Introducción a la Ciencia de los Materiales

Propiedades de los Materiales

• Maquinabilidad: Una de las principales propiedades tecnológicas de los aceros.
• Temperatura de Fusión: Los materiales cerámicos presentan las mayores temperaturas de fusión.
• Resistencia a la Corrosión: Una de las principales propiedades químicas del oro.
• Resistencia a la Tracción: Una de las principales propiedades físicas de los materiales.
• Conductividad Térmica: Los materiales metálicos son los más adecuados para la construcción de intercambiadores de calor.
• Elasticidad: Los materiales metálicos son los más utilizados en la fabricación de resortes.
• Refractariedad: Los hornos usados en la fundición de cobre se revisten interiormente con materiales cerámicos.
• Aislamiento Eléctrico: Los materiales poliméricos encuentran gran aplicación en conductores, contenedores y aislantes eléctricos.
• Conformabilidad: Considerada una propiedad mecánica de los materiales.
• Capacidad Calorífica: Una de las principales propiedades térmicas de los materiales cerámicos.

Aceros

• Arrabio: El contenido nominal de carbono del arrabio obtenido en Chile es de 4,3% aprox. El acero es un producto que se obtiene a partir de la transformación del arrabio. El alto horno es una instalación donde, a través de un proceso de fundición, se produce el arrabio.
• Proceso de Fabricación del Acero: Los aceros, en un proceso de fundición siderúrgica, pueden ser obtenidos mediante conversión al oxígeno.
• Clasificación de Aceros: Lo que hace la diferencia entre aceros normalizados, por ejemplo SAE 4140 y SAE 1040, es el contenido de los elementos de aleación. Para designar aceros inoxidables según normas SAE, se usan nomenclaturas tales como SAE 316L. Los aceros rápidos, usados en herramientas de corte, se denominan generalmente con la sigla HSS.
• Propiedades de los Aceros: La diferencia que se produce entre piezas fabricadas con aceros SAE 1020 y SAE 1045, es la dureza.

Fundiciones

• Fundición Gris Laminar: Una de las características de la fundición gris laminar es su resistencia a las vibraciones. Las aleaciones ferrosas que liberan carbono en forma de grafito al entrar en desgaste son las fundiciones grises.
• Procesos de Fabricación: Los procesos de fabricación de piezas fundidas se denominan moldeo de piezas.
• Fundición Blanca: Una de las características típicas de piezas construidas de fundición blanca es su fragilidad.

Aleaciones No Ferrosas

• Aleaciones Plomo-Estaño: Son usadas para la fabricación de las llamadas soldaduras blandas.
• Bronce: Uno de los principales materiales usados normalmente en la construcción de bujes es el bronce. Las aleaciones cobre-estaño que tienen como elemento predominante el estaño se llaman bronces.
• Aleaciones de Aluminio: Las aleaciones de aluminio 7075 usadas en fabricaciones aeroespaciales contienen como elemento predominante en sus componentes, el zinc (5.1 a 6.1%).
• Zamac: El metal base del zamac es el zinc, con un porcentaje de 94% a 97%. Otro componente de importancia es el aluminio, con 4%; cobre, con 1% a 2%, y magnesio en menor medida.
• Aleaciones Ligeras: Las aleaciones de aluminio, titanio y magnesio tienen como propiedades comunes su bajo peso y su buena resistencia mecánica.
• Conductividad Eléctrica: Si se compara la conductividad eléctrica de diferentes materiales tales como plomo, cobre, estaño y cromo, el de mayor conductividad es el cobre.

Polímeros

• Ventajas de los Polímeros: Los polímeros, comparados con otros materiales, tienen como ventaja su capacidad de aislarse térmicamente.
• Caucho: Si se compara el caucho con cualquier otro material, su principal ventaja es su buena elasticidad.
• Polímeros Termoestables: Se endurecen cuando son calentados.
• Propiedades de los Plásticos: Una de las propiedades más características de los materiales plásticos es su bajo módulo de elasticidad.
• Aplicaciones de los Polímeros: Uno de los materiales utilizados en la fabricación de correas de transmisión es el poliéster. Entre los polímeros usados para la fabricación de cojinetes de fricción, uno de los más usuales es el nylon. Por la resistencia al impacto que tiene el policarbonato, es uno de los plásticos recomendados en la fabricación de lentes de seguridad.

Materiales Sinterizados

• Aplicaciones: Los materiales sinterizados encuentran aplicaciones en la fabricación de contactos eléctricos.
• Carburos Cementados: Según las características y propiedades de los materiales sinterizados, los que se fabrican a base de carburo de tungsteno y cobalto son aplicados en herramientas de corte para altas velocidades.
• Resistencia al Desgaste: En los procesos de sinterización, la propiedad que se mejora al reforzar con alúmina es la resistencia al desgaste.
• Conductividad Eléctrica y Resistencia al Desgaste: Las aleaciones sinterizadas, a base de plata y tungsteno, combinan de forma eficaz las propiedades de conductividad eléctrica y resistencia al desgaste.

Proceso de Sinterización

Materia Prima

Polvo de hierro en distintas calidades según normas DIN-ISO previamente mezclado o aleado con otros componentes como Cu, lubricante, C, Cr, Mo, P, Ni, etc.

Mezclado

En esta fase se mezclan los distintos componentes para obtener la aleación final de forma precisa y homogénea.

Compactado

El compactado es la operación que da forma a la pieza, mediante elevada presión en moldes especiales de alta precisión montados en prensas, las cuales comprimen el polvo produciendo la unión de las partículas metálicas y obteniendo así una pieza de una resistencia mecánica mínima que le permite ser manipulada.

Sinterizado

Esta fase se realiza en hornos especiales a una temperatura inferior al punto de fusión del material, normalmente 1120°C / 1150°C, bajo una atmósfera inerte y estrictamente controlada, produciendo una soldadura de las partículas por difusión metálica entre las mismas. Las piezas así obtenidas ya tienen las características mecánicas del acero.

Calibrado

Es una fase complementaria del sinterizado. Se realiza con prensas y moldes, las cuales someten a las piezas a una mejora en la precisión geométrica y el estado superficial por deformación mecánica de la pieza contra el molde. Además, densifica y endurece el material.

Fases Complementarias

Desbarbado, mecanizado, tratamiento al vapor, tratamiento térmico, recubrimientos galvánicos, tratamientos superficiales, impregnación en aceite, ensamblajes, soldadura.

Ventajas de la Sinterización

Permite fabricar geometrías complejas, ahorro de material, elevada precisión, estabilidad del proceso en grandes series, buenas características mecánicas, productos listos para su montaje, economía de coste en comparación con otros procesos.

Algunos Productos Fabricados por Sinterización

Filtros metálicos, carburos cementados, engranes y rotores para bombas, escobillas para motores, cojinetes porosos, magnetos, contactos eléctricos.

Celdas Unitarias

• Simple: 1 átomo
• Centrada en el cuerpo: 2 átomos
• Centrada en las caras: 4 átomos
• Centrada en la base: 2 átomos