales.
Los diferentes procesos de polimerización pueden agruparse en dos categorías.
•Polímeros de adición.
•Polímeros de condenación.
POLÍMEROS DE ADICIÓN Son polímeros formados a partir d la unión de moléculas monoméricas insaturadas y con apertura de su doble enlace.
Ejemplos:
•Polietileno. •Polipropileno. •Cloruro de polivinilo.
•Poliestireno. •Etanoato de polivinilo. •Politetrafluoreno.
Polímeros, cerámicos y materiales compuestos
Es una molécula de cadena larga de átomos de carbono, la cual tiene dos átomos de hidrogeno unidos a cada carbono. Se forma a partir de monómeros de etileno. Productos elaborados con este polímero: Bolsas de almacén. Frasco de champú. Juguetes. Chalecos a pruebas de bala.
Es el polímero mas común en estos días. Esta formado por unidades de metiletilenos; se forma a partir de la polimerización de Ziegler-natta y puede encontrarse como plástico y fibra. Utilización como plástico: Envases para alimentos.
Utilización como fibra: Alfombras de interior y exterior. Costales conocidos como arpillas.
Es una cadena larga hidrocarbonada, con un grupo fenilo unido cada dos átomos de carbono. Es producido por una polimerización vinílica por radicales libres a partir de monómero estireno.
Ejemplos: Cubierta exterior de la computadora. Las tazas plásticas transparentes. Las maquetas de autos y aviones. Las sacadoras de cabellos.
Partes moldeadas en el interior de los autos.
en la polimerización por condensación, los monómeros se unen con la eliminación simultanea de átomos. Se obtiene a partir del enlace entre monómeros que poseen, al menos, dos grupos reaccionantes (monómeros bi, tri, o multifuncional) y que reaccionan con separación de algún producto de bajo peso molecular, como agua, acido clorhídrico, etc. Ejemplos:
Nylon. Poliuretanos. Poliésteres.
Es uno de los polímeros mas comunes usados como fibra. En todo momento encontramos nylon en artículos de uso diario, pero también en otros lugares, en forma de termoplásticos. Se llama nylon porque cada unidad repetitiva de la cadena polimérica tiene dos extensiones de carbono, cada una con una longitud de seis átomos de carbono. Ejemplos: Ropa interior. Ropa deportiva. Medias.
Mochilas.
Se denominan poliuretanos porque su cadena principal contienen enlaces uretano. Ejemplos: Pinturas. Hacer espumas. Fibras.
Adhesivos.
Para la fabricación de polímeros sintéticos en escala industrial se emplean principalmente las siguientes reacciones:
1. Polimerización de adición, por ejemplo polietileno y cloruro de vinilo. 2. Poliadición, por ejemplo poliuretanos
3. Policondensación, por ejemplo resinas fenol-formaldehído, urea-formaldehído
POLIMERIZACIÓN DE ADICIÓN:
a) POLIMERIZACIÓN EN BLOQUE: Se parte de un monómero puro no diluido, que se transforma lentamente en el polímero sólido. El proceso es difícil de conducir porque a causa de la creciente viscosidad que la masa va adquiriendo durante el proceso resulta cada vez más desigual la distribución de temperaturas. Debido a que las reacciones de polimerización son exotérmicas y como consecuencia de la baja conductividad de los polímeros existe un riesgo de sobrecalentamiento de modo que la reacción salga de control. • Este procedimiento se emplea para la fabricación de polímeros puros sólidos (poliestirol, vidrios acrílicos, etc.) y cuando pueden fracasar otros métodos, por ejemplo, éteres de polivinilo.
B) POLIMERIZACIÓN EN SOLUCIÓN: En esta polimerización se diluye el monómero con disolventes en los cuales también se disuelve el polímero. Empleando un disolvente adecua-do se evita loe problemas derivados de la reacción exotérmica de poli-merización, aunque por otra parte crea el problema de la separación posterior del disolvente
C) POLIMERIZACIÓN EN EMULSIÓN: Se emplea además de agua, que sirve de medio, un emulsionante de tipo jabonoso y un sistema iniciador soluble en agua. La reacción se realiza en un reactor en el que se agita convenientemente la mezcla de reacción formada por monómero, agua, iniciador, jabón y otros componentes. El monómero se encuentra disuelto dentro de las micelas del jabón y formando gotas rodeadas de moléculas de emulsionantes. Estos polímeros son de grano muy fino. Además puede controlarse bien técnicamente debido a que la dispersión del plástico se mantiene esca-samente viscosa. Los productos contienen residuos de emulsionante que pueden afectar las propiedades eléctricas y la transparencia.
POLIADICIÓN: En esta polimerización pueden asociarse macromoléculas mediante la acción de distintos grupos químicos. Los productos iniciales pueden ser moléculas algo mayores obtenidas por reacciones previas. En la poliadición se tiene la posibilidad de dirigir, según los casos, la estructura de las macromoléculas y con ello las propiedades, mediante la selección de los productos preliminares con estructuras variadas.
POLICONDENSACIÓN: Es el procedimiento clásico para la fabricación de resinas solidificables, por ejemplo para resinas fenólicas. Otro procedimiento es la esterificación, por una parte, de productos preliminares, con varios grupos alcohólicos, y por la otra, con varios grupos ácidos (resinas alquídicas, poliésteres no saturados) En la policondensación se asocian distintas moléculas que poseen grupos reactivos en varias posiciones, realizándose el proceso con separación de agua, amoníaco u otras sustancias volátiles
Todos los materiales s贸lidos pueden clasificarse de acuerdo a su estructura molecular en cristalinos y amorfos.
Se distinguen regiones de dos clases: Las cristalinas, en la que las cadenas dobladas varias veces en zigzag están alineadas formando las agrupaciones llamadas cristalitos. Regiones amorfas, en la que las cadenas se enmarañan en un completo desorden.
Son productos inorgánicos, esencialmente no metálicos, policristalinos y frágiles. EJEMPLOS DE MATERIALES CERAMICOS: Productos de barro: Para la construcción (ladrillos, losetas, etc). Productos refractarios: Paredes de hornos, crisoles y moldes. Productos de loza: Porcelana, vajillas cerámicas. Productos de vidrio: Ventanas, envases, etc.
Fibra de vidrio: Para lana de aislamiento. Abrasivas: Oxido de aluminio y carburo de cilicio. Materiales para herramientas de corte: Carburo de Tungsteno.
Se caracterizan por tener enlace covalente y iónico, más fuerte que el enlace metálico y son la causa de su dureza y tenacidad. Los fuertes enlaces dotan a estos materiales de altas temperaturas de fusión. Tienen estructura cristalina mas compleja que la de los materiales metálicos.
Según su microestructura, podemos clasificarlos en: cerámicos cristalinos, cerámicos no cristalinos o vidrios y vitro cerámicos. Cerámicos cristalinos Se obtienen a partir de sílice fundida. Tanto el proceso de fusión como el de solidificación posterior son lentos, lo que permite a los átomos ordenarse en cristales regulares. Presentan una gran resistencia mecánica y soportan altas temperaturas, superiores a la de reblandecimiento de la mayoría de los vidrios refractarios.
Cerámicos no cristalinos : Se obtienen también a partir de sílice pero, en este caso, el proceso de enfriamiento es rápido, lo que impide el proceso de cristalización. El sólido es amorfo, ya que los átomos no se ordenan de ningún modo preestablecidos. Vitro cerámicos : Se fabrican a partir de silicatos de aluminio, litio y magnesio con un proceso de enfriamiento también rápido. Químicamente son similares a los vidrios convencionales, pero la mayor complejidad de sus moléculas determina la aparición de microcristales que les confieren mayor resistencia mecánica y muy baja dilatación térmica.
EJEMPLO DE VITROCERAMICOS
PRPIEDADES DE LOS CERAMICOS
FISICAS
Pesan menos que los metales, pero más que los polímeros. Baja conductividad eléctrica. Baja conductividad térmica. Baja expansión y fallas térmicas.
MECANICAS
Tienen las mismas imperfecciones cristalinas (vacantes, átomos desacomodados, pequeñas fisuras y grietas), todo eso tiende a concentrar esfuerzos y el material metálico falla por fractura.
Su importancia se basa en la abundancia en la naturaleza y sus propiedades físicas y mecánicas, diferentes a las de los metales. Son de alta dureza (útiles para ingeniería), como Aislamiento Térmico y Eléctrico.
Tienen buena estabilidad química a altas temperaturas de fusión. Prácticamente no son dúctiles, son frágiles.
Los materiales compuestos son aquellos que están formados por combinaciones de metales, cerámicos y polímeros. Los primeros materiales compuestos eran fibras de vidrio combinadas con matrices fenólicos y poliésteres. Se usaron sobre todo para aplicaciones eléctricas. EJEMPLOS: Madera contrachapada. Concreto. Neumáticos con cinturones de acero.
Rigidez Resistencia . Baja densidad.
Tolerancia a altas temperaturas. Resistencia a la corrosión.
Hay grandes potencial para reducir el peso y aumentar la carga útil en los aviones. Los usos iníciales son las partes con poca carga, por ejemplo, en los estabilizadores verticales y las superficies de control hechos con epóxico de carbono, pero los materiales compuestos con matriz de metal desempeñan un papel cada vez mas importante. Los materiales compuestos con matriz de cerámica, para altas temperaturas, permitirán el control aumento de las temperaturas de funcionamiento de los motores.
ďƒ˜Un gran desafĂo estĂĄ en aumentar el uso de materiales compuestos para aprender a diseĂąar usando materiales que tienen modos de falla totalmente distintos a los materiales convencionales.