Clasificación de los materiales basados en la estructura.

Como se ha mencionado antes, el término » estructura » significa la disposición de los átomos de un material; la estructura en una escala microscópica se conoce como » microestructura ». Podemos ver estos arreglos a diferentes escalas, que van desde unas pocas unidades angstrom a un milímetro.

Algunos materiales pueden ser cristalinas (donde los átomos del material se organizan de forma periódica) o pueden ser amorfos (donde los átomos del material no tienen un orden de largo alcance).

Algunos materiales pueden ser cristales (donde los átomos del material se organizan de forma periódica) o pueden ser amorfos (donde los átomos del material no tienen un orden de largo alcance).

Algunos materiales cristalinos pueden ser en forma de un cristal y son conocidos como cristales individuales. Otros consisten en muchos cristales o granos y se conocen como policristalino. Las características de los cristales o granos (tamaño, forma, etc.) y las de las regiones entre ellos, conocido como los límites de grano, también afectan a las propiedades de los materiales.

Las relaciones estructura-propiedad en materiales elaborados en componentes son a menudo influenciados por el entorno al que se somete el material durante el uso. Esto puede incluir la exposición a altas o bajas temperaturas, tensiones cíclicas, impacto repentino, corrosión u oxidación. Estos efectos deben tenerse en cuenta en el diseño para asegurar que los componentes no fallan de forma inesperada. Cambios de temperatura alteran dramáticamente las propiedades de los materiales. Metales y aleaciones que han sido fortalecidas por ciertos tratamientos térmicos o técnicas de formación pierden su fuerza cuando se calientan.

Las altas temperaturas cambian la estructura de la cerámica y hace que los polímeros causa se fundan. Las temperaturas muy bajas, en el otro extremo, pueden causar que un metal o polímero falle al hacerlo frágil, a pesar de que las cargas aplicadas sean bajas. Del mismo modo, el accidente del Challenger 1986, en parte, fue debido a la fragilización de juntas de goma. Las razones por las que los polímeros y los materiales metálicos se vuelven frágiles son diferentes.

El diseño de materiales con resistencia mejorada a temperaturas extremas es esencial en muchas tecnologías relacionadas con la industria aeroespacial. Mientras se obtienen velocidades más rápidas, más calentamiento en la cubierta del vehículo se produce debido a la fricción con el aire.

Al mismo tiempo, los motores funcionan más eficientemente a temperaturas más altas. Por lo tanto, con el fin de lograr una mayor velocidad y mejor economía de combustible, los nuevos materiales han aumentado gradualmente las temperaturas admisibles de la cubierta y del motor. Pero los ingenieros en materiales se enfrentan continuamente con nuevos retos. El X-33 y Venture Star son ejemplos de vehículos reutilizables avanzados destinados al transporte de pasajeros en el espacio utilizando una única etapa de motores de cohetes. El desarrollo de materiales aún más exóticos y técnicas de procesamiento son necesarios con el fin de tolerar las altas temperaturas que se encontrarán.

La corrosión en la mayoría de las veces, el fracaso de los materiales se produce como resultado de la corrosión y una cierta forma de la sobrecarga de la tracción. La mayoría de los metales y polímeros reaccionan con el oxígeno u otros gases, particularmente a temperaturas elevadas. Metales y cerámicas pudieran desintegrarse y polímeros y cerámicas no oxidables de hecho se pueden oxidar. Los materiales también son atacadas por líquidos corrosivos, lo que lleva a un fallo prematuro. El ingeniero se enfrenta al reto de la selección de materiales y recubrimientos que evitan estas reacciones y que permiten el funcionamiento en ambientes extremos. En las aplicaciones espaciales, podemos tener en cuenta los efectos de la presencia de la radiación, la presencia de oxígeno atómico, y el impacto de los escombros.

Fatiga. En muchas aplicaciones, los componentes deben estar diseñados de tal manera que la carga en el material puede no ser suficiente para causar una deformación permanente. Sin embargo, cuando se cargan y descargan de los materiales miles de veces, pequeñas grietas pueden comenzar a desarrollarse y los materiales fallar a medida que crecen estas grietas. Esto se conoce como fallo por fatiga. En el diseño de los componentes que soportan cargas, la posibilidad de fatiga debe tenerse en cuenta.

La velocidad de deformación. Usted puede ser consciente del hecho de que la plastilina, una silicona (no silicio) con base plástico, se puede estirar de forma significativa si tiramos lentamente (pequeña velocidad de deformación). Si tira rápido (mayor velocidad de deformación) se cuartea. Un comportamiento similar puede ocurrir con muchos materiales metálicos. Por lo tanto, en muchas aplicaciones, el nivel y la tasa de tensión tienen que ser considerados.

En muchos casos, los efectos de la temperatura, la fatiga, el estrés y la corrosión pueden estar interrelacionados, y otros efectos externos podrían afectar al rendimiento de los materiales.