Clasificación y Propiedades de los Materiales: Metales, Aleaciones y Más

Clasificación Principal de los Materiales

Los materiales se dividen en:

• Metales
• Polímeros
• Cerámicos
• Compuestos: Combinaciones como metal-cerámico, metal-polímero y cerámico-polímero.

Evolución Histórica de los Materiales

• Edad de Piedra (hasta 3000 a.C.): Uso de materiales naturales como piedra, madera y hueso.
• Edad de Cobre (desde 2500 a.C.): Desarrollo de técnicas metalúrgicas. Los primeros metales utilizados fueron cobre, oro y plata. El cobre, aunque blando, caro y poco funcional, marcó el inicio de la metalurgia.
• Edad de Bronce (desde 1800 a.C.): Fabricación de armas mediante la aleación de cobre y estaño, resultando en un material más duro y resistente. Desarrollo de la navegación para la extracción de metales.
• Edad de Hierro (desde 1200 a.C.): El hierro, más abundante, pero no más resistente que el bronce, se volvió más cotizado y económico. Su mayor punto de fusión impulsó la fabricación de joyas y herramientas.

Características y Metalurgia Extractiva

Cobre:

• Proviene de minerales como la calcopirita y la bornita.
• Su extracción implica extraer el mineral del suelo, reducirlo a metal y purificarlo mediante electrólisis.

Metalurgia Extractiva: Ciencia que se encarga del procesamiento de metales a partir de minerales.

Propiedades de Metales Específicos

• Plata: Luminosa, químicamente inactiva, resistente a la corrosión, brillante, conductora y maleable.
• Plomo: Utilizado en fontanería, no ferroso, maleable, impermeable, usado en soldadura y revestimientos.

Aleaciones vs. Metales Puros

• Aleaciones: Combinación de metales. Son brillantes, conductoras, duras y dúctiles.
• Metales Puros: Cobre, níquel, titanio, aluminio, cromo. Son dúctiles, maleables, semiduros y conductores.

Materiales del Futuro

Incluyen la nanotecnología y los materiales híbridos.

Metales y Aleaciones en Ingeniería

• Metales de Ingeniería: Combinaciones de metal con metal o metal con no metal. Son resistentes, únicos, livianos y conductores.
• Aleaciones de Ingeniería: Se clasifican en ferrosas (al carbono y aleados).

Clasificación de Aceros según su Contenido de Carbono

• Bajo Carbono: 0.025% a 0.25% C
• Mediano Carbono: 0.25% a 0.6% C
• Alto Carbono: 0.6% a 1.4% C

Hierros Fundidos

• Contenido de carbono: 2% a 6.67%.
• Tipos:
  • Hipoeutectoides: 2% a 4.3% C
  • Eutectoides: 4.3% C
  • Hipereutectoides: 4.3% a 6.67% C
• Características: Bajo costo, maquinables, resistencia al desgaste, poco conductores.

Aluminio

Baja densidad, dúctil, maleable, anticorrosivo, pero difícil de soldar.

Metales Ferrosos y No Ferrosos

• No Ferrosos: Ligeros, moldeables, mecanizables, algunos son buenos conductores y tienen aplicaciones decorativas.
• Ferrosos: Resistentes, duraderos, tenaces, magnéticos y brillantes.

Cálculos Cristalográficos

• Densidad Planar: (Número de átomos en el plano) / (Área del plano)
• Factor de Empaquetamiento Atómico (FEA): (Número de átomos en el plano * Área del círculo) / (Área del plano)
• Densidad Volumétrica: (Número de átomos/celda * Masa atómica) / (Volumen de la celda unitaria * Número de Avogadro)

Estructuras Cristalinas Comunes

• CS (Cúbica Simple):
  • 1 átomo por celda
  • FE: 0.52
  • a = 2r
  • Ejemplos: Polonio (Po), Manganeso (Mnα)
• BCC (Cúbica Centrada en el Cuerpo):
  • 2 átomos por celda
  • FE: 0.68
  • a = 4r/√3
  • Ejemplos: Fe, Ti, W, Mo, Nb, Ta, K, Na, V, Zr, Cr
• FCC (Cúbica Centrada en las Caras):
  • 4 átomos por celda
  • FE: 0.74
  • a = 4r/√2
  • Ejemplos: Fe, Cu, Au, Pt, Ag, Pb, Ni, Al
• HCP (Hexagonal Compacta):
  • 2 átomos por celda
  • FE: 0.74
  • a = 2r
  • Ejemplos: Ti, Mg, Zn, Be, Co, Zr, Cd

Direcciones y Planos Cristalográficos

• Direcciones: Se determinan restando las coordenadas del punto final menos las coordenadas del punto inicial. Se eliminan fracciones y se usan corchetes, con una barra sobre los números negativos.
• Planos: Se identifican los puntos donde el plano cruza los ejes. Se calculan los recíprocos de las intersecciones. Se simplifican sin reducir a enteros, y se usan paréntesis, con una barra sobre los números negativos.