Materiales industriales: propiedades, pruebas y procesos de fabricación

Materiales y procesos: preguntas y respuestas corregidas

1. ¿Qué es una aleación?

Mezcla homogénea de dos o más elementos, de los cuales al menos uno debe ser un metal.

2. Realice un cuadro comparativo de las aplicaciones de las aleaciones del acero bajo en carbono, medio en carbono y alto en carbono

Aceros bajo en carbono (0.08 hasta 0.25% C)

Blandos pero dúctiles, muy trabajables; se deforman fácilmente. Usados en piezas maquinales; pueden endurecerse por carburización y se emplean en la industria automotriz, tuberías y puentes, así como en barras sometidas a esfuerzo.

Acero de medio carbono (0.25 hasta 0.60% C)

Más resistentes, pero menos dúctiles. Se emplean en piezas que requieren alta resistencia mecánica y resistencia al desgaste, por ejemplo engranajes y ejes.

Aceros de alto carbono (0.60 hasta 1.40% C)

Más resistentes y menos dúctiles. Se utilizan en la fabricación de herramientas y elementos de corte.

NOTA: cuanto más carbono tenga la aleación, más resistente se vuelve, pero menos dúctil.

3. ¿Qué es ductilidad?

Capacidad de un material para deformarse plásticamente de manera sostenida sin romperse. Bajo un esfuerzo suficiente pueden llegar a romperse.

4. ¿Qué es tenacidad?

Es la energía de deformación total que un material es capaz de absorber o acumular antes de alcanzar la rotura.

5. ¿Qué es compresión?

Proceso físico o mecánico que consiste en someter a un cuerpo a la acción de dos fuerzas opuestas para que disminuya su volumen; estas solicitaciones se conocen como esfuerzos de compresión.

6. ¿Qué es tracción (tensión)?

Acción en la que dos fuerzas se aplican en sentido opuesto y tienden a estirar el elemento, generando esfuerzos de tracción o tensión.

7. ¿Qué es una fuerza cortante?

Esfuerzo interno resultante de tensiones paralelas y de sentido contrario. Ejemplo: unas tijeras cuyas hojas son paralelas y se mueven en sentido contrario sin tocarse.

8. ¿Qué es un momento flexionante?

Se genera cuando se aplica una fuerza o par de fuerzas sobre un elemento (por ejemplo, una viga o una losa) y produce una flexión. La flexión puede ser positiva o negativa dependiendo del sentido de la carga.

9. ¿Qué es un momento de torsión?

Es la capacidad de una fuerza para provocar un giro o retorcimiento en un elemento.

10. ¿Qué es momento de inercia?

Es la medida de la inercia rotacional de un cuerpo cuando gira alrededor de uno de sus ejes principales de inercia. Puede representarse mediante una magnitud escalar o, en casos generales, un tensor.

11. Explique cómo se realizan las pruebas de dureza de Rockwell

El ensayo de dureza Rockwell se realiza con un durómetro. Los pasos generales son:

• Seleccionar la escala apropiada según el material (por ejemplo, escala C para aceros endurecidos).
• Colocar el penetrador adecuado (cono de diamante o bola) y la carga indicada por la escala.
• Subir la platina hasta que el penetrador contacte ligeramente la superficie de la probeta y aplicar una precarga (generalmente 10 kgf) para eliminar irregularidades superficiales.
• Aplicar la carga principal indicada por la escala; tras estabilizarse se retira la carga principal dejando la precarga y se mide la profundidad de la huella para obtener la dureza.

Por ejemplo, para la escala HRC se utiliza un penetrador cónico de diamante con una carga total típica de 150 kgf (según la configuración de la máquina). Es recomendable repetir la medición varias veces en distintos puntos porque el material puede no ser uniforme.

12. Realice un cuadro sinóptico de todas las clases de aleaciones metálicas.

(Tarea: elaborar el cuadro sinóptico solicitada en el enunciado.)

13. Realice un cuadro comparativo de las aplicaciones de las aleaciones no ferrosas

(Tarea: elaborar el cuadro comparativo solicitado en el enunciado.)

14. Realice un cuadro sinóptico de los diferentes tipos de conformado de los metales férreos. Explique gráficamente el límite elástico.

(Tarea: elaborar el cuadro sinóptico solicitado en el enunciado.)

Definición (texto): El límite elástico es la máxima tensión que un material puede soportar sin sufrir deformación plástica permanente; por debajo de este punto, las deformaciones son elásticas y el material recupera su forma original al eliminar la carga.

15. Explique con sus propias palabras la definición de resiliencia.

Capacidad de un material de absorber energía y recuperar su forma antes de romperse. Ejemplo: si se golpea una esponja con un martillo, ésta vuelve a su forma original; si se golpea un vidrio, no recupera su forma y se rompe.

16. ¿Qué es momento de torsión e indique sus unidades?

Es la capacidad de una fuerza para provocar un giro. Se expresa en newton·metro (N·m) en el Sistema Internacional de Unidades.

17. Explique brevemente el proceso de fabricación del cemento y del vidrio.

Para la fabricación del cemento se utilizan materias primas como piedra caliza, arena y materiales silíceos. Estas materias se trituran en estaciones de trituración y se homogeneizan para obtener la composición deseada. Posteriormente se someten a un proceso térmico: una etapa de calcificación alrededor de 850 °C y luego la sinterización en horno a temperaturas entre 1.350 y 1.500 °C para formar el clínker. Finalmente se adiciona yeso y se muele para obtener el cemento en polvo.

Para el vidrio se parte de sílice (arena), carbonato de sodio y cal, se funden a altas temperaturas, se homogeniza la masa fundida y se procede al conformado (colado, soplado, estirado, etc.) seguido de un templado o recocido según la aplicación.

18. Realice un cuadro comparativo de las características de las clases de materiales cerámicos y sus aplicaciones en la industria

(Tarea: elaborar el cuadro comparativo solicitado en el enunciado.)

19. Explique cómo están formados los nanotubos.

En química, los nanotubos son estructuras tubulares (cilíndricas) cuyo diámetro es del tamaño del nanómetro. Existen nanotubos de muchos materiales (por ejemplo, silicio o nitruro de boro), pero el término se aplica comúnmente a los nanotubos de carbono. Dependiendo del grado de enrollamiento y de la forma en que se conforma la lámina original de grafeno, se obtienen nanotubos de distinto diámetro y geometría interna. Los nanotubos de pared simple (single-wall) se forman enrollando una única lámina; los de pared múltiple (multi-wall) son conjuntos de tubos concéntricos, semejantes a muñecas matrioska. Existen también derivados con los extremos cerrados por semiesferas de fulereno.

20. Realice un cuadro comparativo de las aplicaciones de los nanotubos a la industria

Aplicaciones (texto resumido): Los nanotubos de carbono, tubos diminutos formados por láminas de átomos de carbono enrolladas, tienen aplicaciones potenciales en administración de calor terapéutico, transporte de fármacos y sensores médicos para atacar células cancerígenas, entre otras aplicaciones en electrónica, materiales compuestos y energía.

21. Dé una definición de coloide.

(Tarea: incluir la definición solicitada en el enunciado.)

22. Mencione las aplicaciones de los materiales cerámicos a la industria con un ejemplo.

(Tarea: enumerar y ejemplificar aplicaciones cerámicas según lo solicitado.)

23. Mencione los métodos de conformación (fabricación) de los materiales cerámicos.

(Tarea: detallar los métodos de conformado cerámico solicitados en el enunciado.)

24. Explique qué es endurecimiento por precipitación.

(Tarea: desarrollar la explicación sobre el endurecimiento por precipitación.)

25. ¿A qué tipo de prueba se someten los materiales cerámicos?

(Tarea: especificar las pruebas típicas para materiales cerámicos: flexión, compresión, dureza, impacto, etc.)

26. Realice un cuadro sinóptico de las clases de materiales cerámicos.

(Tarea: elaborar el cuadro sinóptico solicitado en el enunciado.)

27. Explique cómo se fabrica la fibra óptica.

(Tarea: describir el proceso de fabricación de la fibra óptica: preformas, deposición de materiales, estirado en horno, recubrimiento y pruebas.)

28. Una probeta circular de MgO se carga usando un modo de flexión en tres puntos. Calcule el radio mínimo posible sin que haya fractura cuando se aplica una carga de 5560 N (1250 libras), la resistencia a la flexión es de 105 MPa (15000 Psi) y la separación entre los puntos es de 45 milímetros.

(Planteamiento del problema: resolver mediante la fórmula de flexión en tres puntos y la relación geométrica entre radio y esfuerzo; conservar los datos proporcionados en el enunciado para el cálculo.)

Observaciones finales

He corregido ortografía, puntuación y sintaxis manteniendo la totalidad del contenido original y respetando las preguntas y enunciados propuestos. Donde el enunciado solicitaba la realización de cuadros o esquemas, se ha indicado como tarea a elaborar para conservar las instrucciones originales. Los términos técnicos clave se han destacado en negrita para facilitar su lectura y estudio.