“Un negocio que no produce nada salvo el dinero, es un mal negocio”

Instituto Superior de Ciencias de Cd. Juárez

Ingeniería Industrial

Materiales en ingeniería.

Trabajo de evaluación del primer parcial.

Luis Miguel Hernández de León.

Jesús Manuel Villalobos Martínez.

Cd. Juárez Chihuahua.[pic 1]

   “Un negocio que no produce nada salvo el dinero, es un mal negocio”

                        (Henry Ford)

Propiedades físicas de los materiales.

Son el conjunto de características que hacen que el material se comporte de una manera determinada ante estímulos externos como la luz, el calor, las fuerzas, el ambiente, etc.…

Los materiales que se necesitan para elaborar un determinado producto se diferencian entre sí y los vamos a elegir en función de sus propiedades.

Las propiedades de los materiales se pueden agrupar en base a distintos criterios. Nosotros, desde un punto de vista técnico, vamos establecer en la siguiente clasificación:

1. Mecánicas.
2. Térmicas.
3. Eléctricas y magnéticas.
4. Ópticas

1.-Mecánicas.

Las numerosas aleaciones de metales férricos y no férricos disponibles proporcionan una amplia gama de propiedades físicas en ingeniería; en consecuencia, los materiales de esta clase se utilizan en gran número y variedad de aplicaciones. Estas incluyen objetos comunes, como los que se muestran en esta fotografía: (de izquierda a derecha) cubiertos (tenedor y cuchillo), tijeras, monedas, un engranaje, una alianza y un tornillo con su tuerca. 

        [pic 2]

Introducción.

Con frecuencia un problema de materiales es realmente el de seleccionar el material que tenga la combinación apropiada de características para una aplicación específica. Por tanto, las personas involucradas en la toma de decisiones deberían tener algún conocimiento de las opciones disponibles.

Las aleaciones metálicas, en función de su composición, a menudo se agrupan en dos clases: férreas (férricas) y no férreas (no férricas). Las aleaciones férreas, en las que el hierro es el componente principal, incluyen aceros y fundiciones. Estas aleaciones y sus características son los primeros temas de discusión de esta sección. Las no férreas, que son todas las aleaciones que no tienen el hierro.

Alienaciones férreas.

Las aleaciones férreas, cuyo principal componente es el hierro, se producen en mayores cantidades que cualquier otro tipo de metal. Son especialmente importantes como materiales estructurales en ingeniería. Su uso generalizado se justifica por tres razones:

• en la corteza terrestre abundan los compuestos que contienen hierro;
• los aceros se fabrican mediante técnicas de extracción, afino, aleación y conformación (conformado) relativamente económicas
• las aleaciones férricas son extremadamente versátiles, ya que se pueden adaptar a una amplia gama de propiedades mecánicas y físicas.

El principal inconveniente de muchas aleaciones férricas es la susceptibilidad a la corrosión.        

[pic 3]

Aceros.

Los aceros son aleaciones de hierro-carbono con concentraciones apreciables de otros elementos de aleación; existen miles de aceros que tienen diferentes composiciones o tratamientos térmicos. Las propiedades mecánicas dependen del contenido en carbono, que es normalmente inferior al 1,0% en peso. Algunos de los aceros más comunes se clasifican, según la concentración de carbono, en aceros bajos, medios y altos en carbono. También hay subclases dentro de cada grupo en función de la concentración de otros elementos de aleación. Los aceros al carbono sólo contienen concentraciones residuales de impurezas que no son carbono y algo de manganeso. En los aceros aleados se han añadido intencionadamente más elementos de aleación hasta concentraciones específicas.

Aceros bajos en carbono.

La mayor parte del acero fabricado es bajo en carbono. Éste contiene generalmente menos de 0,25% C en peso y no responde a los tratamientos térmicos que inducen formación de martensita, por lo que el endurecimiento se consigue mediante trabajo en frío. Las microestructuras están constituidas por ferrita y perlita. Como consecuencia, estos aceros son relativamente blandos y poco resistentes, pero presentan excelente ductilidad y gran tenacidad. Además, son mecanizarles y soldables, y son los más económicos de todos los aceros. Sus aplicaciones típicas incluyen componentes de automoción, pre formas estructurales (p. ej., vigas, perfiles en T y ángulos de hierro) y planchas para tuberías, construcción, puentes y envases.

Aleaciones férreas (férricas).

• Las aleaciones férreas o férricas (aceros y fundiciones) son aquellas en las que el hierro es el componente principal. La mayoría de los aceros contienen menos de 1,0% C en peso y, además, otros elementos de aleación que los hacen susceptibles a tratamientos térmicos, a una mejora de las propiedades mecánicas y/o más resistentes a la corrosión.
• Las aleaciones férreas son ampliamente utilizadas en ingeniería por los siguientes:

* Los compuestos que contienen hierro son muy abundantes.

* Las técnicas de extracción, afino y fabricación son económicas y asequibles. Se pueden adaptar para tener una amplia variedad de propiedades mecánicas y físicas.

• las limitaciones de las aleaciones férricas incluyen:

*Densidades relativamente altas.

*Conductividades eléctricas comparativamente bajas.

*Susceptibilidad a la corrosión en ambientes comunes.

• Los tipos más comunes de acero son los de bajo en carbono, de alta resistencia y baja aleación (HSLA), medios en carbono, de herramientas e inoxidables.
• Los aceros de carbono contienen pequeñas cantidades de manganeso y concentraciones residuales de otras impurezas.
• Los aceros inoxidables se clasifican, de acuerdo con el principal constituyente microestructura, en tres grupos: ferríticos, austeníticos y martensíticos

Aleaciones no férreas (no férricas).

• Todas las demás aleaciones caen dentro de la categoría no férreas que se subdividen según el metal base o alguna característica distintiva que es compartida por un grupo de aleaciones.
• Las aleaciones no férricas pueden subdividirse en aleaciones de forja o de fundición. Las que son susceptibles de ser conformadas por deformación se clasifican como de forja. Las aleaciones para fundición son relativamente frágiles y por lo tanto son más convenientes para su fabricación por colada.
• Se han tratado las clasificaciones de siete aleaciones no férreas: cobre, aluminio, magnesio, titanio, metales refractarios, supe aleaciones y métale nobles, así como un grupo variado (níquel, plomo, estaño, zinc y zirconio).

2.- Térmicas.

Algunos termostatos (dispositivos utilizados para regular la temperatura) se basan en el fenómeno de la dilatación térmica: elongación de un material a medida que se calienta. La base de este tipo de termostato es una lámina o tira bimetálica, formada por dos metales que tienen diferentes coeficientes de dilatación térmica y están unidos longitudinalmente. Una variación de temperatura hace que esta lámina se curve; cuando se calienta, el metal que tiene el coeficiente de dilatación mayor se alarga más y produce la curvatura que se muestra en la Figura (a). En el termostato que se muestra en la figura (b), la tira bimetálica es una bobina o espiral; esta configuración proporciona una tira bimetálica relativamente larga, con más deflexión para un cambio de temperatura dado y una mayor precisión. El metal que tiene el mayor coeficiente de dilatación se encuentra en la parte inferior de la tira, de manera que, cuando se calienta, la espiral tiende a relajarse. Unido al extremo de la espiral hay un interruptor de mercurio, formado por un pequeño bulbo de vidrio que contiene varias gotas de mercurio [Figura (b)]. Este interruptor está montado de forma que, cuando cambia la temperatura, pequeñas desviaciones del extremo de la bobina inclinan el bulbo de una manera o de otra. Así, la masa de mercurio se desplaza de un extremo al otro del bulbo. Cuando la temperatura alcanza el punto de ajuste del termostato, el contacto eléctrico se establece cuando las gotas de mercurio se desplazan a un extremo; el interruptor conecta la calefacción o el aire acondicionado. Cuando se alcanza la temperatura límite, la unidad se apaga porque el bulbo se inclina en la otra dirección, las gotas de mercurio ruedan al otro extremo y se interrumpe el contacto eléctrico. La Figura (d) muestra las consecuencias de las inusuales altas temperaturas del 24 de julio de 1978, cerca de Asbury Park, New Jersey: líneas de ferrocarril curvadas como resultado de las tensiones de la dilatación térmica no prevista, lo que causó el descarrilamiento de un vagón de pasajeros (al fondo).

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