lectura de reconocimiento general del curso

7/23/2019 Lectura de Reconocimiento General Del Curso

1/8

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD

Escuela de Ciencias Bsicas, Tecnologa e Ingeniera

Ingeniera Industrial: Materiales Industriales, 256599, Ing. Edwin Ra Ramrez

El contenido siguiente tiene el objetivo, de activar los conocimientos bsicos o previos

necesarios, para facilitar estudio de las tres unidades del curso materiales de ingeniera.

Qu es la manufactura:El ingeniero industrial observa a la manufactura como un mecanismo para la transformacin

de materiales en artculos tiles para la sociedad. Tambin es considerada como la

estructuracin y organizacin de acciones que permiten a un sistema lograr una tarea

determinada.

La manufactura, en su sentido ms amplio, es el proceso de convertir la materia prima en

productos, conjunto de actividades organizadas y programadas para la transformacin de

materiales, objetos o servicios en artculos o servicios tiles para la sociedad. Incluye el

diseo del producto, la seleccin de la materia prima (Materiales Industriales) y la secuencia

de procesos a travs de los cuales ser manufacturado el producto.

El diseo y la manufactura deben estar estrechamente interrelacionados, y no deben nunca

verse como disciplinas o actividades por separado. Esta visin ampliada ha sido reconocida

como el rea de diseo para la manufactura (dfm). Se trata de un procedimiento completo

para la produccin de bienes, e integra el proceso de diseo con los materiales, mtodos de

manufactura, planificacin de procesos, ensamblaje, prueba y garanta de calidad.

En el diseo y en el proceso de manufactura, se debe tener en cuenta el tipo de materiales a

utilizar o seleccin de materiales, segn sus caractersticas y propiedades especficas:

Los tipos generales de materiales empleados hoy en da en la manufactura son lossiguientes:

Metales ferrosos: aceros al carbono y aleados, acero inoxidable, aceros para

herramientas y dados.

Metales no ferrosos: aluminio, magnesio, cobre, nquel, titanio, superlaciones, metales

refractarios, berilio, circonio, aleaciones de bajo punto de fusin y metales preciosos

(oro, oro blanco, platino, plata, el paladio, el rodio).

Plsticos: termoplsticos, plsticos termoestables y elastmeros.

Cermicas, cermicas vitrificadas, vidrios, grafitos, diamante y otros materiales

semejantes a este ltimo.

Compuestos: plsticos reforzados, matriz de metal y matriz de cermica. Algunas

veces, a stos se les denomina tambin materiales de ingeniera.

Materiales especiales: nanomateriales, aleaciones con memoria de forma, aleaciones

amorfas, superconductores y otros materiales diversos con propiedades nicas.


2/8




Las estructuras aeroespaciales y los productos deportivos han ocupado la primera lnea en la

aplicacin de los nuevos materiales. Para las estructuras de las aeronaves comerciales la

tendencia es a utilizar ms titanio y compuestos, con una reduccin gradual en el uso de

aluminio y acero.

Propiedades Mecnicas de los Materiales:Los ingenieros en cargado y responsables de los procesos de manufacturas, como

administrador de los inventarios y/o almacenes de las plantas industriales o empresas de

servicios debe tener las competencias para identificar las propiedades de los materiales

involucrados en los proceso de manufacturas segn los diseos de los productos a fabricar. Al

seleccionar los materiales para los productos, primero se consideran sus propiedades

mecnicas resistencia, tenacidad, ductilidad, dureza, elasticidad, fatiga y fluencia. Las

relaciones entre resistencia y peso y entre rigidez y peso tambin son importantes,

particularmente en aplicaciones aeroespaciales y automotrices. El aluminio, el titanio y los

plsticos reforzados, por ejemplo, tienen relaciones de este tipo ms elevadas que los acerosy los hierros fundidos. Las propiedades mecnicas deben valorarse considerando las

condiciones especficas en las que el producto deber funcionar.

A continuacin deben tenerse en cuenta las propiedades fsicas de los materiales calor

especfico, dilatacin y conductividad trmica, punto de fusin y propiedades elctricas y

magnticas. Las propiedades qumicas tambin desempean un papel significativo, tanto en

entornos hostiles como normales. La oxidacin, la corrosin, la degradacin general de las

propiedades, toxicidad e inflamabilidad estn entre los factores que deben considerarse.

Por ltimo, las propiedades de manufactura de los materiales determinan si pueden serfundidos, formados, maquinados, soldados o sujetos a tratamiento trmico con relativa

facilidad.

Propiedades de Manufactura:Por ltimo, las propiedades de manufactura de los materiales determinan si pueden ser

fundidos, formados, maquinados, soldados o sujetos a tratamiento trmico con relativa

facilidad.

Los principales procesos de manufactura son los siguientes:

Fundicin: de molde desechable y de molde permanente.

Formado y conformado: laminacin, forja, extrusin, estirado, formado de Lmina,

pulvimetalurgia y moldeo.

Maquinado: torneado, taladrado, barrenado, fresado, cepillado, brochado y

esmerilado, maquinado ultrasnico, maquinado elctrico, electroqumico, y maquinado

de haz de alta energa.


3/8




Unin: soldadura con y sin aporte de material, soldadura blanda, unin por difusin,

unin adhesiva, y unin mecnica.

Acabado: asentado, lapeado, pulido, bruido, desbarbado, tratamiento superficial,

recubrimiento y depsito.

Clasificacin de los Procesos de Manufactura:De manera general los procesos de manufactura se clasifican en cinco grupos:

Ciencias de Materiales:Histricamente, el desarrollo y la evolucin de las sociedades han estado ntimamente

vinculados a la capacidad de sus miembros para producir y conformar los materiales

necesarios para satisfacer sus necesidades. Los prehistoriadores han encontrado til

clasificar las primeras civilizaciones a partir de algunos materiales usados: Edad de Piedra,

Edad del Cobre, Edad de Bronce, Edad del Hierro. Esta ltima secuencia parece universal en

todas las reas, ya el uso del hierro requiere una tecnologa ms compleja que la asociada a

la produccin de bronce, que a su vez requiere mayor tecnificacin que el uso de la piedra.

Hace relativamente poco tiempo que los cientficos llegaron a comprender la relacin entre

elementos estructurales de los materiales y sus propiedades. Este conocimiento, adquirido en


4/8




los ltimos 200 aos aproximadamente, los ha capacitado, en alto grado, para modificar o

adaptar las caractersticas de los materiales. Quiz uno de los cientficos ms relevantes en

este campo haya sido Willard Gibbs al demostrar la relacin entre las propiedades de un

material y su microestructura.

La ciencia de materiales implica investigar la relacin entre la estructura y las propiedades de

los materiales. Por el contrario, la ingeniera de materiales se fundamenta en las relaciones

propiedades-estructura y disea o proyecta la estructura de un material para conseguir un

conjunto predeterminado de propiedades. Conviene matizar esta diferencia, puesto que a

menudo se presta a confusin. Se han desarrollado decenas de miles de materiales distintos

con caractersticas muy especiales para satisfacer las necesidades de nuestra moderna y

compleja sociedad, se trata de metales, plsticos, vidrios y fibras. Una de las grandes

revoluciones de esta ciencia fue el descubrimiento de las diferentes fases trmicas de los

metales y, en especial, del acero.

Actualmente los adelantos electrnicos ms sofisticados se basan en componentes

denominados materiales semiconductores.

La Edad de Bronce:La edad de piedra se refiere entonces al periodo en el que un grupo humano en particular

empleaba este material junto con otros de origen natural como la madera o el hueso de forma

preponderante. Normalmente se asocia a una etapa poco desarrollada tecnolgicamente, lo

cual no es necesariamente cierto, ya que culturas que lograron importantes avances culturales

como los Aztecas o los Mayas no superaron formalmente la edad de piedra, no por falta de

avances sino por la enorme variedad de materiales ptreos con los que estas sociedadescontaban los cuales suplan ampliamente las necesidades que enfrentaron.

La edad de bronce, a la cual algunos se refieren como "edad de los metales" se refiere al uso

de metales y aleaciones, cuya importancia radica en que la obtencin de ellos requiere de la

adquisicin de tecnologas metalrgicas complejas. El bronce es la ms famosa de las

aleaciones a las que se refiere la historia para referirse a la aparicin de culturas clsicas y el

acero para la era de la revolucin industrial.

Ciencias de Materiales:Histricamente, el desarrollo y la evolucin de las sociedades han estado ntimamente

vinculados a la capacidad de sus miembros para producir y conformar los materiales

necesarios para satisfacer sus necesidades. Los prehistoriadores han encontrado til clasificar

las primeras civilizaciones a partir de algunos materiales usados: Edad de Piedra, Edad del

Cobre, Edad de Bronce, Edad del Hierro. Esta ltima secuencia parece universal en todas las


5/8




reas, ya el uso del hierro requiere una tecnologa ms compleja que la asociada a la

produccin de bronce, que a su vez requiere mayor tecnificacin que el uso de la piedra.

Hace relativamente poco tiempo que los cientficos llegaron a comprender la relacin entre

elementos estructurales de los materiales y sus propiedades. Este conocimiento, adquirido en

los ltimos 200 aos aproximadamente, los ha capacitado, en alto grado, para modificar o

adaptar las caractersticas de los materiales. Quiz uno de los cientficos ms relevantes en

este campo haya sido Willard Gibbs al demostrar la relacin entre las propiedades de un

material y su microestructura.

La ciencia de materiales implica investigar la relacin entre la estructura y las propiedades de

los materiales. Por el contrario, la ingeniera de materiales se fundamenta en las relaciones

propiedades-estructura y disea o proyecta la estructura de un material para conseguir un

conjunto predeterminado de propiedades. Conviene matizar esta diferencia, puesto que a

menudo se presta a confusin. Se han desarrollado decenas de miles de materiales distintoscon caractersticas muy especiales para satisfacer las necesidades de nuestra moderna y

compleja sociedad, se trata de metales, plsticos, vidrios y fibras. Una de las grandes

revoluciones de esta ciencia fue el descubrimiento de las diferentes fases trmicas de los

metales y, en especial, del acero.

Categoras de Materiales:La ciencia de materiales clasifica a todos los materiales en funcin de sus propiedades y su

estructura atmica. Son los siguientes:

Metales

Cermicos Polmeros

Materiales compuestos

Semiconductores

Algunos libros hacen una clasificacin ms exhaustiva, aunque con estas categoras cualquier

elemento puede ser clasificado. En realidad en la ciencia de materiales se reconocen como

categoras nicamente los Metales, los materiales Cermicos y los Polmeros, cualquier

material puede incluirse en una de estas categoras, as pues los semiconductores pertenecen

a los materiales cermicos y los materiales compuestos no son ms que mezclas de

materiales pertenecientes a las categoras principales.

Aplicaciones de Materiales y la Relacin con la Industria:Los avances radicales en los materiales pueden conducir a la creacin de nuevos productos o

nuevas industrias, Las aplicaciones industriales de la ciencia de materiales incluyen la


6/8




eleccin del material, su coste-beneficio para obtener dicho material, las tcnicas de

procesado y las tcnicas de anlisis.

Dejando aparte los metales; los polmeros y cermicas son tambin muy importantes en la

ciencia de materiales. Los polmeros son un material primario usado para conformar o fabricar

plsticos. Los plsticos son el producto final despus de que varios polmeros y aditivos hayan

sido procesados y conformados en su forma final. El PVC, polietileno, son ejemplos de

plsticos.

En lo que respecta a los cermicos, se puede citar la arcilla, as como su modelado, secado y

cocido para obtener un material refractario. La estructura cristalina es una parte esencial en

esta ciencia. Esta por ejemplo es del sistema ortorrmbico.

La ciencia de materiales abarca muchsimos temas, desde la estructura atmica, propiedades

de los diferentes materiales, procesos y tratamientos. Este sera un resumen a gran escala:

Estructura atmica y enlaces interatmicos

Estructura de slidos cristalinos

Imperfecciones en estructuras cristalinas

Procesos de difusin atmica

Propiedades de los materiales

Dislocaciones y mecanismos de endurecimiento

Rotura

Diagramas de fases

Transformaciones de fases Tratamientos trmicos y aleaciones.

TIPOS DE MATERIALES: METALES

1. METALES - Si existe un material caracterstico que el pblico en general asocia con laingeniera es el acero estructural. Este verstil material de construccin posee varias

caractersticas, o propiedades:

(1) Es resistente y puede ser conformado fcilmente.

(2) Su capacidad para experimentar una gran cantidad de deformacin permanente

(3) La superficie recin cortada del acero muestra un brillo metlico caracterstico.

(4) una barra de acero comparte una caracterstica fundamental con otros metales: es una

buena conductora de la corriente elctrica.

Si bien el acero estructural es un ejemplo muy comn de los metales para la ingeniera, es

fcil recordar muchos ms:


7/8




Una aleacin es un metal compuesto por ms de un elemento qumico. Las aleaciones para

ingeniera incluyen los hierros y los aceros (base hierro), las aleaciones de aluminio (Al), las

de magnesio (Mg), las de titanio (Ti), las de nquel (Ni), las de cinc (Zn) y las de cobre (Cu),

incluyendo los latones (aleaciones cobre-cinc) y los bronces (aleaciones cobre-estao).

2. CERMICOS Y VIDRIOSEl aluminio (Al) es un metal comn, pero el xido de aluminio, un compuesto de aluminio y

oxgeno (Al203), es caracterstico de una familia completamente distinta de materiales para

ingeniera: los materiales cermicos. El xido de aluminio tiene dos ventajas principales sobre

el aluminio metlico. La primera es que el Al203 es qumicamente estable en una gran

variedad de ambientes severos, en los que el aluminio metlico se oxidara, la segunda

ventaja es que el Al203 tiene una temperatura de fusin significativamente mayor (2.020 C)

que el aluminio metlico (660 C). Esto hace del Al203 un refractario bastante comn, esto es,

un material resistente a las altas temperaturas, ampliamente utilizado en la construccin dehornos.

Puesto que tiene mejores propiedades qumicas y mayor resistencia a altas temperaturas,

por qu no se utiliza el Al203 en ciertas aplicaciones, como por ejemplo en motores de

automviles, en lugar del aluminio metlico? La respuesta a esta pregunta se encuentra en la

propiedad ms desfavorable de los cermicos: su fragilidad. El aluminio y otros metales tienen

la propiedad de ser dctiles, lo cual les permite soportar cargas severas de impacto sin

romper, mientras el xido de aluminio y otros cermicos no pueden hacerlo. Esto elimina a los

cermicos de la seleccin en muchas aplicaciones estructurales.

Los recientes desarrollos en la tecnologa de los cermicos estn haciendo aumentar la

utilizacin de estos materiales en aplicaciones estructurales, no por eliminar su inherente

fragilidad, sino incrementando su resistencia a valores lo suficientemente elevados y

aumentando su resistencia a la fractura. La mayor parte de los cermicos con importancia

comercial son compuestos qumicos constituidos por al menos un elemento metlico y uno de

los cinco elementos no metlicos que se indican (C, N, O, P o S).

3. POLMEROS:Estos materiales constituyen una rama especial de la qumica orgnica. El polmero ms

comn es el polietileno. Muchos polmeros importantes, incluido el polietileno, son

simplemente compuestos de carbono e hidrgeno. Otros contienen oxgeno (como los

acrlicos), nitrgeno (como los naylons), flor (como los plsticos fluorados), o silicio (como las

siliconas), son materiales artificiales o sintticos.


8/8




Como su nombre indica, los plsticos comparten, normalmente, con los metales la

propiedad mecnica de la ductilidad. Entre las propiedades importantes relacionadas con el

enlace qumico estn la menor resistencia en comparacin con los metales, y la menor

temperatura de fusin y mayor reactividad qumica que los no metales de la categora anterior,

cermicos y vidrios.

4. MATERIALES COMPUESTOS:Las tres categoras anteriores de materiales estructurales para ingeniera (metales, cermicos

y polmeros) contienen varios elementos y compuestos que pueden ser clasificados por su

enlace qumico. Existe adems un importante conjunto de materiales que representa una

combinacin de materiales individuales pertenecientes a las categoras previas. Este cuarto

grupo es el de los materiales compuestos, y quiz el mejor ejemplo lo constituya el plstico

reforzado con fibra de vidrio. Este material compuesto, formado por una serie de fibras de

vidrio dentro de una matriz polimrica, es una invencin relativamente reciente, pero en muy

pocas dcadas se ha convertido en un material familiar. El plstico reforzado con fibra devidrio es un material compuesto caracterstico y bastante bueno, que rene lo mejor de sus

componentes; tiene las mejores propiedades de cada componente y es un producto superior a

cualquiera de sus componentes por separado.

La alta resistencia de las fibras de vidrio de pequeo dimetro se combina con la ductilidad de

la matriz polimrica para producir un material resistente, capaz de soportar la carga normal

necesaria en un material estructural. Los tres tipos principales de estructuras compuestas con

aplicacin en ingeniera; a) Polmero sinttico reforzado con fibra de vidrio, b) La madera un

compuesto natural, matriz y fibra natural y c) Compuesto granular, hormign. El plstico

reforzado con fibra de vidrio es el prototipo de muchos materiales sintticos reforzados confibras. La madera es un excelente ejemplo de un material natural con propiedades mecnicas

tiles debido a su estructura reforzada con fibras. El hormign es un ejemplo bastante comn

de un material compuesto granular. En l la arena y la grava refuerzan una matriz compleja de

cemento de silicato. Adems de estos ejemplos relativamente comunes, el campo de los

materiales compuestos incluye algunos de los materiales ms avanzados que se utilizan en

ingeniera.

Referencia Bibliogrfica.Serope Kalpakjian y Steven R. Schmid: Manufactura, ingeniera y tecnologa. Mxico, 2002:

Pearson Educacin.

Shackelford James F. Introduccin a la ciencia de materiales para ingenieros

Askeland, donald r. ciencia e Ingeniera de los materiales. Mxico. 1998. International

Thomson Editores

Ing . M.Sc . Edw in Ra Ramrez.

lectura de reconocimiento general del curso

Documents