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MATERIALES PARA DISEÑO

Karen Yulieth Tovar Ramirez Espanhol

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INTRODUCCIÓN GENERAL A LOS MATERIALES
- Tipos de Propiedades
  - Existen más de 50.000 materiales disponibles
    - Económicas
      - Precio y disponibilidad, reciclabilidad
        Fuente: conceptoabc.com
    - Físicas
      - Densidad
        Fuente: concepto.de
    - Mecánicas
      - Módulos, límite elástico y resistencia a la tracción, dureza, tenacidad a la fractura, resistencia a la fatiga, resistencia a la fluencia, amortiguamiento de las vibraciones
        Fuente: http://plasticaezcaray.blogspot.com
    - Térmicas
      - Conductividad térmica, calor específico, coeficiente de expansión térmica
        Fuente: fisimat1.rssing.com
    - Eléctricas y magnéticas
      - Resistividad, constante dieléctrica, permeabilidad magnética
        Fuente: lifeder.com
    - Interacción con el entorno
      - Oxidación, corrosión, desgaste
        Fuente: concepto.de
    - Producción
      - Facilidad de fabricación, unión, acabado
        Fuente: infoplc.net
    - Estéticas
      - Color, textura, aspecto
        Fuente: textilespanamericanos.com
- Estructura atómica y molecular
  - Las propiedades de los materiales dependen en gran medida de su estructura
    - - Fuente: Introducción al conocimiento de materiales
      - Los principales estructuras, con sus diferentes dimensiones, afectan al comportamiento de los materiales
        Estructura atómica
        Naturaleza de las distintas partículas elementales asociadas al átomo
        Los átomos son constituyentes básicos de la materia
        Ya sea en estado sólido o condensado (cristalino o amorfo), líquido o gaseoso
        Estructura electrónica
        Los electrones están situados en distintos orbitales alrededor del núcleo
        Números cuánticos
        Todos los electrones que rodean al núcleo del átomo tienen la misma energía de los electrones
        Configuración electrónica
        De los elementos más representativos
        Estructura nuclear
        El núcleo de un átomo consiste básicamente en un conjunto de protones y neutrones
        La tabla periódica
        Electrones de valencia
        Se denominan electrones de valencia a los electrones situados en la última capa
        Fuente: Introducción al conocimiento de materiales
        Estructura molecular
        Distintas configuraciones que adoptan los átomos cuando se unen entre sí en grupos pequeños
        Algunas propiedades de los átomos considerados como partículas libres
        Fuente: Introducción al conocimiento de materiales
        Estados de la materia
        Además de las fuerzas electrostáticas, existen otros factores que influyen en la distancia de equilibrio, como en el caso de la temperatura
        Tipos de enlace interatómico
        Estructura cristalina
        Cuando los átomos o las moléculas se unen en gran número, dan lugar a un sólido, determinan orden espacial
- Es todo aquello que el ser humano necesita para construir cosas
  - La selección, modificación y elaboración de materiales para satisfacer necesidades se confunde con los fundamentos de la cultura humana
    - Esta tarea avanzó con la historia primero de manera artesanal, fundamentándose en conocimientos empíricos o especulativos
      - Clasificaciones
        Se dividen en materiales simples y materiales híbridos
        Según los componentes:
        Elementos simples, Compuestos, mezclas
        Según el enlace
        Iónico, iónico-covalente, covalente, metálico, van der Waals, Pseudoenlace
        Según las propiedades eléctricas
        Metálicos o conductores, semimetálicos, semiconductores, aislantes o dieléctricos, superconductores
        Según la disposición de sus componentes
        Monocristalinos, policristalinos, vítreos, cuasicristalinos, semicristalinos, orden parcial, amorfos, híbridos
- Propiedades fundamentales de los diversos tipos de materiales
  - Pueden variar en casos concretos, las propiedades comunes fundamentales son las siguientes:
    - Materiales metálicos
      - Son elementos metálicos o combinaciones de elementos metálicos
        Disponen de muchos electrones deslocalizados, i.e. no tiene bien definida su posición, en la banda de conducción
    - Materiales cerámicos
      - Compuesto del tipo: metal+ no metal
        Generalmente son aislantes eléctricos y térmicos
        A temperaturas elevadas y ambientes quimicamente agresivos son más resisitentes que los materiales metálicos y que los poliméricos
        Son duros y frágiles
    - Materiales poliméricos
      - Compuestos, generalmente orgánicos, en forma de cadena de gran longitud
        Tienen baja densidad
        Son flexibles y/o elásticos
    - Materiales semiconductores
      - Tienen propiedades intermedias entre conductores y aislantes
        Tienen propiedades muy sensibles a las impurezas
    - Materiales híbridos
      - Se componen de más de un tipo de material
        Los materiales híbridos artificiales están diseñados para tener mejores propiedades o combinaciones de propiedades concretas
        También están diseñados teniendo en cuenta objetivos típicos de la ingeniería de materiales
TIPOS DE MATERIALES
- Metales
  - Hay muchos metales diferente
    - Todos producen unos metales génericos
      - Son modificaciones de recetas básicas
        Metales para un prototipo de un motor de tradición
        Aleaciones basadas en hierro
        Fuente: Materiales para la ingeniería 2: Introducción a la microestructura, el procesamiento y el diseño
        Muestra las principales aleaciones férreas
        ¿Cómo se utilizan estos metales en el motor de tradicion?
        Las cargas de diseño en componentes
        Las ruedas, el chasis suficientemente bajas para que un acero dulce Con límite elástico alrededor de 220 MPa, sea suficientemente resistente
        También es fácil cortarlo, plegarlo, mecanizarlo para darle forma y es barato
        Un modelo completamente funcional a escala 1:6, de un motor de tradición a vapor
        Los que utilizaban en las granjas hace cientos de años
        El modelo puede tirar de un automóvil con pocos litros de agua, un puñado de carbón
        Bonito ejemplo de selección
        Materiales y diseño
        Fuente: Materiales para la ingeniería 2: Introducción a la microestructura, el procesamiento y el diseño
        Fuente: Materiales para la ingeniería 2: Introducción a la microestructura, el procesamiento y el diseño
        Primer plano del lubricador Mecánico del motor de tradición
        si el agujero del cilindro del vapor no se mantiene engrasado Se desgastará y se rayará.
        Las bombas del lubricador introducen pequeñas cantidades de aceite en forma de vapor en el cilindro
        Para frenar este hecho el movimiento se transmite del engranaje al vástago del pistón
        ¿Cómo podemos alcanzar una dureza por encima de la de los aceros de alto contenido en carbono ordinario?
        Los aceros con medio y alto contenido en carbono pueden endurecerse para obtener un límite elástico de hasta 1000 MPa
        Mediante calentamiento al rojo Posterior enfriamiento rápido (temple) en agua fría.
        Aleaciones de cobre
        La parte más importante del motor de tracción fabricada en cobre es la caldera y sus tubos.
        Fuente: Materiales para la ingeniería 2: Introducción a la microestructura, el procesamiento y el diseño
        Metales para latas de bebidas
        Los requerimientos siempre que sea posible evitar la soldadura
        La lata no debe tener fugas se debería usar la menor cantidad de metal posible para fabricarla
        Y debería ser reciclable
        Aleaciones basadas en níquel
        Parrilla del horno:
        Barras metálicas, introducen el carbón ardiendo dentro de la cámara de combustión cuando el motor está trabajando
        El carbón está incandescente presenta problemas de oxidación y fluencia
        Las barras acero pueden fundirse con el tiempo
        Pero las barras inoxidables duran indefinidamente
        ¿Qué podemos decir de las fundiciones?
        Aunque son muy frágiles
        Adecuados para componentes Sometidos a bajas tensiones
        Como el bloque del cilindro
        Aleaciones basadas en aluminio
        Fuente: Materiales para la ingeniería 2: Introducción a la microestructura, el procesamiento y el diseño
        La lata de aluminio es un producto innovador
        El cuerpo esta hecho a partir de una única pieza de aleación de aluminio serie 3000
        La parte superior de lata pieza prensada se fija al cuerpo
        Una vez que la lata se ha llenado hay limitaciones para la construcción de una sola pieza
        Son ligeras, resistentes a la corrosión, no son tóxicas, se tardan algunos años
        Desarrollar tanto el proceso de conformado de la lata como la aleación para fabricarla
        Metales para articulaciones de cadera artificiales
        Volvemos al mundo de la medicina
        La artritis es una enfermedad que afecta a mucha gente
        Los hace más viejos
        La primera situación de cadera se realizó en 1897
        Implante de aleación para la sustitución de la articulación de la cadera
        El largo vástago se pega en la parte superior del fémur
        La cabeza esférica se engrana en una cavidad polietileno de alta densidad se pega en la cavidad pélvica
        Aleaciones basadas en titanio
        Los materiales que mejor cumplen estos fuertes requisitos están basados en titanio.
        Datos de metales
        Propiedades de la aleaciones
        Fuente: Materiales para la ingeniería 2: Introducción a la microestructura, el procesamiento y el diseño
        Hay muchos metales disponibles, Algunos dependen ligeramente de
        la microestructura, la densidad, el módulo, la expansión térmica, el calor especifico de algunos aceros
        Varían mucho con los tratamientos térmicos y mecánicos con la composición de la aleación
        Son propiedades sensibles a la estructura
        Límite elástico
        Resistencia a la tracción
        Ductilidad
        Tenacidad a la fractura
        Fluencia y resistencia a la fatiga
- Cerámicas y Vidrios
  - Sólidos inorgánicos y no metálicos
    - Cinco clases de materiales:
      - Vidrios
        Todos basados en sílice
        Con aditivos para reducir el punto de fusión o conferir
        Otras propiedades especiales
        Vidrios genéricos
      - Las vitroceramicas
        Tradicionales o productos de la arcilla empleados en grandes cantidades para
        La fabricación de platos, copas, sanitarios, azulejos, ladrillos y similares
        Vitrocerámicas genéricas
      - Cerámicas de altas prestaciones
        Actualmente aplicación en herramientas de
        Corte, matrices, piezas de motores, piezas resistentes al desgaste
        Cerámicas de altas prestaciones genéricas
      - Cemento y hormigón
        Una cerámica compleja
        Con muchas fases
        Uno de los tres materiales masivos
        Esenciales de la ingeniería civil
        Cemento y hormigones genéricos
      - Cerámicas naturales
        Rocas y minerales
        Incluyendo el hielo
        Cerámicas naturales genéricas
    - Materiales compuestos cerámicos
    - Datos de las cerámicas
      - Módulos de la rotura La máxima tensión de superficie
        Se alcanza cuando una barra se rompe a flexión
        La resistencia al choque térmico
        Capacidad del sólido para resistir cambios repentinos de temperatura
        Más que el límite de elasticidad
        Propiedades críticas
        En cualquier ejercicio de diseño
- Polímeros y Materiales Compuestos
  - Algunos genéricos
    - Tipifiquen sus clases
      - El resto se pueden entender en términos de éstos
        Las clases de interés para nosotros son:
        Termoplásticos
        Como el polietileno
        Que se reblandece con el crecimiento
        Termoplásticos genéricos
        Termoestables o resinas
        Como las epoxi que endurecen
        Cuando dos componentes
        Una resina y un endurecedor
        Se calientan juntos
        Termoestables genéricos o resinas
        Elastómeros o gomas
        Polímeros casi lineales
        Con entrecruzamiento ocasionales
        Temperatura ambiente
        Los enlaces secundarios Se encuentran desechos
        Proporcionan la memoria del material
        Elastómeros genéricos (cauchos)
        Polímeros naturales
        Como la celulosa, la lignina, las proteínas
        Que proveen la base mecánica
        De la mayoría de plantas y animales
        Polímeros naturales genéricos
  - Datos de materiales
    - Termoplásticos genéricos
      - Los polímeros se mantienen juntos
        Mediante dos tipos de enlaces
        Enlaces covalentes fuertes
        Que forman los largos esqueletos de cadena
        Enlaces secundarios débiles
        Que mantienen unidas las cadenas entre si
- Materiales naturales (Maderas)
  - Propiedades mecánicas de la madera
    - - Las densidades y propiedades de la madera varían considerablemente
        Con el contenido del agua y la temperatura
      - Elasticidad
        La madera son sólidos viscoelásticos
        El módulo de young de la madera depende de la densidad relativa
        Resistencia especifica de los materiales estructurales
      - Resistencia a tracción y comprensión
        La tracción axial de muchas maderas es de alrededor de 100 MPa
        Depende principalmente, como el módulo, de la densidad relativa
      - Tenacidad
        Es importante en diseño exactamente por las mismas razones que lo es la del acero
        Determina si una estructura
        El esqueleto de un edificio, los puntales de una mina, mástil de un yate
        Fallará de forma repentina e inesperada por la propagación de una grieta rápida
        La tenacidad a la fractura de la madera
        Como el resto de sus propiedades, depende sobre todo de la densidad relativa
  - Estructura de la madera
    - Tres niveles
      - Macroscópico (no magnificado)
        Fuente: Materiales para la ingeniería 2: Introducción a la microestructura, el procesamiento y el diseño
        Sistema de coordenadas
        Axial, radial, tangencial
      - Microestructura de la madera
        Son espumas con densidades relativas entre 0,07 y 0,5, paredes reforzadas por fibras
        Composición de la pared celular de la madera
      - Estructura molecular de la pared de una célula
        Fibras celulosa en una matriz de hemicelulosa y lignina
        Propiedades de la pared celular
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- Karen Yulieth Tovar Ramírez
  - Código del curso: 218012
    - Grupo: 11

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Descrição: Mapa Mental sobre MATERIALES PARA DISEÑO, criado por Karen Yulieth Tovar Ramirez em 06-09-2022.
Criado por: Karen Yulieth Tovar Ramirez
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