Materiales de Ingeniería

Materiales de Ingeniería
Según los científicos, existen más de 50 000 materiales disponibles para que el
ingeniero fabrique sus creaciones [Ashby, 2008]. A la hora de seleccionar el
material adecuado para el diseño de una estructura o dispositivo, aparece la
siguiente pregunta: ¿cómo elegirá el ingeniero, entre un menú tan amplio, el
material más adecuado?. Los errores al seleccionar el material o proceso de
fabricación no adecuado pueden causar desastres; por ejemplo: durante la
Segunda Guerra Mundial, un tipo de barco mercante, donde se utilizó mucha
soldadura para su fabricación, sufrió grandes averías pero no causadas por el
enemigo, sino a causa de que se partió por la mitad en el mar, esto debido a
las bajas temperaturas que no fueron tenidas en cuanta a la hora de seleccionar
el material adecuado y construir el barco.
Ciclo de vida de los materiales.
La figura 1 presenta de manera detallada el ciclo de vida de un material
Figura 1. Ciclo de vida de los materiales. Adaptada de .
Como se observa de la figura 1, los materiales de ingeniería tienen su origen
en el suelo terrestre y después de una serie de transformaciones, como:
limpieza, mezclado, procesado y conformado, son utilizados como productos,
los cuales después de cumplir su vida útil, están disponibles para recuperarlos
a través del reciclado o desecharlos a la basura, donde se descompondrán,
volviendo a su forma original.
Historia de los materiales
Los materiales siempre han estado disponibles para que el hombre los utilice
en diferentes tipos de aplicaciones. En la Prehistoria el hombre usó materiales
naturales como: piedra, madera, arcilla, pieles. Luego, se hizo el
descubrimiento de técnicas para la producción de materiales más adecudos, de
ahí nacierón las edades del hierro y bronce donde, se crearon objetos más
resistentes. Porteriormente se hizo el descubrimiento de procesos que
permitieron modificar las propiedades de los materiales: mezcla de diferentes
materiales, tratamiento térmico y termomecánico. Sin embargo, hace
aproximadamente 60 años se inició el estudio sistemático de la relación
estructura-propiedades, donde se lograron avances importantes en el campo
de los materiales, siendo posible la creación de, prácticamente, cualquier tipo
de objeto con aplicaciones en los más diversos campos de la ingeneiría. La
figura 2 presenta algunas aplicaciones en el campo de la ingeniería; en este
caso, en la construcción de un vehículo, donde se observa además, que se
utilizan gran variedad de materiales para la construcción de ls diferentes
partes.
Figura 2. Partes de un vehículo fabricadas con diferentes tipos de materiales
[Callister, 2003].
Propiedades de los materiales.
Todo material expuesto a un estímulo ejerce una respuesta, de ahí que sean
requeridas, dependiendo de la aplicación, unas determinadas propiedades en el
material de acuerdo a su uso.
Las principales propiedades de los sólidos pueden ser agrupadas en:
Mecánicas (Dureza, resistencia, ductilidad, tenacidad, etc)
Eléctricas: Conductividad eléctrica, magnetismo, etc.
Térmicas: Conductividad térmica, aislamiento térmico, etc.
Clasificación de los materiales
Los materiales se clasifican en cuatro grandes familias que son: metales,
polímeros, cerámicos y compuestos, cada una de ellas conteniendo subfamilias
y dentro de cada subfamilia están los materiales como tal. Cada familia se
clasifica según los elementos químicos que contiene, el tipo de enlace químico
o el tipo de microestructura. La figura 3 presenta la clasificación de los
materiales por familias, y algunas aplicaciones dentro de cada una de ellas. La
materiales que componen las familias de semiconductores y biomateriales
pertenecen a alguna de las cuatro familias mencionadas, sólo que su aplicación
es tan especial que también pueden alcanzar la categoría de familia.
(I) Metales
(II) Cerámicas
(III) Polímeros
Compuestos
Semicondutores
Biomateriales
Figura 3. Clasificación de los materiales. [Askeland, 2001., Smith, 2007.,
Mangonon, 1998, Krauss, 1990]
Bibliografía:
- Ashby, Michael F., David R. H. Jones. MATERIALES PARA INGENIERÍA 1
Introducción a las propiedades. Department of Engineering, University of
Cambridge, UK, Barcelona, 2008.
- Callister, Jr. W.D.. Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales.
Editorial Reverté, S.A., (2003).
- Askeland, D. R. Ciencia e Ingeniería de los Materiales”, Editorial ParaninfoThomson Learning, (2001). 620 ASK cie
- Smith, W. F. Ciencia e Ingeniería de los Materiales.", Editorial: McGraw-Hill,
(2007).
- Mangonon, P. L. Ciencia de Materiales: selección y diseño”,. Ed. Pearson
Educación, (2001)“Introducción a la Ciencia de Materiales Para Ingenieros”, J.F.
Shackelford, Prentice Hall, 1998.
- Krauss, G. Steels: heat treatment and processing principles”, , ASM International,
1990.