Materiales Mecánicos

Introducción a los materiales metálicos y no metálicos

La materia prima para fabricar cualquier parte de máquina o la máquina misma, tiene diversidad de propiedades que aun considerando el costo, casi siempre es difícil decidir sobre el material más idóneo para un trabajo determinado.

Al elegir un material, la preocupación esencial debe ser acomodar las características de aquel a las condiciones de trabajo de la pieza.

Los materiales convenientes deben seleccionarse conociendo los requisitos de carga y de medio ambiente bajo los que debe funcionar cada componente. Debe saberse que propiedades han de tomarse en cuenta, como determinarlas y que límites y servidumbres deben imponerse a su aplicación.

Las propiedades de ingeniería incluyen resistencia a la tensión, resistencia a la compresión, resistencia a la torsión, módulos de elasticidad y dureza.

1.1 Propiedades de los materiales metálicos y no metálicos

En muchos casos la elección entre metal y un no metal determina la consideración de las propiedades requeridas, cuando estas las presentan los dos, el costo total se convierte en el factor determinante.

Clasificación de los materiales metálicos y no metálicos

La más conocida es aquella que los agrupa en: metálicos y no metálicos

Los materiales metálicos más conocidos son: el hierro, cobre, aluminio, magnesio, estaño, zinc y las aleaciones de estas como: el acero, el latón y el bronce.

Todos ellos presentan las llamadas propiedades metálicas, es decir poseen brillo y unas altas conductividades térmica y eléctrica: son relativamente dúctiles y algunos ofrecen buenas características magnéticas.

Los materiales no metálicos más conocidos son: la madera, el hormigón, el vidrio, el caucho y los plásticos, sus propiedades varían ampliamente, pero generalmente tienden a ser menos dúctiles, resistentes y densos que los metales, carecen de conductividad eléctrica y su conductividad térmica es escasa, estos son más costosos comparados con los metales ferrosos y solo se emplean cuando las propiedades especiales los garantizan.

En el siguiente cuadro se muestra la clasificación completa de los materiales utilizados en ingeniería.

No metálicos Inorgánicos Cerámicos Alumina, Magnesia, Berilio, Carburo.

Vidrios Sílice, Cal Sódica, Plomo.

Otros Mica, Concreto, Yeso.

Orgánicos Polímeros Elastómetros Caucho, Bútilo, Silicona, Neopreno.

Termoestables Fenólico, Poliéster, Uretano.

Termoplásticos Polietileno, Vinilo, Nylon, Acetal

Otros Carbón, Madera, Fibras, Papel, Cuero.

Metálicos No Ferrosos Aluminio, Cobre, Latón, Bronce, Zinc, Magnesio, Titanio, Plomo.

Ferrosos Hierro Fundido, Acero: al carbón, de aleación, inoxidable.

1.1.1 Estructura cristalina

Cuando los metales se enfrían y se solidifican forman una estructura cristalina llamada celda o estructura especial. Se trata de líneas imaginarias para unir los centros de los átomos, esta recibe el nombre de red cristalina.

La observación de la estructura interna de los cristales muestra que su forma regular identificable se debe a la disposición constante de sus átomos, o red cristalina. El diamante por ejemplo, es tan duro debido a que sus átomos se unen mediante fuertes enlaces que forman una red cristalina muy compacta.

Las redes cristalinas se estudian con rayos X. Las investigaciones han revelado que todos los cristales pueden ser clasificados en siete estructuras cristalinas determinadas por redes cristalinas específicas.

Estructura hexagonal compacta

Esta estructura esta determinada por un átomo en cada uno de los vértices de un prisma hexagonal, un átomo en las bases del prisma y tres átomos dentro de la celda unitaria. Los metales que cristalizan en esta forma de estructura son: titano, magnesio, cinc, berilio, cobalto, circonio, cadmio.

Estructura cúbica centrada

Formada por un átomo del metal en cada uno de los vértices de un cubo y un átomo en el centro. Los metales que cristalizan esta estructura son: hierro alfa, titanio, tungsteno molibdeno, niobio, vanadio, cromo, circonio, talio, sodio y potasio.

Estructura cúbica centrada en las caras

Esta constituida por un átomo en cada uno de los vértices y un átomo en cada cara del cubo. Los materiales que cristalizan esta estructura son: hierro gamma, cobre, plata, platino, oro, plomo y

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