Introduccion a los materiales
- Esquema de clasificación de los materiales en función de su importancia en el automóvil.
- Enlaces químicos-atómicos. Cristalografía
- Oxidación y corrosión.
- Solicitaciones mecánicas.
- Propiedades de los materiales.
- Ensayos de los materiales.
- Procesos fabriles.
Preguntas del tema:
¿Se puede considerar al Ti como un material ligero?
El Titanio (Ti) es considerado un material pesado, o mejor dicho un material transitorio, porque posee una densidad superior de 0.005 kg/dm3 de los 4,5kg/dm3 para ser considerado un material ligero.
¿Qué material metálico es característico por su falta de plasticidad?
Fundiciones (Ghisa), Tienen un porcentaje de carbono entre 2,14% y 6,67%, son menos dúctiles y maleables (con el carbono se aumentan dureza y fragilidad). No tienen una buena soldadura, y su nombre se debe a que su temperatura de fusión es muy baja (1100ºC). Es usado para motores generalmente. Su baja temperatura de fusión lo hace idóneo para moldes y añadiendo magnesio es maleable.
¿Qué material metálico es característico por su elevada plasticidad?
El acero, Son más tenaces, duros, dúctiles, maleables (tanto en frío, como en caliente), oxidables… y se pueden forjar y soldar con facilidad. Tienen del 0,1% al 2,14% de carbono. Estas características lo hacen apto para chapa, carrocería, vehículos, perfiles, alambres, herramientas… Si tienen un bajo porcentaje de carbono se denominan «suaves», y pueden mezclarse con un 12% de cromo para crear aceros inoxidables.
¿Que consideramos una fundición?
Las fundiciones son aleaciones hierro-carbono donde el contenido de carbono varía entre 2.14% y 6.67% ya que las de mayor contenido de carbono carecen de valor práctico en la industria
¿Qué es un proceso fabríl?
Se llama proceso fabril a la series de cambios y transformaciones a la que se somete la materia prima desde su llegada a la plata de producción hasta convertirse en el producto final; todas las industrias que producen algo a partir de una materia prima sometida a cambios, desarrolla un proceso fabril.
¿Qué es una solicitación mecánica?
Las estructuras constructivas están sometidas a una interacción de fuerzas que resulta en esfuerzos diversos sobre ellas mismas que, en función de el punto de aplicación, su dirección y su sentido, derivan en tensiones sobre el material que pueden crear deformaciones o incluso la rotura. Para ello el estudio del comportamiento y resistencia del material y de las fuerzas que actúan sobre él es necesario, para, posteriormente, poder escoger el material y la forma necesaria para que pueda resistir a esta serie de conjunto de fuerzas que se aplican sobre él.
Atendiendo a la dirección y sentido en que actúan las fuerzas que los originan, los esfuerzos se clasifican en: Tracción, Compresión, Flexión, Torsión, Cizalla.
¿Qué es la cizalla?
Es el esfuerzo interno o resultante de las tensiones paralelas a la sección transversal de un prisma mecánico como por ejemplo una viga o un pilar. La tensión, fijado un plano, actúa tangente al mismo.
No deben confundirse la noción de esfuerzo cortante de la de tensión cortante. Las componentes del esfuerzo cortante puede obtenerse como las resultantes de las tensiones cortantes. Dada la fuerza resultante de las tensiones sobre una sección transversal de una pieza prismática, el esfuerzo cortante es la componente de dicha fuerza que es paralela a una sección transversal de la pieza prismática.
Puede determinarse en un ensayo de torsión, donde es igual a la resistencia a la torsión. La resistencia a la cizalladura de un plástico es la carga máxima necesaria para cizallar una probeta de forma que las piezas resultantes estén totalmente separadas. Se indica en psi en función del área del borde cizallado. La resistencia a la cizalladura de un adhesivo estructural es el esfuerzo de cizalladura máximo en el adhesivo antes de la rotura bajo carga de torsión .
¿Qué es la flexión?
El esfuerzo de flexión puro o simple se obtiene cuando se aplican sobre un cuerpo pares de fuerza perpendiculares a su eje longitudinal, de modo que provoquen el giro de las secciones transversales con respecto a los inmediatos.
Sin embargo y por comodidad para realizar el ensayo de los distintos materiales bajo la acción de este esfuerzo se emplea generalmente a las mismas comportándose como vigas simplemente apoyadas, con la carga concentrada en un punto medio (flexión practica u ordinaria).
En estas condiciones además de producirse el momento de flexión requerido, se superpone a un esfuerzo cortante, cuya influencia en el cálculo de la resistencia del material varia con la distancia entre apoyos, debido a que mientras los momentos flectores aumentan o disminuyen con esta, los esfuerzos cortantes se mantienen constantes por lo que será tanto menor su influencia cuanto mayor sea la luz entre apoyos.
Es por esta razón que la distancia entre los soportes de la probeta se han normalizado convenientemente en función de la altura o diámetro de la misma, pudiendo aceptar entonces que la acción del esfuerzo de corte resulta prácticamente despreciable. Para ensayos más precisos la aplicación de la carga se hace por intermedio de dos fuerzas con lo que se logra “flexión pura”.
Algunos de los materiales que mejor resisten estos esfuerzos son la silicona o el caucho. El caucho natural proviene del látex, una sustancia extraída de algunos árboles mediante un procedimiento conocido como sangrado, que luego de ser sometido al procesamiento para purificarlo, se distribuye. Se usaba en la época prehispánica en la fabricación de pelotas, calzado, mantas y otros por su impermeabilidad. Sometido a distintas temperaturas cambian sus propiedades físicas. A lo largo de la historia se ha manipulado el caucho por medio de procesos químicos quitando componentes indeseados o agregando otras sustancias, como azufre, para mejorar sus capacidades y así tener un uso más amplio, incluso por medio de investigaciones se ha hecho que la vida útil del caucho se duplique. Con él se fabrican mangueras, neumáticos, guantes, zapatos, mantas, amortiguadores. Existen sustancias conocidas como caucho sintético por su capacidad de imitar las cualidades del caucho natural, obtenidas por reacciones químicas formando polímeros como el plástico. Después de su fabricación se vulcaniza.
¿Con qué característica está íntimamente relacionado el pandeo?
El pandeo está íntimamente relacionado con la esbeltez: La esbeltez es una característica mecánica de las barras estructurales o prismas mecanicos que relaciona la rigidez de la sección transversal de una pieza prismática con su longitud total. Se caracteriza por un parámetro adimensional que interviene en el cálculo de las tensiones y predice las inestabilidades elásticas de las barras.
Además se distingue entre los valores de 'esbeltez natural' dependientes sólo de las propiedades geométricas y mecánicas de la barra y 'esbeltez efectiva' que contabiliza también las condiciones de enlace o sujeción en los extremos de la barra.
¿Cómo es la rotura de una pieza sometida a tracción?
En el cálculo de estructuras e ingeniería se denomina tracción al esfuerzo a que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a estirarlo.
Lógicamente, se considera que las tensiones que tiene cualquier sección perpendicular a dichas fuerzas son normales a esa sección, y poseen sentidos opuestos a las fuerzas que intentan alargar el cuerpo.
¿Cómo es la rotura de una pieza sometida a torsión?
En ingeniería, torsión es la solicitación que se presenta cuando se aplica un momento sobre el eje longitudinal de un elemento constructivo o prisma mecánico, como pueden ser ejes o, en general, elementos donde una dimensión predomina sobre las otras dos, aunque es posible encontrarla en situaciones diversas.
¿Cómo es la rotura de una pieza sometida a compresión?
El esfuerzo de compresión es la resultante de las tensiones o presiones que existen dentro de un sólido deformable o medio continuo, caracterizada porque tiende a una reducción de volumen del cuerpo, y a un acortamiento del cuerpo en determinada dirección.
En piezas estructurales suficientemente esbeltas los esfuerzos de compresión puede producir además abolladura o pandeo.En un prisma mecánico el esfuerzo de compresión puede ser simplemente la fuerza resultante que actúa sobre una determinada sección transversal al eje baricéntrico de dicho prisma, lo que tiene el efecto de acortar la pieza en la dirección de eje baricéntrico. Las piezas prismáticas sometidas a un esfuerzo de compresión considerable son susceptibles de experimentar pandeo flexional, por lo que su correcto dimensionado requiere examinar dicho tipo de no linealidad geométrica.
El ensayo que permite conocer la resistencia del material a este esfuerzo consiste en ejercer fuerza al material con la intención de comprimirlo.
Los materiales cerámicos son los que más resisten a este esfuerzo. puesto que su estructura dotada de poros, los cuales se aprecian a simple vista, aportan al material una cierta "capacidad de comprensión" puesto que estos poros absorben la carga que se les aplica.
¿Con qué ser ha relacionado erróneamente la dureza?
Se suele relacionar erróneamente con la tenacidad: es la energía de deformación que puede absorber o acumular, un material antes de alcanzar la rotura en condiciones de impacto. En mineralogía la tenacidad es la resistencia que opone un mineral u otro material a ser roto, molido, doblado, desgarrado o suprimido.
¿Que es la dureza de un material?
Oposición que ofrecen los materiales a alteraciones como la penetración, la abrasión, el rayado, la cortadura, las deformaciones permanentes, entre otras. Por ejemplo: la madera puede rayarse con facilidad, esto significa que no tiene mucha dureza, mientras que el vidrio es mucho más difícil de rayar.
¿Que es la corrosión?
La corrosión se define como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno. De manera más general, puede entenderse como la tendencia general que tienen los materiales a buscar su forma de mayor estabilidad o de menor energía interna. Siempre que la corrosión esté originada por una reacción electroquímica (oxidación), la velocidad a la que tiene lugar dependerá en alguna medida de la temperatura, de la salinidad del fluido en contacto con el metal y de las propiedades de los metales en cuestión. Otros materiales no metálicos también sufren corrosión mediante otros mecanismos. El proceso de corrosión es natural y espontáneo.
La corrosión es una reacción química (oxido-reducción) en la que intervienen tres factores: la pieza manufacturada, el ambiente y el agua, o por medio de una reacción electroquímica.
Los factores más conocidos son las alteraciones químicas de los metales a causa del aire, como la herrumbre del hierro y el acero o la formación de pátina verde en el cobre y sus aleaciones (bronce, latón).
Sin embargo, la corrosión es un fenómeno mucho más amplio que afecta a todos los materiales (metales, cerámicas, polímeros, etc.) y todos los ambientes (medios acuosos, atmósfera, alta temperatura, etc.)
Es un problema industrial importante, pues puede causar accidentes (ruptura de una pieza) y, además, representa un costo importante, ya que se calcula que cada pocos segundos se disuelven cinco toneladas de acero en el mundo, procedentes de unos cuantos nanómetros o picómetros, invisibles en cada pieza pero que, multiplicados por la cantidad de acero que existe en el mundo, constituyen una cantidad importante.
La corrosión es un campo de las ciencias de materiales que invoca a la vez nociones de química y de física (fisicoquímica).
¿Qué metales no sufren oxidación?
Los metales nobles son aquellos que no reaccionan fácilmente con otros y son poco capaces de corroerse u oxidarse, por eso son muy apreciados en joyería y en diversos usos tecnológicos.
Los más conocidos son el oro, plata y el platino, pero también forman parte de este grupo el grupo del platino: rutenio, osmio, rodio, iridio, y paladio y el elemento 112 conocido como ununbio.
¿Qué es un óxido permeable?
El óxido es una reacción natural del hierro y el oxígeno ante la presencia de agua o humedad en el aire. Se presenta normalmente como una capa de partículas de colores terrosos intensos, anaranjados, rojos y marrones; pero también pueden ser amarillos, ocres, grises o negros. Nos referimos comúnmente al óxido como la oxidación del hierro (óxido férrico Fe2O2) y sus aleaciones, como el acero o acero corten. Pero hay otros muchos tipos de óxidos, como los verdines que se producen en el cobre y otros metales.
Un oxido permeable se ve con el acero normal: esto ocurre debido a que el oxido de hierro es permeable al agua, dejando de nuevo el hierro expuesto a una nueva oxidación. en el acero inox, es el cromo el que realmente ofrece la protección al oxidarse y hacer una capa impermeable de oxido de cromo sobre la superficie de la aleación.
¿Qué es un óxido protector?
Conociendo que es la oxidación, el oxido protector se ve en aluminio, que al oxidarse produce una fina pero durísima e impermeable capa de oxido de aluminio capaz de proteger al resto del aluminio. En ciertas estructuras se busca esta reacción para creara atreves de esta capa de oxido una película protectora. es usada en los viaductos.
¿Qué es el sinterizado?
Sinterización es el tratamiento térmico de un polvo o compactado metálico o cerámico a una temperatura inferior a la de fusión de la mezcla, para aumentar la resistencia mecánica de la pieza, ya que se ha aumentado el tamaño de grano.
En la fabricación de cerámicas, este tratamiento térmico transforma un producto en polvo en otro compacto y coherente por medio de la jarolizacion. La sinterización se utiliza de modo generalizado para producir formas cerámicas de alúmina, berilia, ferrita y titanatos.
En la sinterización las partículas coalescen (se funden) por difusión atómica al estado sólido a muy altas temperaturas, pero por debajo del punto de fusión o vitrificación del compuesto que se desea sinterizar. En el proceso, se produce difusión atómica entre las superficies de contacto de las partículas, lo que provoca que resulten químicamente unidas.
¿Qué es el corte en 2D?
El corte con láser es una técnica empleada para cortar piezas de chapa caracterizada en que su fuente de energía es un láser que concentra luz en la superficie de trabajo. Para poder evacuar el material cortado es necesario el aporte de un gas a presión como por ejemplo oxígeno o nitrógeno. Es especialmente adecuado para el corte previo y para el recorte de material sobrante pudiendo desarrollar contornos complicados en las piezas.
Entre las principales ventajas de este tipo de fabricación de piezas se puede mencionar que no es necesario disponer de matrices de corte y permite efectuar ajustes de silueta o modificaciones sobre el diseño inicial.
El corte por haz láser es un proceso de corte térmico que utiliza fundición o vaporización altamente localizada para cortar el metal con el calor de un haz de luz coherente, generalmente con la asistencia de un gas de alta presión. Se utiliza un gas de asistencia para eliminar los materiales fundidos y volatilizados de la trayectoria del rayo láser.
¿Qué es la calderería?
La calderería o pailería (también calderería industrial o pailería industrial) es una especialidad profesional de la fabricación mecánica que tiene como función principal la construcción de depósitos aptos para el almacenaje y transporte de sólidos en forma de granos o áridos, líquidos y gas; así como todo tipo de construcción naval y estructuras metálicas. Muchos de estos depósitos reciben el nombre de silos y cisternas. El material más común que se trabaja en calderería es el acero laminado y vigas en diferentes aleaciones, formas y espesores. Tiene su origen histórico en el Gremio de Caldereros.
Ejemplos significativos de construcción en calderería: la Torre Eiffel, el puente colgante de Vizcaya, la estructura que sustenta el Museo Guggenheim Bilbao, etcétera. Y en la construcción naval: petroleros, gaseros, etcétera.
En un taller o una industria de calderería, es común encontrar la siguiente maquinaria:
· cizallas para cortar la chapa;
· prensas de estampar y troquelar chapa;
· máquinas de rodillos para doblar y conformar la chapa;
· remachadoras (en desuso, reemplazadas por la soldadura);
· máquinas de soldar de corriente continua y alterna, manuales y automáticas;
· sopletes de corte (acetileno o propano y oxígeno).
Cuando se trata de construcción de depósitos que van a trabajar a altas presiones, la calidad del metal que lo compone y las soldaduras que lleve durante su construcción se someten a diversas pruebas, las más habituales: soldaduras y materiales revisados mediante ultrasonidos y rayos X.
La calificación profesional de los técnicos en calderería tiene que ser elevada, para asegurar la calidad necesaria a este tipo de productos. También se requiere que los soldadores estén homologados por diferentes organismos de control de calidad.
Existe una variante de la calderería denominada calderería plástica, cuyo concepto general es similar. La diferencia principal es que, como materia prima, se emplean termoplásticos en lugar de metales.
¿Qué es la elasticidad?
En física el término elasticidad designa la propiedad mecánica de ciertos materiales de sufrir deformaciones reversibles cuando se encuentran sujetos a la acción de fuerzas exteriores y de recuperar la forma original si estas fuerzas exteriores se eliminan.
¿Qué es la maleabilidad?
La maleabilidad es la propiedad de un material duro de adquirir una deformación mediante una compresión sin romperse. A diferencia de la ductilidad, que permite la obtención de hilos, la maleabilidad favorece la obtención de delgadas láminas de material, también es considerada como una propiedad cualitativa .
El elemento conocido más maleable es el aluminio, que se puede malear hasta láminas de una diezmilésima de milímetro de espesor. También presentan esta característica otros metales como el platino, la plata, el cobre, el hierro y el oro.
¿Cual es el metal más relacionado con la ductilidad?
la ductilidad de un metal es la propiedad que le permite estirarse o cambiar de forma de algún otro modo sin romperse, retener su otra forma después de que se ha eliminado la carga. Puede determinarse por medio de la prueba de tensión. La ductilidad de una soldadura o de los metales también puede medirse por la prueba de doblado.
Los aceros tienen una alta capacidad para trabajarlos, doblarlos y torcerlos por eso son muy dúctiles
¿Qué propiedad de los materiales se relaciona directamente con la soldadura?
La soldadura es el método más eficaz y el único posible de unir dos o más piezas metálicas para hacerlas funcionar como un solo elemento. Es el método más económico de unir en forma permanente partes metálicas. Es un concepto de diseño que permite libertad y flexibilidad, que no son posibles en la construcción de piezas de fundición.
La soldadura es la mejor forma de proteger y conservar los materiales, protegiendo su superficie con recubrimientos especiales metálicos. Soldando se pueden hacer recubrimientos que endurecen la superficie para proporcionar a ciertas aleaciones especiales resistencia al desgaste.
¿Qué medida marca la frontera entre plasticidad y elasticidad?
Para entender la frontera entre plasticidad y elasticidad hay que conocer cada uno de estos temas:
Elasticidad; propiedad mecánica de ciertos materiales de sufrir deformaciones reversibles cuando se encuentran sujetos a la acción de fuerzas exteriores y de recuperar la forma original si estas fuerzas exteriores se eliminan.
Plasticidad; comportamiento mecánico característico de ciertos materiales anelásticos consistente en la aparición de deformarse permanente e irreversiblemente cuando se encuentra sometido a tensiones por encima de su límite elástico.
conociendo estos temas la frontera viene marcada cuando el material deja de comportarse elásticamente y entra a comportarse como un material plástico.
¿Qué es el módulo de Young?
El módulo de Young o módulo de elasticidad longitudinal es un parámetro que caracteriza el comportamiento de un material elástico, según la dirección en la que se aplica una fuerza. Este comportamiento fue observado y estudiado por el científico inglés del siglo XIX Thomas Young, aunque el concepto fue desarrollado en 1727 por Leonhard Euler, y los primeros experimentos que utilizaron el concepto de módulo de Young en su forma actual fueron hechos por el científico italiano Giordano Riccati en 1782, 25 años antes del trabajo de Young.1 El término módulo es el diminutivo del término latino modus que significa “medida".
Para un material elástico lineal e isótropo, el módulo de Young tiene el mismo valor para una tracción que para una compresión, siendo una constante independiente del esfuerzo siempre que no exceda de un valor máximo denominado límite elástico, y es siempre mayor que cero: si se tracciona una barra, aumenta de longitud.
Tanto el módulo de Young como el límite elástico son distintos para los diversos materiales. El módulo de elasticidad es una constante elástica que, al igual que el límite elástico, puede encontrarse empíricamente mediante ensayo de tracción del material. Además de este módulo de elasticidad longitudinal, puede definirse el módulo de elasticidad transversal de un material.
¿Qué se obtiene mediante ensayo con el péndulo de Charpy?
El péndulo de Charpyse utiliza en ensayos para determinar la tenacidad de un material. Son ensayos de impacto de una probeta entallada y ensayada a flexión en 3 puntos. El péndulo cae sobre el dorso de la probeta y la parte. La diferencia entre la altura inicial del péndulo (h) y la final tras el impacto (h') permite medir la energía absorbida en el proceso de fracturar la probeta. En estricto rigor se mide la energía absorbida en el área debajo de la curva de carga, desplazamiento que se conoce como resiliencia.
¿Qué es Rockwell C?
Dureza Rockwell: Se utiliza como punta un cono de diamante (en algunos casos bola de acero). Es la más extendida, ya que la dureza se obtiene por medición directa y es apto para todo tipo de materiales. Se suele considerar un ensayo no destructivo por el pequeño tamaño de la huella.
Existe una variante del ensayo, llamada Rockwell superficial, para la caracterización de piezas muy delgadas, como cuchillas de afeitar o capas de materiales que han recibido algún tratamiento de endurecimiento superficial.
¿Qué es Vickers?
El ensayo de dureza Vickers, llamado el ensayo universal, es un método para medir la dureza de los materiales, es decir, la resistencia de un material a ser penetrado. Su penetrador es una pirámide de diamante con un ángulo base de 136°.
¿Qué es el trefilado?
Se entiende por trefilar a la operación de conformación en la reducción de sección de un alambre o varilla haciéndolo pasar a través de un orificio cónico practicado en una herramienta llamada hilera o dado. Los materiales más empleados para su conformación mediante trefilado son el acero, el cobre, el aluminio y los latones, aunque puede aplicarse a cualquier metal o aleación dúctil.
¿Con qué característica específica de los materiales se relaciona el laminado?
El laminado es un proceso de deformación y conformación volumétrica en el que se reduce el espesor inicial del material trabajado mediante las fuerzas de compresión aplicadas a través de un juegos de rodillos o por medio de canales tallados, para dar forma al material desudo se relaciona de forma directa con la maleabilidad
¿Se puede producir arranque de viruta por medios manuales?
El nombre de esta técnica se debe a que el material es arrancado o cortado con una herramienta dando lugar a un desperdicio o viruta. La herramienta consta, generalmente, de uno o varios filos o cuchillas que separan la viruta de la pieza en cada pasada.
Las virutas se diferencian entre sí, dependiendo de la herramienta con que se esté mecanizando usualmente el arranque de viruta es mecanizado pero se puede ver de forma manual cuando la pieza es tratada de forma artesanal
¿Qué es un material sintético?
Para explicar que es un material sintético, primero debemos de saber que significan estas dos palabras, para ello empecemos primero con material, ¿que quiere decir la palabra material? material es algo físico, es decir, es todo aquello que podemos percibir con los sentidos.
Por ejemplo, material puede ser la madera, el hierro, el plástico, todo lo que nos rodea y podamos ver, tocar, incluso oler (ya que los que olemos son partículas, materia al fin y al cavo).
A su vez, sintético es algo que no es natural, sino que se hace a base de procesos químicos para remplazar algo, por ejemplo, naturales son los aceites minerales para los motores, sin embargo a partir de ellos se han creado por laboratorio los aceites sintéticos que los remplazan (mejorando mucho las características del aceite mineral)
¿Que obtenemos si unimos las dos partes, materiales y sintéticos? una materia (algo físico) que no es natural, sino que está hecho a base de productos químicos para satisfacer alguna necesidad que tenemos las personas, es un material que no se encuentra en estado natural, pero que le necesitamos para utilizarles, tanto en la industria, como en el día a día de cualquier persona normal.
Los materiales sintéticos, no tienen que ser exactamente creados por laboratorio (como lo son los distintos plásticos, que es el material sintético por excelencia, el primero que se nos viene a todos a la cabeza) con sustancias químicas, sino también los podemos crear partiendo de sustancias naturales, como puede ser el papel, o también el petróleo es un material natural, sin embargo, la gasolina es sintético, ya que es necesario la mano del hombre para obtenerlo (se obtiene mediante destilación fraccionada, que es un proceso químico, o más bien térmico).
En la actualidad es difícil mirar a nuestro alrededor y no ver materiales sintéticos (a menos que estés en medio de un monte), ya que casi todo está hecho con ellos, de hecho hay mas materiales sintéticos que naturales, y tal y como sigue avanzando la tecnología, cada vez habrá más, ya que se descubren compuestos nuevos .
¿Entonces, si hay tantos materiales sintéticos, los hay en el coche?
La respuesta claramente es si, la mayor parte de ellos son plásticos, casi todos de hecho, y en el interior (en el habitáculo) es donde están la mayor cantidad, de hecho basta con sentarte dentro de cualquier coche actual y observar, el volante, el salpicadero, los botones, palanca de cambios, los paños de las puertas, hasta el cinturón es sintético, se hace así ya que el plástico es barato, es muy moldeable (se le puede dar la forma que queramos y por eso los salpicaderos actuales tienen formas redondeadas).
Después, donde mas encontramos es en la carrocería, las defensas, los spoilers, las rejillas, los faros, los pasos de rueda... etc. son materiales sintéticos (plásticos) gracias a eso se consigue reducir mucho el peso del coche y también la capacidad de absorción de los impactos.
Por último, encontramos materiales sintéticos bajo el capo, como pueden ser los manguitos, el conducto de admisión, la funda de los cables, tuberías de plástico..etc. o fuera del vano motor, como son las gomas de las puertas, o incluso la silicona o pegamento de lunas es un material sintético;
y también los encontramos en una parte fundamental del vehículo, las ruedas, en las que todos los neumáticos se fabrican de caucho.
¿Como hacemos para obtener esos materiales si no están en la naturaleza? para conseguirlos debemos de sintetizar los materiales que si tenemos, sintetizar un material consiste en primero analizar un material, que es separar sus componentes a nivel molecular, o llegar hasta nivel atómico, es decir a nivel de elementos simples.
Y después sintetizarle, que consiste en ir agregándole componentes hasta conseguir un nuevo material a nivel de molécula nueva.
Gracias a este proceso los seres humanos hemos podido obtener nuevos compuestos a partir de cosas que ya teníamos en la naturaleza, por ejemplo, del caucho natural, que no es otra cosa que la savia de un árbol, se ha podido obtener caucho vulcanizado, el cual es caucho al que se le aplica azufre con calor, para sí mejorar sus características cuando esta frío y caliente, y gracias a eso podemos hoy tener neumáticos en los coches (el que descubrió este proceso fue Charles Goodyear en 1839).
Con la síntesis de materiales no solo podemos crear nuevos compuestos a partir de los naturales, sino que también los podemos crear a partir de compuestos que ya existen, por ejemplo, a partir del caucho etileno propileno o EPM (el aislante de los cables de antes), se ha creado el caucho etileno propileno dieno o EPDM que se utiliza a modo de aislante en la construcción, sustituyendo en muchos casos a la tela asfáltica.
Existen tres formas de sintetizar materiales para crear nuevos materiales sintéticos, pero lo primero que tenemos que saber es que es un monómero, "un monómero (del griego mono, ‘uno’, y meros, ‘parte’) es una molécula de pequeña masa molecular que está unida a otros monómeros, a veces cientos o miles, por medio de enlaces químicos, generalmente covalentes, formando macromoléculas llamadas polímeros", una vez sabido esto, veamos los distintos procesos.
Se sintetizan los materiales por polimerización, es una reacción química en la que los monómeros, que son pequeñas moléculas con unidades estructurales repetitivas, se unen para formar una larga molécula en forma de cadena, un polímero. Se van uniendo monómeros como si fuesen ladrillos en una casa, de forma que la casa seria el polímero, por lo que hace falta miles de monómeros para hacer cada polímero.
Las polimerizaciones pueden ser por condensación o por adicción:
1) Poli condensación: se da cuando la molécula de monómero pasa a formar parte del polímero sin perder átomos, es decir, la composición química del polímero es igual a la suma de las composiciones químicas de los monómeros que la han creado
3) Poli adicción: se da si la molécula de monómero pierde átomos cuando pasa a formar parte del polímero. Por lo general se pierde una molécula pequeña, como agua.
¿Qué tipos de enlaces existen?
En el mundo existen millones de sustancias diferentes, pero solo unos poco elementos químicos que las forman (son los elementos de la tabla periódica).
Entonces... ¿como se forman tantas sustancias si existen tan pocos elementos?, la respuesta es simple, mezclando las, de hecho, muchas veces los propios elementos se juntan solos, ya que por separado son inestables (son inestables porque tienen un numero distinto a 8 electrones en su última capa).
Un material se hace estable cuando tiene 8 electrones en su último nivel, y todos los elementos tienden siempre a estar estables, por lo que los átomos de los elementos tienden a adquirir una estructura de 8 electrones en su último nivel, que se le llama capa de valencia, para ello, ceden, cogen o incluso comparten electrones con otros átomos, los cuales pueden ser incluso de distinta naturaleza (esto que acabo de relatar ahora se le llama ley del octeto).
Es esa tendencia de los átomos a unirse a lo que llamamos enlace químico, cuando se forman estos enlaces (en los que dentro de la unión se encuentran varios átomos) dan lugar a moléculas, y estas incluso se pueden unir entre si y formar estructuras multimoleculares (estos enlaces, si están los átomos ordenados en ellos, y están muy "pegadas" entre sí forman estructuras cristalinas)
Estos enlaces los hay de muchos tipos, pero yo me centrare en tres, que por así decirlo son los principales, que son: el enlace iónico, el enlace covalente y por último el enlace metálico, los cuales ahora veremos más detenidamente:
-Enlace iónico: Como ya dije, los elementos se unen entre sí para formas las sustancias que tenemos en todo el mundo, cuando un elemento metal se une con un elemento no metal (es decir ceden electrones el uno al otro para tener 8 en la capa de valencia), normalmente, los metales tiene más de 8 electrones en la última capa, por lo que ceden los que le sobran al no metal y este se une al elemento metálico para mantenerse estable y así seguir manteniéndose con 8 electrones.
Un típico enlace iónico seria la sal (cloruro sódico o NaCl), la cual resulta de la unión del sodio con el cloro, en el que el sodio (metal cede un electrón y el cloro (no metal) le gana.
En este caso hay unas fuertes fuerzas de atracción entre ambos crea un orden de las moléculas y se crea una red cristalina.
Como norma general este tipo de enlaces son bastante fuertes, se disuelven en agua (como ya he dicho la sal es un claro ejemplo), pero no en gasolina y cuando están disueltos conducen muy bien la electricidad, pero si están en estado sólido son aislantes tienen puntos de fusión elevados, son sólidos a temperatura ambiente
-Enlace covalente: De entre las muchas sustancias que hay, solamente unas pocas son iónicas, a lo que voy es que debemos pensar entonces como hacer para conseguir estabilizar los iones y formar otros enlaces.
Aquí es donde entran en juego los enlaces covalentes, estos enlaces en vez de ser formados por un metal y un metal, están formados por 2 no metales, que pueden ser iguales o diferentes, o puede ser un no metal con hidrógeno y a demás de eso, se diferencian de los iónicos, en que en vez de ceder y adquirir electrones para tener 8, estos los comparten
Existen los enlaces covalentes simples (comparten 1 par de electrones), los dobles(comparten 2 pares de electrones) y los triples (que comparten 3 pares de electrones)
Sus características dependen de si se han creado estructuras cristalinas con ellos, o si solo son moléculas; en el caso de ser estructuras cristalinas (como puede ser el cuarzo), tienen puntos de fusión altos, no conducen la electricidad y son difíciles de disolver.
En el caso de ser moléculas, a temperatura normal y corriente son gases, líquidos (como el agua, que es un enlace covalente, H2O), tienen puntos de fusión y ebullición bajos y por lo general no conducen muy bien la electricidad.
-Enlace metálico: Este enlace se forma de un modo distinto a los demás, y es que ni cede ni comparte electrones, sino que los distribuye por la superficie de una estructura cristalina, en profundidad el enlace metálico, este es muy distinto a los dos tipos de enlaces que hemos visto hasta ahora: el enlace covalente y el enlace iónico, los metales, aunque no lo veamos, están formados por pequeños cristales, ya que se basa en una estructura cristalina, pero a diferencia de los otros enlaces, este no cede ni comparte electrones, sino que hace una cosa completamente distinta, los libera (solo los electrones de valencia, los de la ultima capa) haciéndose un ion positivo, estos iones positivos (o lo que es lo mismo cationes) se ordenan formando una estructura cristalina y los electrones que han liberado los envuelven como si fueran una nube o una manta por así decirlo.
Estos electrones se pueden mover muy fácilmente, ya que no están casi sujetos a nada, y si recordamos algo de química, tenemos que saber que son los electrones de valencia (los de la ultima capa) los que se mueven en la corriente eléctrica, por eso es por lo que los metales conducen muy bien la electricidad, porque sus electrones de valencia al estar formando una nube al rededor de la estructura cristalina, no tienen problemas a la hora de desplazarse.
Además, al tener los átomos (cationes) muy juntos, obtenemos mas densidad, esa estructura tiene una gran cualidad, y es que como entre los cationes no hay electrones, estos se pueden juntar mas unos a otro, por lo que generan una estructura cristalina muy fuerte .
¿A qué se denomina nube electrónica?
La nube electrónica, también llamado Envoltura o Zona Extranuclear. Es la zona energética del espacio exterior al núcleo y en donde se encuentran las partículas denominadas electrones (e-).
Los electrones son de carga eléctrica negativa y girando a grandes velocidades, no pudiéndose definir con exactitud su velocidad y su posición.
El volumen de la nube electrónica abarca prácticamente todo el átomo
¿Puede el acero ser diamagnético?
La respuesta más correcta sería un ambiguo “depende“ Es importante comprender que el acero no es un metal puro ni un metal con un revestimiento sino una aleación, una combinación de hierro con una cantidad de carbono variable La adición de otros metales se realiza para conseguir otras características o mejorar algunas propiedades en función del uso que se le vaya a dar al producto. Es la proporción de estos metales la que hará que el acero final presente o no propiedades magnéticas
¿Qué es el Acero?
El acero es la aleación mas empleada en los vehículos, este es una aleación de hierro y carbono en una proporción de carbono de entre un 0,03% y un 01,67%, las propiedades que tiene el acero le hacen el ideal para ser el metal más utilizado no solo en los coches, sino en el mundo entero (ya que representa el 80% de toda la industria del metal él solito), el único inconveniente que tiene es su peso y que se oxida muy fácil.
No se conoce con bien la fecha en que se descubrió la técnica de fundir el hierro para producir acero, pero se podría decir que los primeros utensilios de hierro descubiertos por los arqueólogos en Egipto son más o menos del año 3.000 a.C, pero el acero vino después y no se sabe con plena exactitud cuando, lo que sí se sabe es que ya los griegos le conocían en el año 1.000 a.C. y se sabe porque ellos ya utilizaban el acero en las armas, por lo que también sabían como producirlo a partir del hierro, se dice que cuando tenían las espadas al rojo vivo, las clavaban en animales o muertos o en esclavos para que el carbono de la sangre se mezclara con el metal, pero no hay nada estipulado aun.
El acero como ya he dicho viene del hierro y el carbono, por lo que es necesario unirlo, esto se hace en un alto horno, en este se funde el hierro, y se le insufla carbono cuando se encuentra fundido
La temperatura de fusión del acero depende de la cantidad de carbono que tenga, y va desde los 1400 hasta los 1500ºC
El acero tiene muchas características que lo hacen destacar sobre los demás metales, entre ellas podemos destacar las siguientes:
-Alta resistencia mecánica: Los aceros son materiales con alta resistencia mecánica al someterlos a esfuerzos de tracción y compresión y lo soportan por la contribución química que tienen los aceros. Por medio de los ensayos de laboratorio se determina la resistencia a tracción y a compresión evaluando su límite elástico y el esfuerzo de rotura.
-Ductilidad: Los aceros tienen una alta capacidad para trabajarlos, doblarlos y torcerlos.
-Elasticidad: La elasticidad de los aceros es muy alta, en un ensayo de tracción del acero al estirarse antes de llegar a su límite elástico vuelve a su condición original.
Trabajabilidad: Se pueden cortar y perforar a pesar de que es muy resistente y aun así siguen manteniendo su eficacia.
-Soldabilidad: Es un material que se puede unir por medio de soldadura y gracias a esto se pueden componer una serie de estructuras con piezas rectas.
-Forjabilidad: Significa que al calentarse y al darle martillazos se les puede dar cualquier forma deseada.
-Conductividad: El acero conduce bien la electricidad, por ello, se utiliza en forma de cable para llevar corriente electricidad de alta tensión (si, en las torrar de alta tensión se utilizan cables de acero)
Como algo negativo podríamos hablar de la oxidación del acero, los aceros tienen una alta capacidad de oxidarse si se exponen al aire y al agua, la cual claro esta se mejora aleando le con metales como el cromo o el níquel o sino galvanizando le ya sea en frío o en caliente, para que no le entre oxidación
Las propiedades del acero son las siguientes:
Resistencia al desgaste: Es la resistencia que ofrece un material a dejarse erosionar cuando está en contacto de fricción con otro material.
Tenacidad: Es la capacidad que tiene un material de absorber energía sin producir fisuras (resistencia al impacto).
Maquinabilidad: Es la facilidad que posee un material de permitir el proceso de mecanizado por arranque de viruta.
Dureza: Es la resistencia que ofrece un acero para dejarse penetrar (mejor dicho dejarse rayar).
¿Qué es el latón?
El latón es una aleación de cobre y zinc. Las proporciones de cobre y zinc pueden variar para crear una variedad de latones con propiedades diversas. En los latones industriales el porcentaje de zinc se mantiene siempre inferior al 50%. Su composición influye en las características mecánicas, la fusibilidad y la capacidad de conformación por fundición, forja, troquelado y mecanizado. En frío, los lingotes obtenidos pueden transformarse en láminas de diferentes espesores, varillas o cortarse en tiras susceptibles de estirarse para fabricar alambres. Su densidad también depende de su composición. En general, la densidad del latón ronda entre 8,4 g/cm³ y 8,7 g/cm³. Su punto de fusión está entre los 900 y los 940 °C, dependiendo de la composición.
Si bien el bronce es, en cambio, principalmente una aleación de cobre con estaño, algunos tipos de latones se denominan 'bronces'. El latón es una aleación sustitucional que se utiliza para decoración debido a que su brillo le da un aspecto similar al del oro, para aplicaciones en que se requiere baja fricción, como cerraduras y válvulas, para fontanería y aplicaciones eléctricas, y, extensamente, en instrumentos musicales como trompetas y campanas, además de platillos de bajo coste (Power Beat, Paiste 101, 201 y en algunas cantidades de la serie Pst, Planet Z) por sus propiedades acústicas.
El latón es conocido por el ser humano desde épocas prehistóricas, incluso antes de que el mismo zinc fuese descubierto. Entonces se producía mediante la mezcla de cobre con calamina, una fuente natural de zinc. En las villas alemanas de Breinigerberg, un antiguo sitio romano, se descubrió donde existía una mina de calamina. Durante el proceso de mezclado, el zinc se extrae de la calamina y se mezcla con el cobre. El zinc puro, por otra parte, tiene un bajísimo punto de fusión como para haber sido producido por las técnicas antiguas para el trabajo del metal.
¿Qué es el bronce?
El bronce es toda aleación metálica de cobre y estaño, en la que el primero constituye su base y el segundo aparece en una proporción del 3 al 20 %. Puede incluir otros metales.
Las aleaciones constituidas por cobre y zinc se denominan propiamente latón; sin embargo, dado que en la actualidad el cobre se suele alear con el estaño y el zinc al mismo tiempo, en el lenguaje no especializado la diferencia entre bronce y latón es bastante imprecisa.
El bronce fue la primera aleación de importancia obtenida por el hombre y da su nombre a la Edad del Bronce. Durante milenios fue la aleación básica para la fabricación de armas y utensilios, y orfebres de todas las épocas lo han utilizado en joyería, medallas y escultura. Las monedas acuñadas con aleaciones de bronce tuvieron un protagonismo relevante en el comercio y la economía mundial. Cabe destacar entre sus aplicaciones actuales su uso en partes mecánicas resistentes al roce y a la corrosión, en instrumentos musicales de buena calidad como campanas, gongs, platillos de acompañamiento, saxofones, y en la fabricación de cuerdas de arpas, guitarras y pianos
¿Qué es un par de fuerzas?
Par de fuerzas es un sistema formado por dos fuerzas paralelas entre sí, de la misma intensidad o módulo, pero de sentidos contrarios.
Al aplicar un par de fuerzas a un cuerpo se produce una rotación o una torsión. La magnitud de la rotación depende del valor de las fuerzas que forman el par y de la distancia entre ambas, llamada brazo del par. Un par de fuerzas queda caracterizado por su momento. El momento de un par de fuerzas, M, es una magnitud vectorial que tiene por módulo el producto de cualquiera de las fuerzas por la distancia (perpendicular) entre ellas, d. Esto es, M=F{1}d=F{2}
¿Qué es el moldeo por inyección?
El moldeo por inyección es uno de los procesos más importantes en la transformación del plástico. Con él pueden fabricarse rentablemente componentes en grandes volúmenes de producción y con una gran libertad de diseño. También son posibles roscas interiores, destalonados, dentados o superficies con formas libres.
Un husillo rotativo funde el granulado plástico bajo el efecto de la temperatura y transporta la masa plastificada a la punta del husillo. Seguidamente, mediante un desplazamiento axial del husillo la masa fundida se inyecta a alta presión en el molde cerrado donde se encuentra una cavidad con la forma que deberá tener la pieza. Tras una fase de enfriamiento y endurecimiento. el molde se abre y las piezas terminadas pueden ser expulsadas o extraídas.
¿Qué es el moldeo a la cera perdida?
El moldeo a la cera perdida, fundición a la cera perdida o vaciado a la cera perdida es un procedimiento escultórico que permite obtener figuras de metal (generalmente bronce y oro) por medio de un molde que se elabora a partir de un prototipo tradicionalmente modelado en cera de abeja. Esta tecnología fue desarrollada en la Antigüedad de manera independiente y paralela por los sumerios, indios, chinos, mesoamericanos e incas, la cual fue adoptada por civilizaciones contemporáneas o posteriores.
Para la fabricación de objetos con la técnica de moldeo a la cera perdida, se utiliza un modelo en cera. Este modelo previo es rodeado de una gruesa capa de material refractario que se solidifica; una vez endurecido, se mete en un horno, que derrite la figura de cera, saliendo ésta por unos orificios creados al efecto (de ahí su denominación) y, en su lugar, se inyecta el metal fundido, que adopta la forma exacta del modelo. Para extraer la figura es necesario retirar el molde.
La principal ventaja de este procedimiento es la estrecha tolerancia dimensional, la cual no puede conseguirse mediante otros procesos. Es posible conseguir dimensiones ajustadas de 0,002 mm por mm. Es un proceso en el que tenemos que controlar numerosas variables, pero obtenemos un acabado superficial excelente. Es un proceso caro, por lo que se utiliza para la fabricación de preseries y prototipos, pudiendo ser utilizado en volúmenes de producción bajos.
Esta forma de trabajar el metal (bronce), requiere un largo, costoso y complicado proceso junto con una perfecta y adecuada combinación de diversos oficios: para el proyecto general y la coordinación, los escultores; para los primeros pasos, los moldeadores; para la labor de horneado, los fundidores y para el acabado, los cinceladores y patinadores.
¿Qué es el moldeo en coquilla?
Moldeo en coquilla: la tecnología. El moldeo en coquilla es un procedimiento de fundición que consiste en verter el material fundido en un canal que llega hasta un molde metálico, la llamada coquilla. El molde se llena exclusivamente por el efecto de la gravedad.
¿Qué es el forjado como proceso productivo?
La forja, al igual que la laminación y la extrusión, es un proceso de fabricación de objetos conformado por deformación plástica que puede realizarse en caliente o en frío y en el que la deformación del material se produce por la aplicación de fuerzas de compresión.
Este proceso se utiliza para dar una forma y unas propiedades determinadas a los metales y aleaciones a los que se aplica mediante grandes presiones. La deformación se puede realizar de dos formas diferentes: por presión, de forma continua utilizando prensas, o por impacto, de modo intermitente utilizando martillos pilones.
Hay que destacar que es un proceso de conformado de metales en el que no se produce arranque de viruta, con lo que se produce un importante ahorro de material respecto a otros procesos, como por ejemplo el mecanizado.
Los principales tipos de forja que existen son:
Forja libre
Forja con estampa
Recalcado
Forjado isotérmico
en el siguiente video se puede apreciar el forjado como proceso productivo:
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