LOS MATERIALES Y SU CLASIFICACIÓN

Los materiales son las sustancias que componen cualquier cosa o producto. Desde

comienzos de la civilización, los materiales y la energía han sido utilizados por el hombre

para mejorar su nivel de vida. Los más comunes son la madera ,el hormigón ,el ladrillo , el

acero , plásticos , vidrio , caucho , aluminio ,cobre y papel. Existen muchos más tipos de

materiales y basta mirar alrededor para darse cuenta de ello.

Debido al progreso de los programas de investigación y desarrollo, se están creando

continuamente nuevos materiales. La producción de nuevos materiales y el procesado de

estos hasta convertirlos en productos terminados, constituyen una parte importante de

nuestra economía actual. Los ingenieros diseñan la mayoría de los productos y los

procesos necesarios para su fabricación. Puesto que la producción necesita materiales, los

ingenieros deben conocer de la estructura interna y propiedad de los materiales, de modo

que sean capaces de seleccionar el más adecuado para cada aplicación y también

desarrollar los mejores métodos de procesado.

Los ingenieros especializados en investigación trabajan para crear nuevos materiales o

para modificar las propiedades de los ya existentes. Los ingenieros de diseño usan los

materiales ya existentes, los modificados o los nuevos para diseñar o crear nuevos

productos y sistemas. Algunas veces el problema surge de modo inverso: los ingenieros de

diseño tienen dificultades en un diseño y requieren que sea creado un nuevo material por

parte de los científicos investigadores e ingenieros.

La búsqueda de nuevos materiales progresa continuamente. Por ejemplo los ingenieros

mecánicos buscan materiales para altas temperaturas, de modo que los motores de

reacción puedan funcionar más eficientemente. Los ingenieros eléctricos procuran

encontrar nuevos materiales para conseguir que los dispositivos electrónicos puedan

operar a mayores velocidades y altas temperaturas.

Clasificación de los materiales

Por conveniencia la mayoría de los materiales de la ingeniería están divididos en dos

grupos principales materiales metálicos, y no metálicos.

1. Metálicos: Ferrosos • No ferrosos

2. No metálicos: Orgánicos • Inorgánicos

1. Materiales Metálicos.

Estos materiales son sustancias inorgánicas que están compuestas de uno o más

elementos metálicos, pudiendo contener también algunos elementos no metálicos,

ejemplo de elementos metálicos son hierro cobre, aluminio, níquel y titanio mientras

que como elementos no metálicos podríamos mencionar al carbono.

Los metales tienen como característica una buena conductividad eléctrica y térmica,

alta resistencia, rigidez, ductilidad. Son particularmente útiles en aplicaciones

estructurales o de carga. Las aleaciones (combinaciones de metales) conceden alguna

propiedad particularmente deseable en mayor proporción o permiten una mejor

combinación de propiedades.

De los elementos que figuran en la tabla periódica, alrededor de 80 pueden ser

clasificados como metales. Todos ellos tienen en común que sus electrones más

externos en un átomo neutro son cedidos fácilmente. Esta característica es la causa de

su conductividad, tanto eléctrica como térmica, de su brillo y maleabilidad.

El uso de metales puros es limitado, pues son blandos o tienden a corroerse. Sin

embargo, toleran una considerable cantidad de elementos en estado sólido o líquido.

Así, la mayor parte de los materiales metálicos comúnmente usados son mezclas de

dos o más metales elementales. Es posible realizar estas mezclas de varias maneras,

pero casi siempre se obtienen por la unión de metales por arriba de su punto de

fusión. Esa mezcla sólida de metales o metaloides se denomina aleación.

Metales Ferrosos

Los metales ferrosos como su nombre lo indica su principal componente es

el fierro, sus principales características son su gran resistencia a la tensión

y dureza. Las principales aleaciones se logran con el estaño, plata, platino,

manganeso, vanadio y titanio. Los principales productos representantes de los materiales metálicos son:

• Fundición de hierro gris • Hierro maleable • Aceros • Fundición de hierro

blanco. Su temperatura de fusión va desde los 1360ºC hasta los 1425ªC y

uno de sus principales problemas es la corrosión.

Los Metales no Ferrosos

Por lo regular tienen menor resistencia a la tensión y dureza que los

metales ferrosos, sin embargo su resistencia a la corrosión es superior. Su

costo es alto en comparación a los materiales ferrosos pero con el aumento

de su demanda y las nuevas técnicas de extracción y refinamiento se han

logrado abatir considerablemente los costos, con lo que su competitividad

ha crecido notablemente en los últimos años. Los principales metales no

ferrosos utilizados en la manufactura son: • Aluminio • Cobre • Magnesio •

Níquel • Plomo • Titanio • Zinc Los metales no ferrosos son utilizados en la

manufactura como elementos complementarios de los metales ferrosos,

también son muy útiles como materiales puros o aleados los que por sus

propiedades físicas y de ingeniería cubren determinadas exigencias o

condiciones de trabajo, por ejemplo el bronce (cobre, plomo, estaño) y el

latón (cobre zinc).

2. Materiales No metálicos.

a) Materiales de origen orgánico. Son así considerados cuando contienen células

de vegetales o animales. Estos materiales pueden usualmente disolverse en líquidos orgánicos como el alcohol o los tetracloruros, no se disuelven en el agua y no soportan altas temperaturas. Algunos de los representantes de este grupo son:

• Plásticos

• Productos del petróleo

• Madera

• Papel

• Hule

• Piel.

b) Materiales de origen inorgánico. Son todos aquellos que no proceden de células animales o vegetales o relacionadas con el carbón. Por lo regular se pueden disolver en el agua y en general resisten el calor mejor que las sustancias orgánicas. Algunos de los materiales inorgánicos más utilizados en la manufactura son:

• Los minerales

• El cemento

• La cerámica

• El vidrio

• El grafito (carbón mineral)

Los materiales no metálicos como los cerámicos, ladrillos, el vidrio, la loza, los

aislantes y los abrasivos, tienen escasas conductividad tanto eléctrica como térmica y

aunque pueden tener buena resistencia y dureza son deficientes en ductilidad,

conformabilidad y resistencia al impacto. Los materiales de cada uno de estos grupos

poseen estructuras y propiedades distintas.

Los polímeros son grandes estructuras moleculares creadas a partir de moléculas

orgánicas. Tienen baja conductividad eléctrica y térmica, reducida resistencia y debe

evitarse su uso a temperaturas elevadas. En estos se incluyen el caucho (el hule), los

plásticos y muchos tipos de adhesivos. Se producen creando grandes estructuras

moleculares a partir de moléculas orgánicas obtenidas del petróleo o productos

agrícolas. Los polímeros termoplásticos, en los que las cadenas moleculares no están

conectadas de manera rígida, tienen buena ductibilidad y conformabilidad; en cambio,

los polímeros termoestables son más resistentes, a pesar de que sus cadenas

moleculares fuertemente enlazadas los hacen más frágiles. Tienen múltiples

aplicaciones, entre ellas en dispositivos electrónicos.

Los cerámicos tienen baja conductividad eléctrica y térmica y son usados a menudo

como aislantes. Son fuertes y duros, aunque frágiles y quebradizos. Nuevas técnicas de

procesos consiguen que los cerámicos sean lo suficientemente resistentes a la fractura

para que puedan ser utilizados en aplicaciones de carga. Dentro de este grupo de

materiales se encuentran: el ladrillo, el vidrio, la porcelana, los refractarios y los

abrasivos.

Semiconductores. Su conductividad eléctrica puede controlarse para su uso en

dispositivos electrónicos. Son muy frágiles.

Materiales compuestos. Como su nombre lo indica, están formados a partir de dos o

más materiales de distinto grupos, produciendo propiedades que no se encuentran en

ninguno de los materiales de forma individual.

Los materiales sean metálicos o no metálicos, orgánicos o inorgánicos casi nunca se

encuentran en el estado en el que van a ser utilizados, por lo regular estos deben ser

sometidos a un conjunto de procesos para lograr las características requeridas en

tareas específicas. Estos procesos han requerido del desarrollo de técnicas especiales

muy elaboradas que han dado el refinamiento necesario para cumplir con

requerimientos prácticos. También estos procesos aumentan notablemente el costo de

los materiales, tanto que esto puede significar varias veces el costo original del

material por lo que su estudio y perfeccionamiento repercutirán directamente en el

costo de los materiales y los artículos que integraran.