Clasificación de material de ingeniería

Las propiedades mecánicas de los materiales son resistencia (a la compresión o a la tracción), tenacidad, rigidez, elasticidad, plasticidad, ductilidad, fragilidad y dureza. Las propiedades físicas de los materiales son densidad, conductividad (térmica o eléctrica), acústica (transmisión o absorción de sonido), óptica, combustibilidad. Las propiedades químicas de los materiales son la composición (óxido o compuesto), acidez o alcalinidad, corrosión por intemperie.

Las propiedades de fabricación de los materiales son la colabilidad, el índice de maquinabilidad, las velocidades y avances de mecanizado y la forma y el tamaño con fines de dimensionamiento.

La selección del material para la aplicación de funcionamiento requerida se basa en algunos de los siguientes factores:

1. Esfuerzos a los que se someterá la pieza de trabajo o el componente.
2. Resistencia a la corrosión.
3. Resistencia a la temperatura, al desgaste y al desgarro.
4. Flexibilidad y rigidez.
5. Facilidad del proceso de fabricación.
6. Relación de costes para el desarrollo de productos.
7. Disponibilidad del material.

Clasificación de Material de Ingeniería:

Dependiendo de la naturaleza de la sustancia, los materiales se clasifican como

1. Metales y aleaciones
2. Metales ferrosos
3. Metales no ferrosos
4. No metales
5. Cerámica
6. Polímeros
7. Compuestos
8. Semiconductores
9. Biomateriales

1.METALES Y ALEACIONES:

Los materiales metálicos son una combinación de elementos metálicos.

La propiedad más destacada de los metales es que los electrones no están localizados, es decir, en la disposición atómica, los electrones de valencia externos no pertenecen al átomo individual, sino que pertenecen a la mayor parte del material. El electrón no localizado es libre de transportar carga para conducir electricidad. Por lo tanto, son buenos conductores de carga eléctrica y térmica.

Los metales tienen una apariencia brillante. A temperatura normal, la mayoría de los materiales se encuentran en estado sólido, pero algunos metales, como el mercurio, se encuentran en estado líquido.

Con base en la presencia de contenido de hierro, los metales se nombran como

1. Metales ferrosos
2. Metales no ferrosos

Metales ferrosos:

El contenido principal de los metales ferrosos es el hierro y el carbono. Los metales ferrosos son magnéticos y son vulnerables a la oxidación cuando se exponen a la humedad. El hierro forjado no se oxida debido a la pureza y el acero inoxidable debido a la presencia de cromo.

Ej:hierro, acero, etc.

Debido a su propiedad magnética, los metales ferrosos se utilizan en aplicaciones eléctricas y de motores.

Metales no ferrosos:

El hierro no es contenido primario. Debido a la ausencia de hierro, estos metales tienen una alta resistencia a la oxidación y la corrosión y no son magnéticos.

Ej:cobre, latón, aluminio, tungsteno, plomo, zinc, oro, etc.

Aleación:

La aleación es una combinación de dos o más metales. Su nombre se basa en el carácter de enlace metálico. Es de aleación de metal ferroso de dos tipos y aleación de metal no ferroso. El hierro fundido es una aleación hecha de hierro, carbono y silicio. El latón es una aleación de cobre y zinc.

Aplicaciones:

1. Debido a su dureza y capacidad para esterilizar a altas temperaturas, los metales se utilizan como agujas, bisturíes quirúrgicos.
2. Debido a su resistencia y capacidad para soportar pesos pesados, se utilizan metales como el hierro y el acero en la construcción.
3. Los metales como el oro, la plata, el platino, etc. se utilizan en joyería.
4. Los metales se utilizan en máquinas y automóviles, ya que pueden soportar altas temperaturas, presiones y cargas de trabajo.
5. El aluminio y el titanio juegan un papel importante en la categoría de peso ligero para las aleaciones aeronáuticas.
6. El tungsteno se utiliza en aplicaciones de alta temperatura.

2. CERÁMICA:

Una partícula o fibra que se utiliza en términos de fabricación de productos cerámicos. La cerámica tiene una estructura atómica regular y una estructura cristalina. Las cerámicas son principalmente óxidos, nitruros y carburos. Son materiales no conductores, por su propiedad aislante se utilizan como aislantes. Son de naturaleza muy dura y quebradiza.

Por ejemplo:alúmina, sílice, carburo de silicio, diamante, ladrillos, etc.

Aplicaciones:

1. Debido a la resistencia a la compresión se utilizan ladrillos en la construcción
2. Por su buen aislamiento térmico se utilizan baldosas cerámicas en los hornos.
3. Algunas cerámicas son transparentes al radar y otras ondas electromagnéticas se utilizan en radomos y transmisores.
4. Las vitrocerámicas tienen capacidades de alta temperatura, por lo que se utilizan en equipos ópticos y aislamiento de fibra.
5. La alúmina, la sílice y el carburo de silicio se utilizan en la fabricación de herramientas.
6. El diamante se utiliza en adornos y aplicaciones de herramientas de corte.

3. POLÍMEROS:

Los polímeros tienen una estructura de molécula de cadena de carbono como átomos de columna vertebral. Se componen principalmente de materiales orgánicos resistentes. Son materiales de baja densidad y además flexibles. En algunos casos, los polímeros no son flexibles.

Los polímeros no solo se utilizan como materiales estructurales, sino que también se pueden utilizar como fibra y resinas en la matriz de los materiales compuestos.

Ej:poliéster como fibras, fenólicos y epóxidos como resinas.

Los elastómeros también son polímeros, pero se consideran por separado debido a su diseño específico para ciertos fines, como la absorción de impactos y vibraciones.

Polímeros naturales :

Ej:lana, seda, ADN, celulosa, proteínas, etc.

Polímeros sintéticos:

1. Termoplásticos
2. Plásticos termoestables

Por ejemplo:nailon, polietileno, poliéster, teflón, epoxi, baquelita, etc.

Aplicaciones:

1. El polietileno se utiliza para fabricar bolsas de transporte.
2. El polipropileno se utiliza para fabricar productos resistentes a altas temperaturas, como biberones.
3. La poliéter éter cetona y la polietilencetona se utilizan en el concepto de botella de agua mineral.
4. El policarbonato se utiliza para fabricar polímeros de alto rendimiento como los polímeros transparentes
5. La polianilina es un polímero conductor.
6. Baquelita utilizada para fabricar materiales aislantes.

4. COMPUESTO:

El material compuesto es la composición de dos o más materiales constituyentes con diferentes propiedades físicas y químicas para producir un material de características diferentes.

El material compuesto puede ser tanto de metal como de metal y cerámica o de metal y polímero, según los requisitos de la aplicación en la que se realice la combinación.

Por ejemplo:madera, hormigón, fibra de vidrio, CFRP (plástico reforzado con fibra de carbono), GFRP (plástico reforzado con fibra de vidrio), etc.

Aplicaciones:

1. CFRP y GFRP se utilizan para piezas de carrocería de automóviles.
2. CRPF y compuestos de nido de abeja se utilizan para el chasis.
3. Algunos tanques de combustible están hechos de fibra reforzada con Kevlar.
4. Los termoestables reforzados se utilizan en los resortes y el sistema de parachoques.
5. El plástico reforzado con fibra de vidrio se ha utilizado para cascos de barcos, cañas de pescar, raquetas de tenis, cascos, arcos y flechas.

5. SEMICONDUCTORES:

El semiconductor es un material conductor intermedio. Su conductividad no es alta como la de los metales y baja como la de los materiales cerámicos aislantes. En estos materiales la resistencia disminuye a medida que aumenta su temperatura.

La estructura atómica única permite controlar la conductividad.

Por ejemplo:silicio, germanio, arseniuro de galio, selenio, etc.

Aplicaciones:

1. El arseniuro de galio se usa ampliamente en dispositivos amplificadores de señal débil, de bajo ruido y alta ganancia.
2. Un dispositivo semiconductor puede realizar la función de un tubo de vacío con cientos de veces su volumen.

6. BIOMATERIALES:

Los materiales biológicos son materiales no viables. Por ejemplo:alúmina, zirconia, titanio, tantalio, niobio, carbono, etc.

Aplicaciones:

1. Los metales se usan en medicina para curar cualquier enfermedad por deficiencia de micronutrientes metálicos en humanos y animales, como el hierro es parte de la hemoglobina, una biomolécula que se puede usar como sulfato ferroso para curar algunas formas de anemia.
2. Implantes en el cuerpo para reparar o reemplazar el tejido dañado.

NOTA:

En materiales compuestos el propio nombre indica como composite=>composición, es la composición de dos o más materiales.

En semiconductores, el nombre en sí indica como semi (medio) y conductor (conductor)

La diferencia entre una aleación y un compuesto es que el compuesto es un refuerzo de otro material. Mientras que la aleación es una combinación (mezcla) de ambos o el número requerido de materiales en la cantidad requerida según el producto necesario.

Tanto los semiconductores como los biomateriales son sustitutos de metales, cerámicas y polímeros en los lugares requeridos.