Fundamentos de Ciencia e Ingeniería de Materiales: Metales, Cerámicos y Compuestos

Ingeniería de Materiales: Clasificación y Procesos

I. Metales Ferrosos

Los metales ferrosos constituyen una categoría fundamental en la ingeniería, incluyendo principalmente aceros y fundiciones de hierro.

1. Producción del Hierro

El proceso de obtención del hierro parte de sus minerales:

• Minerales o Menas de Fe:
  • Magnetita (72% Fe)
  • Hematita (60% Fe)
  • Limonita (60% Fe)
  • Siderita (50% Fe)
• Procesos Mecánicos:
  • Facturación
  • Selección
  • Lavado
• Tratamientos Químicos y Reducción:
  • Exposición al aire
  • Calcinación
  • Tostefacción
  • Alto Horno: Proceso clave para la reducción, resultando en arrabio.

2. Aceros y Fundiciones

Aceros (Fe y C)

Se detallan diversas clasificaciones y tipos de aceros:

• Aceros Inoxidables:
  • Austentico
  • Ferrítico
  • Martensítico
  • Dúplex
• Aceros Aleados
• Clasificación de Aleaciones:
  • Según su aplicación.
  • Según su estructura cristalina.

Fundiciones del Hierro

Tipos principales de fundiciones:

• Fundición Gris
• Fundición Nodular
• Fundición Blanca
• Fundición Maleable
• Fundición Hierro Aleado

Características y Aplicaciones de los metales ferrosos.

II. Metales No Ferrosos

Esta sección cubre metales importantes fuera del grupo del hierro:

• Aluminio y sus aleaciones
• Cobre
• Níquel
• Titanio
• Zinc (Zn)
• Plomo y Estaño

Metales Especiales

• Metales Refractarios: Molibdeno, Wolframio (W, tungsteno).
• Metales Preciosos: Oro, Plata, Platino.
• Superaleaciones: Basadas en Fe, Ni, Co.

III. Tratamientos Térmicos y Endurecimiento

Tratamiento Térmico General

El recocido es un tratamiento fundamental. Se estudian los tipos de recocido.

Templabilidad de los Aceros

La templabilidad se refiere a la capacidad de un acero para endurecerse por temple:

• Conceptos como el diámetro crítico ideal (Grossmann).
• Método Jominy para medir la templabilidad.
• Influencia del tamaño de grano de austenita y el aumento del contenido de carbono.

Endurecimiento Superficial

Técnicas para modificar la superficie del metal:

• Endurecimiento por Precipitación (Envejecimiento)
• Endurecimiento Superficial:
  • Carburización (Carburiz. x empaque, en baños líquidos, con gas)
  • Nitruración
  • Carbonitruración
• Temple

Equipos de Procesamiento

Tipos de hornos utilizados:

• Resistencia eléctrica
• Por gas
• Hornos de atmósfera controlada

IV. Materiales Cerámicos

Estudio de la estructura y propiedades de los cerámicos.

• Cerámicos 3D
• Nuevos materiales cerámicos
• Vidrio y Vidrios Cerámicos
• Ejemplos de materiales cerámicos: Grafito, Diamante, Silicio, Boro.

V. Materiales Compuestos

Clasificación y componentes de los materiales compuestos:

• Componentes particulados
• Reforzados con fibra
• Propiedades de las matrices
• Fabricación de las fibras

Tipos de Compuestos

• Compuestos de Matriz Metálica (CMM)
• Compuestos de Matriz Cerámica (CMC)
• Metales Revestidos
• Tipo emparedado o sándwich

Procesos de Fabricación de Compuestos

• Bobinado de filamentos
• Proceso manual
• Pultrusión
• Inyección de compuestos

VI. Polímeros

Clasificación y procesos relacionados con los polímeros:

• Clasificación de Polímeros:
  • Polímeros Termoplásticos
  • Polímeros Termoestables
  • Elastómeros
• Polimerización

Procesos de Conformado de Polímeros

• Moldeo por inyección
• Inyección con gas
• Extrusión
• Hilado
• Espumas
• Moldeo por compresión
• Moldeo por transferencia