Informe Uno

David Caizaluisa Informe # 1 Lunes 13 de Agosto del 2012 Grupo # 6

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

Facultad de Ingeniería Mecánica

Tecnología de Conformado

Tema: Materiales de Ingeniería

Objetivos: Reseña Histórica de los Materiales Clasificación de los Materiales Estructuras Propiedades Solicitaciones Mecánicas Ensayos Normalizados de Dureza

Marco Teórico:

Historia de los materiales: Desde la existencia de la humanidad, el ser humano ha ido evolucionando con el propósito de producir materiales que satisfagan sus necesidades básicas, intentando conseguir un mejor estilo de vida. 1


El uso de materiales en las diferentes etapas de la historia, se han clasificado en: Edad de Piedra, Edad del Cobre, Edad de Bronce, Edad del Hierro

Las primeras civilizaciones usaron materiales fáciles de encontrar en la naturaleza, como piedras, maderas, arcilla, pieles, etc. Con el pasar de los tiempos en diferentes partes del planeta, se ha desarrollado técnicas para la confección de materiales con características superiores a los que se conseguían fácilmente en la naturaleza, denominados aleaciones.

Con el pasar de los años el hombre ha desarrollado miles de materiales, de acuerdo a las necesidades que se le presenta día a día, entre ellos tenemos: plástico, vidrio, fibras, etc. Uno de los grandes descubrimientos que ha tenido esta ciencia, es el comportamiento térmico de los metales, principalmente el acero.

La era más actual, es la era de los polímeros, denominados así, por las características de estos materiales que pueden poseer virtualmente todas las propiedades físicas, de allí es la gran importancia de estos materiales para la elaboración de los artefactos que poseemos.

Clasificación de los materiales: Se ha dispuesto a clasificarlos de la siguiente manera:

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Clasificación de los Materiales

Micro estructura Unidad estructural

Estructura

Metálicos / M

Celda

Cristalina

Cerámicos / MxOy

Celda

Cristalina

Polímeros Y Elastómeros (caucho)

Meros

Polimérica

Madera (líquida, sólida)

Célula

Celulósica

Compuesto

c/u

Compuesto

Los metálicos debido a sus enlaces químicos son buenos conductores de electricidad, son brillantes. Algunos de estos son: Acero, Aluminio, Bronce, Cobre, Estroncio, Zinc, Plata. Estos metales se encuentran en los autos. Los Cerámicos son aislantes porque presentan enlaces covalentes. Los polímeros pueden ser plásticos o cauchos, estos provienen de una mezcla de hidrocarburos es decir del petróleo, después de un proceso de "cracking" y "reforming", se tienen las moléculas simples, a partir de las que comenzará la síntesis del polímero. Se distinguen dos métodos de polimerización: Polimerización por adición y Polimerización por condensación.

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El plástico fue creado en Estados Unidos en 1920. El caucho proviene de la sabia del árbol de caucho, al pasar por una serie de procesos. Los primeros rollos de película, implementados en el cine, fueron extraídos de la madera. El 90% de los Materiales son compuestos.

La Red de Bravais es usada para la descripción de sólidos cristalinos, especifican como los átomos y las moléculas se repiten periódicamente a lo largo del cristal Cuadrada:

a Cuyo ángulo es igual a 90º a=b

b a

Rectangular: Angulo es igual a 90º

b

a>b

a

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Rombo: a=b

b

Angulo es de 120º

a

En los microscopios los átomos tienen la forma de pequeños esferitas. Puede haber la posibilidad de distribución de punto en el espacio, distribuidas en 7 sistemas y en 14 celdas unitarias. Los 7 sistemas son: cúbica, hexagonal, ortogonal, ortorrómbico, trigonal, monoclínico, triclínico. Nos concentraremos en el sistema cúbico: Sus tres aristas son iguales, y tiene un ángulo de 90º entre cara y cara.

Como podemos observar el sistema cúbico se divide en 3 celdas: 5


SC (Simple Cubica).- En el gráfico está denominado como primitive, donde se encuentra un átomo. BCC (Body Center Cubic).- Donde se encuentran 2 átomos. FCC (Face Center Cubic).- Donde se encuentran 4 átomos. Las 14 celdas unitarias se disponen de la siguiente manera:

La diferencia entre metálicos y cerámicos se halla en su vector deformación, que es un vector que une los puntos, en la denominada red de puntos. Si existe un solo vector deformación se habla de metálicos, y si existen varios vectores deformación se habla de cerámicos.

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Propiedades de los Materiales: Se encuentran 3 propiedades de los materiales: Propiedades Físicas.- Son aquellas en las cuales, si quitamos la acción, la reacción desaparece. Entre algunas tenemos: Eléctricas, Magnéticas, Ópticas (Reflexión y Refracción), Acústicas, Térmicas y Mecánicas Propiedades Químicas.- Son aquellas en las cuales, quitada la acción, la reacción permanece. Entre algunas tenemos: Oxidación, Acidez, Alcalinidad. Propiedades Físico-Químicas.- Son aquellas en las cuales, al quitar la acción, un poco de reacción permanece y el resto desaparece. Entre ellas tenemos la radioactividad. Solicitaciones Mecánicas: Son cargas aplicadas a los cuerpos, los tipos son: Tracción:

Compresión:

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Flexión:

Corte:

Torsión:

Indentación:

Ensayos Normalizados de Dureza: Para medir fuerzas utilizamos ensayos normalizados, los cuales están dados por normas

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(DIN y ASTM) La norma ISO, contiene las dos normas antes mencionadas. La primera escala normalizada es la escala de MHOS (1825), se basa en el principio que una sustancia dura puede rayar a una sustancia más blanda, de la siguiente manera de menor a mayor: Talco, Yeso, Calcita, Fluorita, Apatito, Ortosa, Cuarzo, Topacio, Corindón, Diamante y Grafeno (Comparten el mismo lugar).

Shore fue implementa una escala de dureza, haciendo caer una esfera de 10mm de radio, sobre el material y dependiendo del rebote, media la dureza. Brinell, mediante una prensa aplico fuerza de 500kg y 3000kg, mediante un indentador (esfera) de 10 mm de radio, dependiendo del diámetro de la huella se medía la dureza, está escala es universal.

Rockwell (1920): Mediante un indentador, una esfera, de (1/16)” o un cono de diamante, aplica una fuerza de 60ksf para materiales muy suaves, una fuerza de 100ksf para materiales suaves, 150ksf para materiales duros.

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Vickers (Ensayo Universal): Su penetrador es una pirámide de diamante, sus cargas van de 5 a 125kilopondios, se emplea en laminas de hasta 0,15mm. Se presiona el indentador contra una probeta, bajo cargas más ligeras, se miden las diagonales de la impresión cuadrada y se halla el promedio para aplicar la fórmula.

Knoop (1939) Es una prueba de microdureza (se basa en un microdurómetro para estudiar dureza superficial), el cual se emplea un examen en materiales quebradizos y laminas muy finas. El examen consiste en presionar en un punto del material pulido, una fuerza conocida y dependiendo de la hendidura vista por el microscopio, se mide la dureza.

Descripción de la Práctica: Se utiliza un durómetro tipo Rockwell, consta de

un soporte plano de acero lo

suficientemente duro y rígido para prevenir su deformación, un indentador esférico de acero templado y de una superficie finamente pulida, un indicador dial de dureza el cual está diseñado para medir la profundidad , Cada indicación en el dial o valor de incremento de profundidad del penetrador equivale a una magnitud de 0,002 mm, Una palanca lateral para aplicar la carga principal, una manilla giratoria para elevar el soporte rígido, que además permite la aplicación de la carga inicial, indicador de escala, tornillo regulador de escala, permite ajustar la maquina a la escala deseada. 10


Se procede a medir la dureza de 4 materiales: DF2, XW5, Acero de Transmisión, Acero de Construcción. Teniendo los resultados representados en la tabla de Datos.

Datos Obtenidos: Medidas en Escala Rockwell B

Material

94 100 100 104 107 107 52 72 62 82 82 86

DF2 XW5 Acero de Transmisión Acero de Construccion

Datos Calculados:

Material

Promedio de las medidas en escala Rockwell B

Promedio de las medidas en escala Brinell (3000kg)

DF2

98

229

XW5

106

294

Acero de Transmisión

62

110

Acero de Construcción

83.33

159

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Análisis de Datos: Mientras se elabora la práctica, pueden existir datos ilógicos, nosotros los llamamos datos disparados, los factores por los que pueden existir estos datos son los siguientes: Paralelismo de las caras del material, Estructura del material, Grado de pulido, máquina no encerada.

Conclusiones: El 90% de los materiales de Ingeniería Mecánica se obtiene de la mano del hombre

El Óxido de Silicio se usa en fundiciones.

La Configuración Cúbica es Inestable porque solo tiene un apoyo

Existen varias escalas para medir la dureza de los materiales, día a día se trata de crear nuevas escalas de dureza

El mejor método para medir fuerzas es el uso de ensayos Normalizados

El material más duro conocido hasta ahora es el Diamante, que no se raya con ningún otro material que no sea el Diamante.

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Con el pasar del tiempo, se trata de crear nuevos materiales con mejor tecnología que contengan propiedades de diferentes materiales, por ejemplo fibra de carbono que ahora es muy común en la fabricación de las carcasas de los autos.

Recomendaciones: Apoyar en la innovación y creación de materiales, debido a que estos mejoran la calidad de vida del ser humano y satisfacen ciertas necesidades básicas.

Respetar el medio ambiente, ya que en la constante búsqueda de los materiales perfectos, causamos daño a la naturaleza.

Bibliografía: es.wikipedia.org

www.carbidedepot.com

www.iata.csic.es

FERRER; C.; Tecnología de Materiales; Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia Servicio de Publicación; Valencia; 2003

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SMITH; W.; Fundamentos de Ciencia e Ingeniería de materiales; McGraw-Hill; México; 2006

www.engineersedge.com

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