Ingeniería de los materiales

13.1 Tipos de compuestos que podemos combinar.

Los compuestos que se pueden combinar son los metales, cerámicos y polímeros.

13.2 Que se pretende conseguir con los materiales reforzados.

Se pretende conseguir un aumento o refuerzo en los valores normales de algunas propiedades físicas, principalmente de aquellas inherentes a características mecánicas (resistencia, dureza, resiliencia, limite elástico, etc.) o térmicas (conductividad, refractariedad, punto fusión).

13.3 Materiales de los que constan los compuestos.

Combinaciones metal-metal, metal-cerámico, metal-polímero, cerámico-polímero, cerámico-cerámico o polímero-polímero.

13.4 Características para que el material reforzado sea efectivo.

Para que un material reforzado sea efectivo, el módulo de elasticidad del compuesto, debe ser mayor del que pueda tener la matriz.

13.5 Tipos de refuerzo.

Hay dos tipos de refuerzo:

-Refuerzo por dispersión de partículas, que a su vez se divide en dos:

·Dispersión propiamente dicha

·Precipitación de partículas.

-Refuerzo por fibra

13.6 Diferencia entre refuerzo por dispersión propiamente dicha y por precipitación de partículas.

Ambas son dispersiones, pero el tamaño de partículas por precipitación es 10 veces mayor y a diferencia de la dispersión propiamente dicha, su efecto no se concentra sobre las dislocaciones, sino sobre la matriz, de manera que obstaculiza su fluencia provocando un efector reforzador.

En la dispersión propiamente dicha la matriz es metálica y la fase reforzante está formada por partículas duras, inertes y de tamaño inferior a una micra.

La dispersión propiamente dicha, la matriz es metálica y la fase reforzante está formada por partículas duras, inertes y del tamaño inferior a una micra. Debido a que las partículas pequeñas obstaculizan el movimiento de las dislocaciones (de ahí el que la matriz sea metálica) originan un efecto pronunciado de endurecimiento sólo se requieren pequeñas cantidades del material disperso. Las dislocaciones constituyen defectos lineales e imperfecciones locales de las redes cristalinas que desempeñan un papel importantísimo en el comportamiento plástico de los cristales. Por eso su influencia será beneficiosa cuando interese facilitar la deformación y será perjudicial cuando interese aumentar la resistencia. Este es el caso que se trata aquí.

[pic 1]

[pic 2]

[pic 3]

13.7 Tipos de fibras en el refuerzo con fibra.

• Fibras continuas:

Cuando todas las fibras son idénticas, continuas y de la misma dirección.

La carga F es soportada por la fibra y matriz. F = Ff + Fm

Periodo elástico (regla de las mezclas)  σS = σfSf + σmSm

[pic 4]

• Fibras discontinuas:

Las fibras son de menor longitud y se interrumpen un cierto número de veces a lo largo de la matriz.

Los extremos de la fibra soportan menos carga. Si L>Lc el error se reduce.

En el contacto fibra-matriz existen:

-Tensiones de tracción en la fibra.

-Esfuerzos de deslizamiento en la zona interfacial.

Los dos se tienen que equilibrar.

[pic 5]   

[pic 6]

Longitud crítica

Para alcanzar un valor alto de tensión: L ≥ Lc

13.8 Como actúan las tensiones en los materiales compuestos reforzados con fibras contínuas.

Periodo elástico (regla de las mezclas)  σS = σfSf + σmSm

Tensión resultante:

Los alargamientos unitarios son iguales

[pic 7]

[pic 8]

[pic 9]

[pic 10]diPara esfuerzos muy grandes ya no es lineal, la matriz se deforma plásticamente:

E = EfVf

13.9 Clasificación de las fibras atendiendo a su composición.

Wiskers o triquitas

Condensación de vapores🡪monocristales (alto modulo y pto de fusión)

Fibras metálicas

Zunchos de hormigón armado, refuerzo radial de llantas, arrollamientos alambre en manguras, filamentos arrollados en estructuras aeroespaciales.

Fibras no metálicas

• FIBRAS DE VIDRIO

Resistencia a tracción, bajo coste, alta deformación a elevadas tensiones, corrosión en atmosfera húmedas.

Vidrio-E🡪aplicaciones generales, S🡪+ resistencia y rigidez, C🡪estabilidad química, M🡪muy alta rigidez, D🡪baja constante dieléctrica

• DE CARBONO

Muy alta resistencia y rigidez, poca resistencia a fricción e impacto.

4 tipos: -Muy alto modulo UMH(500 GPa) -Alto módulo HM (400 GPa) -intermedio IM (300) -Alta resistencia (200)

• ORGANICAS

A partir de polímeros KEVLAR (muy rígidas, dilatación térmica nula, baja densidad, resistencia al impacto).

13.10 Materiales más utilizados para la formación de matrices.

• COMPUESTOS DE MATRIZ METÁLICA

+Rm, R térmica, tenacidad

-Densidad,coste fabricación, interacción F/M (Al, Mg, Ti)

• COMPUESTOS DE MATRIZ CERÁMICA

+R térmica, 1600º, tenacidad (oxido de Al, Carburo de Si)

-Proceso de fabric. Pulvimetalurgía (aglomeración y sintetizado)

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