CIENCIA E INGENIERÍA DE MATERIALES /

Contenido
Capítulo 1
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1-2
1-3
1-4
1-5
1-6
Introducción a la ciencia e ingeniería
de materiales 3
¿Qué es la ciencia e ingeniería de materiales? 4
Clasificación de los materiales 7
Clasificación funcional de los materiales 11
Clasificación de los materiales con base en la estructura
Efectos ambientales y diversos 13
Diseño y selección de materiales 16
Resumen 17 I Glosario 18 I Problemas 19
13
Capítulo 2 Estructura atómica
2-1 Estructura de materiales: relevancia tecnológica 24
2-2 Estructura del átomo 27
2-3 Estructura electrónica del átomo 29
2-4 Tabla periódica 32
2-5 Enlace atómico 34
2-6 Energía de unión y espaciado interatómico 41
2-7 Las muchas formas del carbono: relaciones entre los arreglos de los
átomos y las propiedades materiales 44
Resumen 48 | Glosario 50 | Problemas 52
Capítulo 3 A rreglos atómicos e iónicos
3-1 Orden de corto alcance frente a orden de largo alcance 56
3-2 Materiales amorfos 58
3-3 Red, base, celdas unitariasy estructuras cristalinas 60
3-4 Transformaciones alotrópicas y polimórficas 72
3-5 Puntos, direcciones y planos en la celda unitaria 73
3-6 Sitios intersticiales 84
3-7 Estructuras cristalinas de los materiales iónicos 86
3-8 Estructuras covalentes 92
3-9 Técnicas de difracción para el análisis de estructuras
cristalinas 96
Resumen 100 I Glosario 102 I Problemas 104
Capítulo 4 Imperfecciones en los arreglos atómicos
e iónicos 113
Defectos puntuales 114
Otros defectos puntuales 120
Dislocaciones 122
Importancia de las dislocaciones 130
Ley de Schmid 131
Influencia de la estructura cristalina
Defectos superficiales 135
Importancia de los defectos 141
Resumen 144 I Glosario 145
4-1
4-2
4-3
4-4
4-5
4-6
4-7
4-8
134
Problemas 147
Capítulo 5
5-1
5-2
5-3
5-4
5-5
5-6
5-7
5-8
5-9
Movimientos de los átomos e iones
en los materiales 155
Aplicaciones de la difusión 156
Estabilidad de los átomos y iones 159
Mecanismos para la difusión I6l
Energía de activación para la difusión 163
Velocidad de difusión [primera ley de Fick] 164
Factores que afectan la difusión 168
Permeabilidad de los polímeros 176
Perfil de la composición [segunda ley de Fick] 177
Difusión y procesamiento de materiales 182
Resumen 187 | Glosario 188 | Problemas 190
Capítulo 6 Propiedades mecánicas: primera parte 197
6-1 Importancia tecnológica 198
6-2 Terminología de las propiedades mecánicas 199
6-3 Prueba de tensión: uso del diagrama esfuerzo-deformación
unitaria 204
6-4 Propiedades obtenidas a partir de la prueba de tensión 208
6-5 Esfuerzo verdadero y deformación verdadera 216
6-6 Prueba de flexión para materiales quebradizos 218
6-7 Dureza de los materiales 221
6-8 Nanoindentación 223
6-9 Efectos de la rapidez de deformación y comportamiento al
impacto 227
6-10 Propiedades obtenidas a partir de la prueba de impacto 228
6-11 Vidrios metálicos voluminosos y su comportamiento mecánico 231
6-12 Comportamiento mecánico a escalas de longitud pequeñas 233
Resumen 235 | Glosario 236 | Problemas 239
Capítulo 7 Propiedades mecánicas: segunda parte 247
7-1
7-2
7-3
7-4
7-5
7-6
7-7
7-8
7-9
7-10
7-11
Capítulo 8
8-1
Mecánica de la fractura 248
Importancia de la mecánica de la fractura 250
Características microestructurales de fractura en materiales
metálicos 254
Características microestructurales de las fractura en cerámicas,
vidrios y compuestos 258
Estadística de Weibull para el análisis de la resistencia a la
falla 260
Fatiga 266
Resultados de la prueba de fatiga 268
Aplicación de la prueba de fatiga 270
Termofluencia, ruptura por esfuerzo y corrosión por esfuerzo 274
Evaluación del comportamiento de la termofluencia 276
Uso de la información de la fluencia lenta 278
Resumen 280 | Glosario 280 | Problemas 282
Endurecimiento por deformación
y recocido 291
Relación del trabajo en frío con la curva esfuerzo-deformación 292
8-2 Mecanismos del endurecimiento por deformación 297
8-3 Propiedades en función del porcentaje de trabajo en frío 299
8-4 Microestructura, endurecimiento por textura y esfuerzos
residuales 301
8-5 Características del trabajo en frío 306
8-6 Las tres etapas del recocido 308
8-7 Control del recocido 311
8-8 Recocido y procesamiento de materiales 313
8-9 Trabajo en caliente 315
Resumen 317 | Glosario 318 | Problemas 320
Capítulo 9 Principios de la solidificación 329
9-1 Importancia tecnológica 330
9-2 Formación de núcleos 330
9-3 Aplicaciones de la nucleación controlada 335
9-4 Mecanismos de crecimiento 336
9-5 Tiempo de solidificación y tamaño dendrítico 338
9-6 Curvas de enfriamiento 343
9-7 Estructura de la pieza colada 344
9-8 Defectos de la solidificación 346
9-9 Procesos de vaciado para la fabricación de componentes 351
9-10 Colada continua y fundición de lingotes 353
9-11 Solidificación direccional [SD], crecimiento de cristales sencillos
y crecimiento epitaxial 357
9-12 Solidificación de polímeros y vidrios inorgánicos 359
9-13 Unión de materiales metálicos 360
Resumen 362 | Glosario 363 | Problemas 365
Capítulo 10 Soluciones sólidas y equilibrio de fases 375
10-1 Fases y diagrama de fases 376
10-2 Solubilidad y soluciones sólidas 380
10-3 Condiciones para la solubilidad sólida ilimitada 382
10-4 Endurecimiento por solución sólida 384
10-5 Diagramas de fases isomorfos 387
10-6 Relación entre las propiedades y el diagrama de fases 395
10-7 Solidificación de una aleación de solución sólida 397
10-8 Solidificación y segregación sin equilibrio 399
Resumen 403 | Glosario 404 | Problemas 405
Capítulo 11 Endurecimiento por dispersión y diagramas
de fases eutécticos 413 ...............
ll-l Principios y ejemplos del endurecimiento por dispersión 414
11-2 Compuestos intermetálicos 414
11-3 Diagramas de fases que contienen reacciones de tres fases 417
11-4 Diagrama de fases eutéctico 420
11-5 Resistencia de las aleaciones eutécticas 430
11-6 Eutécticos y procesamiento de materiales 436
11-7 Solidificación sin equilibrio en el sistema eutéctico 438
11-8 Nanoalambres y el diagrama de fases eutéctico 438
Resumen 441 | Glosario 441 | Problemas 443
Capítulo 12 Endurecimiento por dispersión mediante
transform aciones de fase y tratam iento
térmico 451
12-1 Formación de núcleos y crecimiento en reacciones en estado
sólido 452
12-2 Aleaciones endurecidas al exceder el límite de solubilidad 456
12-3 Endurecimiento por envejecimiento o por precipitación 458
12-4 Aplicaciones de aleaciones endurecidas por envejecimiento 459
12-5 Evolución microestructural en endurecimiento por envejecimiento
o por precipitación 459
12-6 Efectos de la temperatura y tiempo de envejecimiento 462
12-7 Requisitos para endurecimiento por envejecimiento 464
12-8 Uso de aleaciones que pueden endurecerse por envejecimiento
a altas temperaturas 464
12-9 La reacción eutectoide 465
12-10 Control de la reacción eutectoide 470
12-11 La reacción martensítica y el revenido 475
12-12 Las aleaciones con memoria de forma [AMF] 479
Resumen 480 1 Glosario 482 | Problemas 483
Capítulo 13
13-1
13-2
13-3
13-4
13-5
13-6
13-7
13-8
13-9
13-10
13-11
Tratam iento térmico de aceros y hierros
colados 493
Designaciones y clasificación de aceros 494
Tratamientos térmicos simples 498
Tratamientos térmicos isotérmicos 500
Tratamientos térmicos de templado y revenido 504
Efecto de elementos de aleación 509
Aplicación de la templabilidad 511
Aceros especiales 514
Tratamientos superficiales 516
Soldabilidad del acero 518
Aceros inoxidables 519
Hierros fundidos 523
Resumen 529 | Glosario 529 | Problemas 532
Capítulo 14 Aleaciones no ferrosas 539
14-1 Aleaciones de aluminio 540
14-2 Aleaciones de magnesio y berilio 547
14-3 Aleaciones de cobre 548
14-4 Aleaciones de níquel y cobalto 552
14-5 Aleaciones de titanio 556
14-6 Metales refractarios y preciosos 562
Resumen 564 I Glosario 564 I Problemas 565
Capítulo 15 M ateriales cerámicos 571
15-1 Aplicaciones de materiales cerámicos 572
15-2 Propiedades de materiales cerámicos 574
15-3 Síntesis y procesamiento de polvos cerámicos 575
15*4 Características de los materiales cerámicos sinterizados
15-5 Vidrios inorgánicos 582
15-6 Vidrios-cerámicos 588
5
15-7 Procesamiento y aplicaciones de productos de arcilla 590
15-8 Refractarios 591
15-9 Otros materiales cerámicos 593
Resumen 595 | Glosario 596 | Problemas 597
Capítulo 16 Polímeros 601
16-1 Clasificación de polímeros 602
16-2 Polimerización por adición y condensación 605
16-3 Grado de polimerización 610
16-4 Termoplásticos comunes 612
16-5 Relaciones estructura-propiedades en termoplásticos 615
16-6 Efecto de la temperatura en termoplásticos 619
16-7 Propiedades mecánicas de los termoplásticos 624
16-8 Elastómeros (cauchos) 630
16-9 Polímeros termoestables o termofijos 635
16-10 Adhesivos 637
16-11 Procesamiento y reciclaje de polímeros 638
Resumen 643 | Glosario 644 | Problemas 645
Capítulo 17 M ateriales compuestos: trabajo en equipo
y sinergia en materiales 651
17-1 Materiales compuestos endurecidos por dispersión 653
17-2 Compuestos particulados 655
17-3 Compuestos reforzados con fibras 661
17-4 Características de compuestos reforzados con fibras 665
17-5 Manufactura de fibras y compuestos 672
17-6 Sistemas reforzados con fibra y sus aplicaciones 677
17-7 Materiales compuestos laminares 684
17-8 Ejemplos y aplicaciones de compuestos laminares 686
17-9 Estructuras tipo emparedado 687
Resumen 689 | Glosario 689 | Problemas 691
Capítulo 18 M ateriales de construcción 697
18-1 Estructura de la madera 698
18-2 Contenido de humedad y densidad de la madera
18-3 Propiedades mecánicas de la madera 702
18-4 Expansión y contracción de la madera 704
18-5 Madera contrachapada (triplay) 705
18-6 Materiales de concreto 705
7
18-7 Propiedades del concreto 707
18-8 Concreto reforzado y presforzado 712
18-9 Asfalto 713
Resumen 714 | Glosario 714 | Problemas 715
19-1 Ley de Ohm y conductividad eléctrica 720
19-2 Estructura de las bandas de sólidos 725
19-3 Conductividad de metales y aleaciones 729
19-4 Semiconductores 733
19-5 Aplicaciones de los semiconductores 741
19-6 Repaso general del procesamiento de un circuito integrado 743
19-7 Deposición de películas delgadas 746
19-8 Conductividad en otros materiales 748
19-9 Aisladores y propiedades dieléctricas 750
19-10 Polarización en dieléctricos 751
19-11 Electroestricción, piezoelectricidad y ferroelectricidad 755
Resumen 758 | Glosario 759 | Problemas 761
20-1 Clasificación de los materiales magnéticos 768
20-2 Dipolos magnéticos y momentos magnéticos 768
20-3 Magnetización, permeabilidad y el campo magnético 770
20-4 Materiales diamagnéticos, paramagnéticos, ferromagnéticos,
ferrimagnéticos y superparamagnéticos 773
20-5 Estructura del dominio y el ciclo de histéresis 776
20-6 La temperatura de Curie 779
20-7 Aplicaciones de los materiales magnéticos 780
20-8 Materiales magnéticos metálicos y cerámicos 786
Resumen 792 | Glosario 793 | Problemas 794
2l-l El espectro electromagnético 800
21-2 Refracción, reflexión, absorción y transmisión 800
21-3 Absorción, transmisión o reflexión selectivas 813
21-4 Ejemplos y uso de fenómenos de emisión 814
21-5 Sistemas de comunicaciones por fibras ópticas 823
Resumen 824 | Glosario 824 | Problemas 825
Capítulo 22 Propiedades térm icas de materiales 831
22-1
22-2
22-3
22-4
Capacidad térmica y calor específico
Expansión térmica 834
Conductividad térmica 839
Choque térmico 843
Resumen 845 I Glosario 846
832
Problemas 846
Capítulo 23 Corrosión y desgaste 851
23-1 Corrosión química 852
23-2 Corrosión electroquímica 854
23-3 Potencial del electrodo en celdas electroquímicas 857
23-4 La corriente de corrosión y la polarización 861
23-5 Tipos de corrosión electroquímica 862
23-6 Protección contra corrosión electroquímica 868
23-7 Degradación microbiana y polímeros biodegradables 874
23-8 Oxidación y otras reacciones gaseosas 875
23-9 Desgaste y erosión 879
Resumen 881 | Glosario 882 | Problemas 883
Apéndice A: Propiedades físicas de metales
seleccionados 888
Apéndice B: Radios atómicos e iónicos de elementos
seleccionados 891
Respuestas a problemas seleccionados 893
índice 901

Este texto brinda una comprensión de la relación entre la estructura el procesamiento y las propiedades de los materiales. Seleccionando los temas correspondientes de esta gran cantidad de tópicos de estudio los instructores pueden hacer hincapié en materiales proporcionar una visión general concentrarse en el comportamiento mecánico o centrarse en las propiedades físicas.Dado que el libro tiene más material del que se necesita para un curso de un semestre los estudiantes también tienen una referencia útil para cursos posteriores en manufactura materiales diseño o selección de materiales.También se examinan los nuevos e interdisciplinarios desarrollos en el campo de materiales tales como los nanomateriales materiales inteligentes micro electromecánicos (MEMS) sistemas y biomateriales.

Ingeniería Ambiental