Diseño y selección materia prima

DISEÑO Y SELECCIÓN DE MATERIALES

INDICE

1. Introduccion

2. Historia de los materiales

3. Clasificación de los materiales

4. Propiedades de los materiales

5. Procesos de fabricación y selección de materiales

6. Métodos de selección de materiales

7. Introducción a los ensayos de materiales

8. Criterios para la selección adecuada de materiales

9. Conclusiones

10. Glosario

1. INTRODUCCION

La innnovación en ingeniería a menudo significa el uso inteligente de un nuevo material para una aplicación determinada. Al diseñar en detalle una pieza, una de las labores más importantes y menos valoradas es la selección del material.

La selección de materiales, trata de una actividad que involucra una gama de conocimientos técnicos, cuya amplitud difícilmente es cobijada por un solo tipo de profesional; por ser el punto focal de una serie de especialidades tecnológicas que van desde el diseño hasta el análisis de desempeño en campo.

La mayoría de métodos parten de la disponibilidad de una amplia gama de materiales, los cuales se debe entrar a analizar y refinar, ya sea con ayuda de recomendaciones(métodos tradicionales), mapas de materiales (método gráfico) o información escrita que se encuentran en fuentes bibliográficas o en forma de software en bases de datos virtuales.

Es importante mencionar que el universo de materiales a elegir no se limita solo a los encontrados en el apendice de un libro, sino que puede llegar a los 100.00 agrupados en familias tan diversas como metales, polimeros, elastómeros, cerámicos, compuestos, etc…

1. HISTORIA DE LOS MATERIALES

Los materiales son necesarios para la fabricación de productos. En el diseño de un objeto ha de emplearse el material que mejor se adapta a sus exigencias de uso y que resulta más económico. El ser humano viene utilizando diversos materiales desde épocas ancestarales, aprovechando los recursos disponibles de su entorno, como madera, arcilla, metales ,etc. Para designar las edades prehistóricas los historiadores utilizan el nombre del material que se usaba predominantemente en ellas.

• Edad de piedra(hace, aproximadamente un millón de años): se utilizaba piedra y huesos para elaborar herramientas, hachas, arpones, flechas, hoces, etc
• Edad de bronce(comienza aproximadamente en el año 3000 AC): se utiliza el bronce a partir de cobre y estaño, dos minerales relativamente fáciles de obtener y fundir. Las herramientas fabricadas en bronce eran más duras y más sencillas de fabricar que las realizadas sólo con cobre.
• Edad de hierro(entre los años 1200 y 700 AC aprox): para la obtención de hierro había que calentar el mineral a una temperatura much mayor para fundirlo. Tenía grandes ventajas la materia prima era abundante y más duras las herrmientas obtenidas.
• Época actual: bien podría denominarse edad del silicio, por el cambio provocado por la electrónica basada el el silicio en la sociedad.

1. CLASIFICACION DE LOS MATERIALES

1. Materiales naturales

[pic 1]

• Se encuentran en la naturaleza
• Constituyen los materiaeles básicos para fabricar los demás productos.
• En ocasiones estos recurso son limitados y se pueden agotar, en otras ocasiones pueden reciclarse o reutlizrse
• Son naturales la madera, la lana, la arcilla, el oro, etc.

1. Materiales artificiales

• Se obtienen a partir de otros materiales que se encuentran en la naturaleza y no han sufrido transformación previa. También reciben este nombre los productos fabricados con varios materiales que sean en su mayoría de origen natural.
• Son artificiales el hormigón y los bloques de hormigón, que son productos fabricados a partir de arena (en un 50%; material natural), grava(en un 30%; material natural), cemento(en un 20%; material artificial)y agua(material natural)

[pic 2]

1. Materiales sintéticos

• Están fabricados por el hombre a partir de materiales artificiales. No se encuentran en la naturaleza ni tampoco los materiales que los componen.[pic 3]
• Un ejemplo son los plásticos, como la baquelita, que se obtiene a partir de dos materiales artificiales: formol y fenol

1. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

En líneas generales, se puede afirmar que no existe ningún material perfecto que se pueda emplear para la fabricación de cualquier producto. Cada aplicación necesita de un material que cumpla unas características determinadas. Ingenieros y diseñadores necesitan sopesar las ventajas e inconvenientes de cada uno de los materiales y elegir adecuadamente aquel que mejor se adapte a las necesidades requeridas. Para elegir adecuadamente un material es necesario conocer, entre otras, sus pro-piedades sensoriales, ópticas, térmicas, magnéticas, químicas, mecánicas, etcétera. La elección de un material se debe hacer cuidadosamente desde el punto de vista de sus propiedades, dependiendo de la aplicación a la que se destine.

• Propiedades sensoriales :A menudo elegimos los materiales dependiendo del efecto que puedan producir en alguno de nuestros sentidos. Más o menos agradables al tacto, el olor, la forma, el brillo, la textura y el color.
• Propiedades ópticas :Se refieren a la reacción del material cuando la luz incide sobre él. Así tenemos: materiales opacos, que no permiten que la luz los atraviese ; materiales transparentes, que dejan pasar la luz; materiales translúcidos, que permiten que penetre la luz pero no dejan ver nítidamente a través de ellos. Existen otros materiales sensibles a la luz que reaccionan de alguna manera cuando la luz incide sobre ellos como los semiconductores (LDR, placas solares) o que sufren reacciones químicas como las películas fotográficas, etcétera.
• Propiedades térmicas: Describen el comportamiento de un material frente al calor; Conductividad térmica.  Por lo general, los metales son buenos conductores del calor mientras que el algodón, la lana, la fibra de vidrio, los poliuretanos, etcétera.son aislantes y evitan que el calor los atraviese con facilidad.  Modificación de características mecánicas con la temperatura.
• Propiedades magnéticas :Capacidad que tiene un metal ferroso (hierro y sus aleaciones) para ser atraído por un imán, así como a la posibilidad de que las propiedades magnéticas del imán sean transferidas al metal.
• Propiedades químicas  Resistencia a la oxidación y corrosión (especialmente en los metales). Así tenemos que el acero y sus aleaciones se oxidan con bastante facilidad en contacto con la humedad.
• Propiedades mecánicas:  Están relacionadas con la forma en que reaccionan los materiales cuando actúan fuerzas sobre ellos. Las más importantes son:

• Elasticidad: Capacidad que tienen algunos materiales para recuperar su forma, una vez que ha desaparecido la fuerza que los deformaba.
•  Plasticidad: Habilidad de un material para conservar su nueva forma una vez deforma-do. Es opuesto a la elasticidad.
• Ductilidad: Es la capacidad que tiene un material para estirarse en hilos (por ejemplo, cobre, oro, aluminio, etcétera).
• Maleabilidad. Aptitud de un material para extenderse en láminas sin romperse (por ejemplo, aluminio, oro, etc.).Aluminio
• Dureza: Oposición que ofrece un cuerpo a dejarse rayar o penetrar por otro o, lo que es igual, la resistencia al desgaste.
• Fragilidad:Es opuesta a la resiliencia. El material se rompe en añicos cuando una fuerza impacta sobre él.
• Tenacidad: Resistencia que opone un cuerpo a su rotura cuando está sometido a esfuerzos lentos de deformación.
• Fatiga: Deformación (que puede llegar a la rotura) de un material sometido a cargas variables, inferiores a la de rotura, cuando actúan un cierto tiempo o un número de veces.
• Maquinabilidad:Facilidad que tiene un cuerpo a dejarse cortar por arranque de viruta.
•  Acritud: Aumento de la dureza, fragilidad y resistencia en ciertos metales como consecuencia de la deformación en frío.
• Colabilidad. Aptitud que tiene un material fundido para llenar un molde.
• Resiliencia. Resistencia que opone un cuerpo a los choques o esfuerzos bruscos.

1. PROCESOS DE FABRICACION Y SELECCIÓN DE MATERIALES

El objetivo de toda actividad relacionada con la fabricación es producir artículos que se adapten aceptablemente a las funciones que se les haya asignado.  Fabricar componentes a partir de materiales tecnológicos seleccionados, provistos de la forma y precisión geométrica necesaria y de las estructuras físicas asociadas optimizadas para la naturaleza del servicio que los componentes deben afrontar. El proyecto ideal sería aquel que cumpliera exactamente todos los requisitos. Si los rebasa, puede que se haya malgastado dinero y materiales, si se queda corto, es que el producto fabricado es insuficiente.

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