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javi-gonzalez
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Los materiales son... estructuras de ingeniería...y ¡no simples sólidos!Sólidos con un valor añadido mediante procesado
Las estructuras...tienen muchas dimensiones...
Característica estructural Dimensión (m)
enlaces atómicosátomos y moléculas simplescristales (átomos ordenados)partículas de una segunda fasetexturado de un cristal
< 10 -10
10-10
10-8 -10-1
10-8 -10-4
> 10-6
TEMA 1: CIENCIA e INGENIERÍA de los MATERIALES
10-12 m(pm)
10-10m(Ǻ)
10-9 m(nm)
10-6 m(μm)
10-3 m(mm)
CTM 1-1
TIPOS de MATERIALES• Metálicos Combinaciones de elementos metálicos
Electrones deslocalizados. Buenos conductores de calor y electricidad. Pulido brillante, opacos, resistentes, deformables…
• Cerámicos Combinación de metal y no metalÓxidos, nitruros y carburos, minerales de arcilla, cemento y vidrio.Aislantes eléctricos y térmicos, qªm/ resistentes, duros y frágiles…
• Polímeros Compuestos orgánicos (C + H + no metal)Estructuras moleculares de gran longitud, densidades bajas ybuena flexibilidad; comprenden familias de plásticos y caucho…
• Compuestos Más de un tipo de material combinadoBusca la mejor combinación de características de cada elementoEjemplo: fibra de vidrio (resistente) en material polimérico (flexible).
• Semiconductores Monocristales con impurezasPropiedades eléctricas intermedias entre conductores y aislantes.Para fabricación de circuitos integrados: industria microelectrónica.
CTM 1-2
ej: dureza en función de la estructura del acero• Las propiedades dependen de la estructura
ej: estructuras en función de la velocidad de enfriamiento• El procesado puede cambiar la estructura
Estructura, Procesado y Propiedades
Datos obtenidos de figs. 10.21(a) y 10.23 en un acero con composiciónde carbono de 0,4wt%C, y de fig. 11.13 y discusión asociada. Micrografías Adaptadas: (a) Fig. 10.10; (b) Fig. 9.27(c) Fig. 10.24; y (d) Fig. 10.12, Callister, Ed. 2000.
Velocidad de enfriamiento (ºC/s)
100
200
300
400
500
600
0,01 0,1 1 10 100 1000
Dur
eza
Brin
ell(
BH
N)
CTM 1-3
1. Definir la selección Determina propiedades requeridas
2. Propiedades Identificar el/los material(es) candidato(s)
3. Material Identificar el procesado requerido
Procesado: cambia la estructura y la forma en generalej: moldeo, sinterizado, deposición en fase vapor,
dopaje, conformado, soldadura, recocido, temple.
Propiedades: mecánicas, eléctricas, térmicas magnéticas, ópticas, de deterioro.
Material: estructura, composición.
El Proceso de Selección de Materiales
CTM 1-4
• Resistividad eléctrica del cobre:
• Al añadir átomos de “impurezas” al Cu aumenta su ρ• Deformando el Cu también se aumenta su resistividad
Adaptada de fig. 18.8, Callister, Ed. 2000
PROPIEDADES ELÉCTRICAS
T (°C)-200 -100 0
Cu + 3,32 at%Ni
Cu + 2,16 at%Ni
Cu deformado + 1,12 at%Ni
1
2
3
4
5
6
Res
istiv
idad
, ρ(1
0-8
Ohm
● m)
0
Cu + 1,12 at%Ni
Cu “puro”
CTM 1-5
• Lozas de revestimiento enun trasbordador espacial:
--El aislamiento de las fibras de sílicepresenta una baja conducción térmica
• Conductividad Térmicadel Cobre:
--Baja cuando se le añade Cinc.
Fig. 19.0, Callister Ed. 2000.
100μm
Adaptada de fig. 19.4W, Callister Ed. 2000
PROPIEDADES TÉRMICAS
Composición (wt% Zn)C
ondu
ctiv
idad
Tér
mic
a (W
/m● K
)
400
300
200
100
00 10 20 30 40
Adaptada de fig. 19.4, Callister Ed. 20000
CTM 1-6
• Permeabilidad Magnéticaf [ composición ]:
-- Añadiendo un 3 at% de Si hace que el hierro sea un medio material mejor para grabado
Adaptada de C.R. Barrett, W.D. Nix, yA.S. Tetelman, The Principles ofEngineering Materials, Fig. 1-7(a), p. 9,
Fig. 20.18, Callister Ed. 2000.
• Almacenamiento por magnetismo (casetes)--El medio donde se graba se magnetiza por la acción de uncabezal de grabado.
PROPIEDADES MAGNÉTICAS
Campo MagnéticoM
agne
tizac
ión
Fe+3%Si
Fe
Cabezalmagnético
Cinta de audio o video
CTM 1-7
• Transmitancia:--El óxido de aluminio será transparente, translúcido u opaco
dependiendo de la estructura que presente el material.
Adaptada de fig. 1.2, Callister Ed. 2000
monocristalinopolicristal de
porosidad bajapolicristal
de
porosidad alta
PROPIEDADES ÓPTICAS
CTM 1-8
• La Tensión y elagua salada... --causan grietas en
muchos metales
• El Tratamiento Térmico:ralentiza la velocidad de propagación de
las grietas en medios marinos
4μm--material: Grieta en una aleación
de aluminio 7150-T651(Zn,Cu,Mg,Zr) del ala de un modelo de Boeing
Adaptada de Fig. 11.20(b), R.W. Hertzberg, "Deformation and Fracture Mechanics of Engineering Materials" (4ª ed.), p. 505, John Wiley and Sons, 1996.
Adaptada de Fig. 18.0, Callister Ed. 2000. Original de “Marine Corrosion, Causes, and Prevention”, John Wiley and Sons, Inc., 1975.)
PROPIEDADES de DEGRADACIÓN
Mantenida 1h a 160ºCantes de realizar el ensayo
incremento de la cargaVel
. pro
pag.
(m/s
)
Sin tratamiento térmico
10-10
10-8
Aleación 7178 ensayada endisolución acuosa saturada de NaCl a 23ºC
CTM 1-9
ASPECTOS ECONÓMICOS
CTM 1-10
• Usar el material adecuado para el trabajo al que se aplique.
• Entender las relaciones entre propiedades, estructura y procesado.
• Detectar las nuevas oportunidades de diseño que ofrece una selección de materiales adecuada.
OBJETIVOS GENERALES de la ASIGNATURA:
RESUMEN
CTM 1-11