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