Investigacion de de campo
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INSTUTUTO TECNOLOGICO DE VILLAHERMOSA
Fundamentos de investigación
‘Propiedad de los materiales’
Integrantes:
Gabriela Anahí Díaz Hernández
Paola Álvarez Isidro
Osiris Cornelio Morales
Carrillo jerónimo Cecilia del Carmen
Carlos Alejandro Jiménez Medina
David Correa Kolansinsky
Gustavo Alberto Guzmán Chan
CATEDRATICA:
Ma. Del Carmen A. Vázquez E. de los M.
Villahermosa Tabasco, Diciembre 2014
1
Contenido
Introducción………………………………………………………….2
1. Generalidades……………………………………………………….3
2. Materiales puros…………………………………………………….4
2.1. Elementos…………………………………………………….6
2.2. Compuestos ………………………………………………..6
3. Metales ………………………………………………………………7
3.1. Ferrosos……………………………………………………..8
3.2. Proceso Siderúrgico. ………………………………………….9
3.3. Acero ……………………………………………………..….11
4. No ferrosos………………………………………………………….13
5. Aspectos ambientales……………………………………………..14
6. Materiales cerámicos……………………………………………….15
6.1 estructura cristalina……………………………………………..16
Conclusión………………………………………………………………..19
Bibliografía……………………………………………………………......20
2
Introducción
En este proyecto podremos observas las la clasificación de alguno materiales,
como son los puros y materiales cerámicos, de igual forma se describe un poco
sobre cada uno de ellos podremos consultar también las aleaciones ferrosas y no
ferrosas, con el fin de ver las propiedades de los materiales los cuales son
utilizados en diversas industrias para realizar trabajos en diferentes áreas.
Pero lo más importante es saber que es un material, ya que un material está
compuesto por elementos, generalmente los elementos químicos encontrados en
la naturaleza y representados en la tabla periódica de elementos químicos.
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1. Generalidades de los materiales
Para definir lo que es un material el autor Ashby en el año 2005 nos menciona que
lo primero que debemos de tener claro, es que un material está compuesto
por elementos, generalmente los elementos químicos encontrados en la
naturaleza y representados en la tabla periódica de elementos químicos. Sin
embargo, esto no es todo, en los materiales estos elementos están relacionados
por una composición química definida. Un ejemplo muy sencillo es la sal común,
su fórmula química es NaCl, lo que significa que hay un átomo de Sodio (Na) por
cada átomo de Cloro (Cl) y es la única forma de obtener este compuesto.
El último factor importante de un material es el acomodo de estos elementos, es
decir, su estructura, los materiales están caracterizados por tener una estructura,
determinada y única, si este acomodo cambia, cambiarán las características del
material y por lo tanto se hablará de este como una variación o como otro material
distinto.
En resumen, los materiales están formados por elementos, con una composición y
estructura única y que además, pueden ser usados con algún fin específico.
Los materiales se clasifican de forma muy general en:
Metales
Cerámicos
Polímeros
Materiales compuestos
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2.Materiales puros
La clasificación de los materiales y lo que es un material puro, el autor D., en su
libro del 2007 menciona que las sustancias puras están formadas por partículas
(átomos o moléculas) iguales, tienen una composición fija, no pueden separase
por medios físicos. Sus propiedades son específicas, bien definidas y no varían,
aun cuando dicha sustancia pura se encuentre formando parte de una mezcla.
Los materiales se clasifican en:
Metálicos
Ferrosos
No ferrosos
No metálicos
Orgánicos e inorgánicos
También se clasifican por algunas de sus propiedades las cuales pueden ser:
• El color
• El sabor
• El olor
• La densidad
• La temperatura de (fusión y ebullición)
• La solubilidad
• La conductividad térmica y eléctrica.
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Como sustancias puras tenemos el cobre, la sal, el diamante, el agua, el azúcar
de mesa, el oxígeno, el mercurio, la vitamina C, el ozono, entre muchos otros.
Las sustancias puras a su vez se clasifican en:
a) Elementos.
b) Compuestos.
Ambos son homogéneos ya que mantienen sus propiedades y características.
2.1Elementos:
En el libro de física y química 1, del 2008; los autores (maria, barrio, anton,
cabrerizo andres, bozal anton, & perez barrio, explican que los elementos son
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sustancias fundamentales simples, pueden ser moleculares o atómicas, y no se
descomponen en otras sustancias distintas. Ejemplo: oxígeno, nitrógeno,
nitrógeno gaseoso (N2), la plata (Ag).
2.1 Compuestos
El autor Miguel Hernández, en el 2012, describe que un compuesto puede
separarse, o descomponerse en sus elementos constituyentes, pero los elementos
mismos resisten todos cualquier intento de fragmentación en sustancias más
simples y fundamentales.
Están formados por moléculas y éstas están formadas por unión de átomos de
distintos elementos. Todas las moléculas del mismo compuesto son iguales entre
sí. Es importante saber que los compuestos no son mezclas, no son separables
por medios físicos. Además, tienen composiciones fijas características.
Un compuesto se representa a menudo mediante una abreviatura química
compuesta de los símbolos de sus elementos. Como por ejemplo: El NaCl
representa el cloruro de sodio, y el H2O representa el agua, dióxido de carbono
(CO2
3. Metales
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Los metales según el autor (H., feiler, reinhard , & Schmidt, 2005) son elementos
químicos caracterizados por las siguientes propiedades:
Poseen una estructura interna común.
Son sólidos a temperaturas normales, excepto el mercurio y el galio
Tienen una alta densidad
Tienen elevada conductividad térmica y eléctrica.
Tienen considerable resistencia mecánica.
Suelen ser maleables.
Se pueden fundir, conformar y reciclar.
Se pueden encontrar dos tipos de metales dependiendo de su contenido en hierro
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3.1. Ferrosos
Un material es ferroso cuando su componente principal es el hierro, esto lo explica
el autor (Howard, 1956), normalmente posee pequeñas cantidades de carbono
que se le han incorporado para que la aleación adquiera unas propiedades
especiales.
Propiedades del hierro puro:
Es un material magnético
Color blanco azulado.
Muy dúctil y maleable.
Punto de fusión: aproximadamente 1500 ºC
Densidad alta (7,87 g/cm3.)
Buen conductor del calor y la electricidad.
Se corroe y oxida con mucha facilidad.
Bajas propiedades mecánicas (al corte, limado, conformado, etc).
Es un metal más bien blando.
Se conoce como proceso siderúrgico a las operaciones que se llevan a cabo
para conseguir un material férrico de unas características determinadas. Este
proceso va desde la obtención del material de las minas hasta la obtención del
producto final.
3.2 Proceso Siderúrgico.
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La obtención del hierro por medio de una reacción química llamada reducción del
hierro. Lo menciona el autor (Gerardo, 2008) donde explica paso a paso este
proceso, como se menciona a continuación:
El alto horno es un horno especial en el que tiene lugar la fusión de los minerales
de hierro y la transformación de este en un metal rico en hierro llamado arrabio.
Su altura varía desde 30m hasta 70m, y su diámetro entre 4 y 12m. Su capacidad
de producción varia entre 500T a 1500T diarias.
En la parte superior se encuentran las dos campanas llamadas tolvas, ahí se
coloca el depósito. Tiene un sistema de apertura y cierre para que a la hora de la
carga no se escapen los gases.
El material se introduce por capas:
Una capa de materiales de Fe previamente lavado y triturado.
Una capa de carbón de coque para la fusión y reducción del material.
Una capa de material fundente que se combina con las impurezas, ganga y
cenizas, dando lugar a la escoria.
Del alto horno se obtienen estos productos:
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Escoria: es un residuo que se puede utilizar como material de construcción,
bloques o como aislantes de humedad, y en la fabricación de cemento y
vidrio.
Hierro colado o arrabio: es el producto principalmente aprovechable del alto
horno. Se presenta en estado líquido y a este metal se le denomina hierro
de primera fusión.
También se recogen otros materiales como gases, debido a las
combustiones del coque y de la reducción química del mineral de hierro.
Estos se recogen con un colector que se encuentra en la parte superior del
alto horno.
A partir de la primera fusión se produce todos los materiales ferrosos restantes:
hierro dulce, otras fundiciones, acero....
(g., 1981)
3.3. Acero
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Para la obtención del acero, el autor (Howard, 1956) explica que lo primero que
tenemos un producto ferroso intermedio, duro y frágil, que no puede ser extendido
en hilos ni en láminas y que precisa una transformación posterior para su
utilización industrial. Entonces se hace necesario reducirle el contenido de
carbono del arrabio, calentándolo, para transformarlo en acero; este material sigue
siendo duro pero mas elástico, dúctil, maleable capaz de soportar impactos. Se
traslada en estado liquido en unos contenedores especiales llamados torpedos
hasta la planta de obtención de acero. El acero se obtiene o en uno recipientes
llamados convertidores o en hornos eléctricos en los que se realiza un proceso de
fusión.
Los productos finales son:
Acero liquido: La colada del acero líquido se enfriará en unos moldes
adecuados para el los comerciantes que los necesiten.
Escoria: Se recicla para otros fines por ejemplo la construcción
Gases: Especialmente el el monóxido y dióxido de carbono, resultantes de
la combustión de carbono.
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Como se ha dicho anteriormente, el acero se alea con otros materiales con el fin
de mejorar sus propiedades mediante varios tratamientos. La tabla que continúa
muestra las propiedades que adquiere el acero cuando se alea con un material:
Material aleante Propiedades
Carbono Dureza
Resistencia
Silicio Elasticidad
Aumenta la conductividad magnética
Manganeso Dureza
Resistencia al desgaste
Cromo Dureza
Resistencia al calor y al rozamiento. Imprescindible para
hacerlo inoxidable
Níquel Aumenta la tenacidad
Resistencia a la tracción y la corrosión
Molibdeno Dureza
Resistencia al desgate mecánico en caliente
Vanadio Dureza
Resistencia al desgates mecánico en caliente
Volframio Tenacidad
Resistencia al calor y a la corrosión
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4. No ferrosos
Los autores (Miguel Hernández, 2012) (Kalpakjian, R. Schmid, Sanchez Garcia, &
figueroa lopez, 2002) (H., feiler, reinhard , & Schmidt, 2005) describen que los
materiales ferrosos son aquellos cuyo contenido en hierro ( Fe) es muy escaso.
Se pueden clasificar en tres grupos
pesados: su densidad es igual o mayor a 5gr/cm3. Se encuentra el cobre,
estaño, plomo, cinc, níquel, cromo y cobalto.
Ligeros: densidad entre 2 y 5. los mas utilizados son el aluminio y titanio
ultra ligeros: su densidad es menor de 2. se encuentran el berilio, raramente
en estado puro, mas común en una aleación, y el magnesio
Todos ellos tienen en común que están en estado puro, es ser blandos y poseer
una resistencia mecánica bastante escasa.
Metales no ferrosos más usados:
Cobre
Aluminio
Plomo
5. Aspectos ambientales
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Estos metales influyen mucho en el aspecto ambiental y en la sociedad, a
continuación de acuerdo a los autores (H., feiler, reinhard , & Schmidt, 2005) y
(Miguel Hernández, 2012) se mencionan los mas destacados.
En la creación de las minas encontramos problemas tanto visuales y
sonoros como gases tóxicos y contaminantes como es es carbonilo de
níquel, bastante toxico para los humanos.
También pueden sucederse diversos derrumbamientos a causa de las
explosiones.
En la fundición del metal también se libaran gases como CO2 en la
obtención del calor para la fundición.
Los residuos que no se pueden utilizar como pueden ser el resto del
mineral del que se extrajo el metal se devuelven a la naturaleza.
La mayor parte de los metales que existen pueden fundirse y volver a
procesare creando nuevos metales. Metales como aluminio, plomo, hierro,
acero, cobre, plata y oro son reciclados fácilmente cuando no están
mezclados con otras sustancias, porque pueden ser fundidos y cambiar de
forma o adoptar la misma anterior. De estos materiales, el hierro es el que
tiene mayor demande comercial.
6. Materiales cerámicos
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Otro de los materiales mencionados son los cerámicos, el autor (Eduardo, 2011)
explica que estos, son compuestos químicos inorgánicos o soluciones complejas,
constituidos por elementos metálicos y no metálicos unidos entre sí principalmente
mediante enlaces iónicos y/o covalentes; con gran aplicación en alfarería,
construcción, utensilios de cocina, dispositivos eléctricos...
Esta gran versatilidad de aplicaciones se debe a que poseen propiedades muy
características que no pueden ser obtenidas con ningún otro material.
Son compuestos inorgánicos constituidos por elementos metálicos y no metálicos.
Su enlace puede ser iónico o covalente.
Presenta estructura cristalina.
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6.1. ESTRUCTURA CRISTALINA
Los autores (Kalpakjian, R. Schmid, Sanchez Garcia, & figueroa lopez, 2002)
mencionan que los materiales cerámicos poseen estructuras típicas como la
estructura del NaCl, de blenda (ZnS) y de fluorita (CaF2), así como ciertas
propiedades. Sin embargo la mayoría de los cerámicos tienen estructuras
cristalinas más complicadas y variadas. Entre estas estructuras podríamos
destacar las más importantes como son:
Estructura perovskita (CaTiO3). Ejemplo: BaTiO3, en la cual los iones de
bario y oxigeno forman una celda unidad cúbica centrada en las caras con
los iones bario en los vértices de la celda unidad, y los iones oxido en el
centro de las caras, el ión titanio se situará en el centro de la celda unidad
coordinado a seis iones oxigeno.
Estructura del corindón (Al2O3). Es similar a una estructura hexagonal
compacta; sin embargo, a cada celda unidad están asociados 12 iones de
metal y 18 de oxigeno.
Estructura de espinela (MgAl2O4). Donde los iones oxigeno forman un
retículo cúbico centrado en las caras y los iones metálicos ocupan las
posiciones tetraédricas u octaédricas dependiendo del tipo de espinela en
particular.
Estructura de grafito. Tiene una estructura hexagonal compacta.
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PROPIEDADES
PROPIEDADES MECÁNICAS
Son duros y frágiles a temperatura ambiente debido a su enlace
iónico/covalente (al aplicarles una fuerza los iones de igual carga quedan
enfrentados provocando la rotura del enlace),este echo supone una gran
limitación en su número de aplicaciones. Esta fragilidad se intensifica por la
presencia de imperfecciones.
Son deformables a elevadas temperaturas ya que a esas temperaturas se
permite el deslizamiento de bordes de grano.
PROPIEDADES MAGNÉTICAS
No suelen presentar propiedades magnéticas, sin embargo podemos encontrar
cerámicas con propiedades magnéticas de gran importancia como ferritas y
granates. Éstas son las llamadas cerámicas ferrimagnéticas. En estas
cerámicas los diferentes iones tienen momentos magnéticos distintos, esto
conduce a que al aplicar un campo magnético se produzca como resultado una
imantación neta.
PROPIEDADES ELÉCTRICAS
Son en su mayoría aislantes eléctricos debido a que tienen una alta resistencia
dieléctrica y baja constate dieléctrica. Algunos de ellos presentan otras
propiedades dieléctricas como es la facilidad de polarizarse.
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PROPIEDADES TÉRMICAS
La mayoría de los materiales cerámicos tienen bajas conductividades térmicas
debido a sus fuertes enlaces iónico/covalentes. La diferencia de energía entre
la banda de covalencia y la banda de conducción en estos materiales es
demasiado grande como para que se exciten muchos electrones hacia la
banda de conducción, por este echo son buenos aislantes térmicos. Debido a
su alta resistencia al calor son usados como refractarios, y estos refractarios
son utilizados en las industrias metalúrgicas, químicas cerámicas y del vidrio.
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Conclusión
Como pudimos observar gracias a dicha información se nos hizo más fácil
comprender las propiedades de algunos materiales. La clasificación que tienen los
metales y estos a su vez se dividen, también aprendimos un poco del proceso que
se realiza para la obtención así como las aplicaciones que tiene en nuestra vida
sin darnos cuenta. Además de los materiales cerámicos las diferentes aplicaciones
que hay. También vimos la importancia de una investigación documental y a pesar
de que no utilizamos muchas fuentes debido a que en dichos libros nos explicaba
más claramente el tema, pudimos aprender a clasificar la información por la
importancia de esta.
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BibliografíaAshby, M. F. (2005). Materiales para Ingenieria 1. Introduccion a las propiedades, las aplicaciones
y el diseño. Volumen1 . Reverte.
D., c. w. (2007). introduccion a la ciencia e ingenieria de los materiales (Vol. 2). españa: reverte.
Eduardo, M. A. (2011). los materiales ceramicos. buenos aires: alsina.
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G., r. e. (1981). qumica organica. españa: reverte.
Gerardo, c. g. (2008). el estado y la globalizacion en la industri siderurgica mexicana. mexico.
H., a., feiler, K., reinhard , A., & Schmidt, P. (2005). tecnologia de los metales. españa: reverte.
Howard, l. r. (1956). introduccion a la quimica. mexico: reverte.
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