Introducción
La ciencia e ingeniería de los materiales están íntimamente ligadas ya que el conocimiento y procesos de fabricación de los materiales, posibilita la conversión de los mismos para su uso industrial.
Hasta hace relativamente poco tiempo el material de interés tecnológico era el metal, los cuales han perdido parte de hegemonía a favor de materiales tradicionales, cerámicos, compuestos y poliméricos gracias a las nuevas tecnologías de fabricación.
Estas mismas tecnologías posibilitan la fabricación de materiales compuestos y evolución de nuevos materiales. Existe dos posibilidades para la síntesis de un nuevo material, tratar de encontrar otros materiales haciendo composiciones con los mismos o utilizar nuevas técnicas para variar los existentes. La aparición de nuevos materiales no debe suponer el desprecio por los materiales tradicionales.
Importancia de la ciencia y tecnología de los materiales
Los materiales están en el centro de todos los avances tecnológicos. El dominio del desarrollo, la síntesis y el procesamiento de los materiales abre oportunidades con las que apenas se soñaba hace algunas décadas. Esta afirmación se hace evidente al considerar el progreso espectacular producido en campos tan diversos como la energía, las telecomunicaciones, la computación, la construcción y el transporte.
El impacto de los materiales se extiende más allá de los productos porque decenas de millones de empleos en manufactura dependen de la disponibilidad de materiales especializados de alta calidad. Mientras que cada uno de ellos se selecciona por sus propiedades con el fin de satisfacer una necesidad específica, también se debe considerar su aptitud para funcionar en conjunto con otros materiales de similar o diferente naturaleza química.
Selección de los materiales
No se pueden seleccionar los materiales con base en una sola propiedad.
Suelen existir múltiples soluciones “correctas” de un problema de selección de materiales. Por esto es preciso investigar varias soluciones alternas antes de llegar a la solución definitiva.
Además los materiales que se seleccionen deben funcionar juntos como un sistema sin degradar las propiedades de los demás materiales.
Existe software que ayudan al ingeniero a realizar la selección adecuada de materiales.
Algunos criterios técnicos:
- Las propiedades.
- La trabajabilidad.
- Los requisitos de ensamble.
- Los requisitos de producción.
- Las técnicas de tratamientos térmicos.
Avances recientes
El rápido desarrollo de los semiconductores para la industria electrónica, que comenzó a principios de la década de 1960, dio el primer gran impulso a la ciencia de materiales. Después de descubrir que se podía conseguir que materiales no metálicos como el silicio condujeran la electricidad de un modo imposible en los metales, científicos e ingenieros diseñaron métodos para fabricar miles de minúsculos circuitos integrados en un pequeño chip de silicio. Esto hizo posible la miniaturización de los componentes de aparatos electrónicos como los ordenadores o computadoras.
A finales de la década de 1980, la ciencia de los materiales tomó un nuevo auge con el descubrimiento de materiales cerámicos que presentan superconductividad a temperaturas más elevadas que los metales. Si se consigue encontrar nuevos materiales que sean superconductores a temperaturas suficientemente altas, serán posibles nuevas aplicaciones, como trenes de levitación magnética o computadoras ultrarrápidas.
Aunque los últimos avances de la ciencia de materiales se han centrado sobre todo en las propiedades eléctricas, las propiedades mecánicas siguen teniendo una gran importancia. En la industria aeronáutica, por ejemplo, los científicos han desarrollado —y los ingenieros han probado— materiales compuestos no metálicos, más ligeros, resistentes y fáciles de fabricar que las aleaciones de aluminio y los demás metales actualmente empleados para los fuselajes de los aviones.
Propiedades mecánicas de los materiales
En ingeniería se necesita saber cómo responden los materiales sólidos a fuerzas externas como la tensión, la compresión, la torsión, la flexión o la cizalladura. Los materiales sólidos responden a dichas fuerzas con una deformación elástica, una deformación permanente o una fractura. Los efectos de una fuerza externa dependientes del tiempo son la plastodeformación y la fatiga, que se definen más adelante.
La tensión es una fuerza que tira; por ejemplo, la fuerza que actúa sobre un cable que sostiene un peso. Bajo tensión, un material suele estirarse, y recupera su longitud original si la fuerza no supera el límite elástico del material. Bajo tensiones mayores, el material no vuelve completamente a su situación original, y cuando la fuerza es aún mayor, se produce la ruptura del material.
La compresión es una presión que tiende a causar una reducción de volumen. Cuando se somete un material a una fuerza de flexión, cizalladura o torsión, actúan simultáneamente fuerzas de tensión y de compresión. Por ejemplo, cuando se flexiona una varilla, uno de sus lados se estira y el otro se comprime.
La plastodeformación es una deformación permanente gradual causada por una fuerza continuada sobre un material. Los materiales sometidos a altas temperaturas son especialmente vulnerables a esta deformación.
La pérdida de presión gradual de las tuercas, la combadura de cables tendidos sobre distancias largas o la deformación de los componentes de máquinas y motores son ejemplos visibles de plastodeformación.
La fatiga puede definirse como una fractura progresiva. Se produce cuando una pieza mecánica está sometida a un esfuerzo repetido o cíclico, por ejemplo una vibración. Aunque el esfuerzo máximo nunca supere el límite elástico, el material puede romperse incluso después de poco tiempo.
En algunos metales, como las aleaciones de titanio, puede evitarse la fatiga manteniendo la fuerza cíclica por debajo de un nivel determinado. El conocimiento del esfuerzo de tensión, los límites elásticos y la resistencia de los materiales a la plastodeformación y la fatiga son extremadamente importantes en ingeniería.
Fuentes: rincondelvago.com / frcu.utn.edu.ar / enciclopedia en carta / fbermejo.files.wordpress.com