Ana Rosa Escamilla Mena. Introducción 9

Transcripción

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3 Introducción INTRODUCCIÓN El término material puede hacer referencia a cosas distintas. Puede referirse a los componentes de un objeto técnico (tornillos, lámparas ), a los elementos constructivos necesarios para un trabajo determinado (cola, puntillas, alambres ), a la sustancia que forman las cosas (madera, hierro ) e incluso pensar en herramientas de trabajo (como cuando se dice material de trabajo ) Materiales e ingeniería Se dice que existen más de materiales disponibles para el ingeniero. En el diseño de una estructura o dispositivo, cómo elegirá el ingeniero entre un menú tan amplio el material más adecuado? Los errores pueden causar desastres. Durante la Segunda Guerra Mundial, un tipo de barco mercante fabricado por soldadura sufrió grandes pérdidas pero no causadas por el enemigo, sino a causa de que se partió por la mitad en el mar: la tenacidad de fractura del acero, en particular la de las soldaduras 1-1, era muy pequeña. Más recientemente, tres aviones Comet se perdieron antes de que se descubriera que el valor de diseño de la resistencia a fatiga (para los marcos de las ventanillas) era superior a la del material elegido [1]. Los materiales son sustancias de las que cualquier cosa está compuesta o hecha. Desde el comienzo de la civilización, los materiales junto con la energía han sido utilizados por el hombre para mejorar su nivel de vida. Se encuentran materiales en cualquier lugar de nuestro entorno. Los materiales que más comúnmente se encuentran son: madera, hormigón, ladrillo, acero, plástico, vidrio, caucho, aluminio, cobre y papel. Pero hay muchas más clases de materiales. Los constantes trabajos de investigación y desarrollo en este campo dan origen frecuentemente a nuevos materiales [1]. La producción y procesado de nuevos materiales constituye una parte importante de nuestra economía actual. Los ingenieros diseñan la mayoría de los productos facturados y los procesos necesarios para su fabricación, para lo que necesitan partir de materiales. Por tanto, los ingenieros deben conocer la relación estructura-propiedades-procesado de los materiales de forma que sean capaces de seleccionar el más idóneo para cada aplicación y desarrollar los mejores métodos para su procesado [1].

4 12 Introducción La mayoría de los materiales se dividen en tres grandes grupos: metales, polímeros y cerámicos. Además de éstos, por su gran importancia en ingeniería, se suele considerar también un cuarto grupo como es el de los materiales compuestos [2]. Los metales son sustancias inorgánicas que están compuestas de uno o más elementos metálicos, pudiendo contener también algunos elementos no metálicos en pequeña proporción. Ejemplos de materiales metálicos son el hierro, cobre, aluminio, níquel, etc. Y de los elementos no metálicos el carbono, nitrógeno, oxígeno, boro e hidrógeno. Estos materiales tienen una estructura cristalina en la que los átomos están dispuestos de manera ordenada. En general son buenos conductores del calor y de la electricidad, tienen una buena resistencia mecánica y son fáciles de obtener. Normalmente se dividen en dos grandes grupos: aleaciones férreas, que contienen un alto porcentaje de hierro (aceros y fundiciones) y aleaciones no férreas, que carecen de hierro o sólo contienen cantidades pequeñas (aleaciones de aluminio, cobre, níquel, etc.) [2]. Los polímeros están formados por largas cadenas o por redes de moléculas orgánicas. Estructuralmente son materiales no cristalinos (sin un ordenamiento), si bien algunos de ellos tienen zonas cristalinas y no cristalinas. Son materiales de baja densidad, malos conductores de la electricidad y poco resistentes a la temperatura. Generalmente los materiales poliméricos se subdividen en termoplásticos, termoestables y elastómeros [3]. Los materiales cerámicos son materiales inorgánicos constituidos por elementos metálicos y no metálicos cohesionados químicamente. Pueden ser cristalinos, no cristalinos o mezcla de ambos. La mayoría de ellos son refractarios (alto punto de fusión), de elevada dureza y muy frágiles. Actualmente se está investigando el desarrollo de cerámicas tenaces (no frágiles) [2]. Los materiales compuestos, mixtos o composites son mezclas de dos o más materiales. La mayoría de ellos consta de un material aglomerante (matriz), que puede ser metálico, polimérico o cerámico, y un material reforzante. Normalmente los dos componentes no se disuelven mutuamente y pueden ser identificados físicamente. Ejemplos de materiales compuestos son el poliéster reforzado con fibra de vidrio y las fibras de carbono en una matriz epóxica [2].

5 Introducción Ciencia e Ingeniería de Materiales La Ciencia e Ingeniería de los Materiales es la rama de conocimiento que estudia los materiales. Los objetivos básicos son el estudio de las relaciones existentes entre la estructura de los materiales y sus propiedades, así como la influencia del procesado de los materiales sobre su estructura y propiedades. La Ciencia de los Materiales está ligada fundamentalmente a la búsqueda de conocimientos básicos sobre la estructura interna y relación con sus propiedades. La Ingeniería de Materiales está principalmente relacionada con el uso de los conocimientos básicos y aplicados de los materiales para convertirlos en productos necesarios o requeridos por la sociedad (relación procesado-propiedades). La ciencia de materiales tiene como fin básico el conocimiento del conjunto de los materiales existentes y la ingeniería de materiales tiene como fin un conocimiento aplicado, no habiendo una línea de demarcación entre ellas [3]. Este trabajo se centra en la caracterización de los tres materiales ya mencionados (Cu, Fe y Co), mediante el sistema RSP también mencionado. Cada material está sujeto a unas condiciones de tiempo, temperatura y presión diferentes, para poder así comparar cuál posee unas mejores características. Se estudia la densidad, dureza y conductividad térmica de cada muestra.

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