MATERIALES DE INGENIERÍA I FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

GUÍA 1

HISTORIA Y GENERALIDADES DE LOS MATERIALES

DEFINICIONES

Aleaciones con memoria de forma: materiales que se pueden deformar pero regresan a su forma

original cuando la temperatura se incrementa. Aleaciones y metales ferrosos: metales y aleaciones que contienen un alto porcentaje de hierro,

como hierros forjados y aceros. Aleaciones y metales no ferrosos: metales y aleaciones que no contienen hierro o, si lo contienen,

es sólo en un porcentaje relativamente pequeño. Son ejemplos de metales no ferrosos: aluminio, cobre, zinc, titanio y níquel.

Cerámicas mejoradas: nueva generación de cerámicas con mayor resistencia al esfuerzo, a la

corrosión, y mejores propiedades de choque térmico, también se les llama cerámicas de ingeniería o estructurales.

Cerámicas piezoeléctricas: materiales que producen un campo eléctrico cuando se someten a una

fuerza mecánica (y viceversa). Ciencia de los materiales: disciplina científica que se interesa primordialmente por la búsqueda del

conocimiento básico acerca de la estructura interna, las propiedades y la elaboración de los materiales.

Ingeniería de los materiales: disciplina de ingeniería que se interesa primordialmente por el empleo

del conocimiento fundamental y aplicado de los materiales, con la finalidad de convertirlos en productos necesarios o deseados por una sociedad.

Materiales: sustancias de las que algo está compuesto o hecho. El término ingeniería de los materiales se refiere en ocasiones concretamente a los materiales empleados en la fabricación de productos técnicos. Sin embargo, no existe una línea de demarcación clara entre las dos nociones y se emplean indistintamente.

Materiales cerámicos: materiales formados por compuestos de elementos metálicos y no metálicos. Los materiales metálicos suelen ser duros y frágiles. Son ejemplos de materiales cerámicos: productos de arcilla, vidrio y óxido de aluminio puro que se ha compactado y densificado.

Materiales compuestos: materiales que son mezclas de dos o más materiales. Por ejemplo,

materiales a base de fibra de vidrio que refuerza a una matriz de poliéster o de resina epóxica. Materiales electrónicos: materiales empleados en electrónica, en especial en microelectrónica. Son

ejemplos el silicio y el arseniuro de galio. Materiales inteligentes: materiales que tienen la capacidad de detectar y responder a los estímulos

externos. Materiales metálicos (metales y aleaciones metálicas): materiales inorgánicos que se caracterizan

por tener alta conductividad térmica y eléctrica. Son ejemplos: hierro, acero, aluminio y cobre. Materiales poliméricos: materiales que constan de largas cadenas moleculares o redes constituidas

de elementos de bajo peso, como carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. La mayoría de los materiales poliméricos tienen baja conductividad eléctrica. Pueden citarse como ejemplos el polietileno y el cloruro de polivinilo (PVC).

Mezclas: mezclas de dos o más polímeros, también llamadas aleaciones de polímeros. Micromáquina: MEM que ejecuta un trabajo o función específicos. Nanomateriales: materiales con una escala de longitud menor a los 100 nm. Sistemas microelectromecánicos (MEM): cualquier dispositivo miniaturizado que ejecuta una

función de detección y/o de actuación.

Superaleaciones: aleaciones metálicas con desempeño superior a temperaturas elevadas y a altos

niveles de esfuerzo.

PROBLEMAS TEÓRICOS

¿Qué son los materiales? Enumere ocho materiales de empleo generalizado en ingeniería. Defina la ciencia de los materiales e ingeniería de los materiales. ¿Cuáles son las clases principales de materiales en ingeniería? ¿Cuáles son algunas de las propiedades importantes de cada uno de estos materiales? Defina un material compuesto. Dé un ejemplo. Mencione algunos cambios en el empleo de materiales que haya observado, durante un periodo, en

algunos productos manufacturados. ¿Qué razones puede dar para explicar los cambios ocurridos? ¿Qué factores podrían causar que las predicciones acerca del empleo de los materiales fuesen

incorrectas?

PROBLEMAS EN LA SELECCIÓN DE MATERIALES Y DISEÑO

1. Considere el componente habitual de una bombilla en casa: a) identifique varios componentes críticos de este elemento, b) determine el material seleccionado para cada componente crítico y c) diseñe un

procedimiento para montar la bombilla. 2. La artroplastia total de cadera (THA) es el procedimiento de sustitución total de una cadera dañada por una prótesis artificial. a) Identifique los componentes reemplazados en la THA. b) Identifique el material o materiales empleados en la fabricación de cada componente y las razones por las cuales se emplean. c) Mencione cuáles son algunos de los factores que el ingeniero de materiales debe tomar en cuenta en la selección de materiales. 3. Se considera que los transistores han causado una revolución en la electrónica y, en consecuencia, en muchas otras industrias. a) Identifique los componentes críticos de un transistor de unión. b) Identifique el material empleado en la fabricación de cada componente. 4. a) Mencione los factores más importantes que deben tomarse en cuenta en la selección de materiales para el cuadro de una bicicleta de montaña. b) Tome en cuenta que el acero, el aluminio y el titanio se han empleado como los metales principales en la estructura de una bicicleta y determine las principales ventajas y desventajas de cada uno de ellos. c) Las bicicletas más modernas se fabrican con materiales compuestos

avanzados. Explique por qué y mencione los materiales compuestos específicos empleados en la estructura de una bicicleta. 5. a) Mencione los criterios más importantes para seleccionar materiales que habrán de emplearse en un casco protector de uso deportivo. b) Identifique los materiales que podrían satisfacer estos criterios. c) ¿Por

qué un casco de metal sólido no sería una buena elección? 6. a) Determine las propiedades que debe tener el material o los materiales empleados como protección térmica en la estructura de un transbordador espacial. b) Identifique los materiales que podrían satisfacer estos criterios. c) ¿Por qué las aleaciones de titanio no serían una buena elección para esta aplicación? 7. a) ¿Qué tipo de material es el cobre de alta conductividad exento de oxígeno (OFHC)? b) ¿Cuáles son las propiedades deseables en el cobre de alta conductividad exentas de oxígeno? c) ¿Cuáles son sus

aplicaciones en la industria eléctrica? 8. a) ¿A qué clase de materiales pertenece el politetrafluoretileno? b) ¿Cuáles son sus propiedades deseables? c) ¿Cuáles son sus aplicaciones en la industria de fabricación de utensilios de cocina? 9. a) ¿A qué clase de materiales pertenece el nitruro de boro cúbico (cBN)? b) ¿Cuáles son sus propiedades deseables? c) ¿Cuáles son sus aplicaciones en la industria metalmecánica? 10. a) ¿Qué son las aramidas? b) ¿Cuáles son sus propiedades deseables? c) ¿Cuáles son sus aplicaciones

en las industrias de equipo deportivo? 11. a) ¿A qué clase de materiales pertenece el arseniuro de galio (GaAs)? b) ¿Cuáles son sus propiedades deseables? c) ¿Cuáles son sus aplicaciones en la industria electrónica? 12. Las superaleaciones con base en níquel se emplean en la estructura de los motores de turbina de los

aviones. ¿Cuáles son las propiedades principales de este metal que lo hacen deseable para esta aplicación? 13. Identifique varios equipos deportivos que podrían beneficiarse con los materiales inteligentes o con la tecnología de los MEM. Mencione las razones concretas de la idoneidad de la aplicación. 14. ¿Qué son los nanotubos? Mencione algunos