fundición de materiales compuestos-1

8/17/2019 Fundición de Materiales Compuestos-1

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ntroducción

ro ucc n

.

Los materiales compuestos son aquellos que seLos materiales compuestos son aquellos que secomponen de combinaciones de metales, cerámicos ycomponen de combinaciones de metales, cerámicos ypolímeros. Las propiedades que se obtiene de estaspolímeros. Las propiedades que se obtiene de estascombinaciones son características de ellos, lo quecombinaciones son características de ellos, lo quehace que su utilización cada vez sea mas imponentehace que su utilización cada vez sea mas imponentesobre todo en aquellas piezas que necesitamossobre todo en aquellas piezas que necesitamos

propiedades combinadas en la que un materialpropiedades combinadas en la que un material(polímero, metal o cerámico) por si solo no nos puede(polímero, metal o cerámico) por si solo no nos puedebrindar. Las propiedades que se obtienen producto debrindar. Las propiedades que se obtienen producto delas fibras que se utilicen es por esto que se diránlas fibras que se utilicen es por esto que se diránalgunas propiedades que tienen estos por si solo. Laalgunas propiedades que tienen estos por si solo. Lamatriz es la que contiene a la fibra en los materialesmatriz es la que contiene a la fibra en los materialescompuestos y tambin !uega un papel importante en lacompuestos y tambin !uega un papel importante en laaplicación por lo que se hará referencia a lasaplicación por lo que se hará referencia a laspropiedades que se obtienen al combinar fibra"matriz.propiedades que se obtienen al combinar fibra"matriz.


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#n general , la desventa!a más clara de los materiales#n general , la desventa!a más clara de los materiales

compuestos es el precio. Las características de loscompuestos es el precio. Las características de los

materiales y de los procesos encarecen mucho elmateriales y de los procesos encarecen mucho elproducto. $ara ciertas aplicaciones las buenísimasproducto. $ara ciertas aplicaciones las buenísimas

mecánicas como la alta rigidez específica, la buenamecánicas como la alta rigidez específica, la buena

estabilidad dimensional , la tolerancia a altaestabilidad dimensional , la tolerancia a alta

temperaturas ,la resistencia a la corrosión , la ligerezatemperaturas ,la resistencia a la corrosión , la ligereza

o una mayor resistencia a la fatiga que los materialeso una mayor resistencia a la fatiga que los materiales

clásicos compensan el alto precio.clásicos compensan el alto precio.


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Generalidades.

eneralidades.

%n material compuesto presenta & elementos%n material compuesto presenta & elementos

principales' fibra y matriz. La combinaciónprincipales' fibra y matriz. La combinación

adecuada de estos componentes origina unosadecuada de estos componentes origina unos

materiales con me!ores propiedades que lasmateriales con me!ores propiedades que las

partes que los componen por separado.partes que los componen por separado. demás de fibra y matriz eisten otros tipos de demás de fibra y matriz eisten otros tipos de

componentes como cargas y adictivos quecomponentes como cargas y adictivos que

dotan a los materiales compuestos dedotan a los materiales compuestos de

características peculiares para cada tipo decaracterísticas peculiares para cada tipo defabricación y aplicación.fabricación y aplicación.


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Fibras.Fibras. -- Las fibras es el componente de refuerzoLas fibras es el componente de refuerzodel material compuesto. porta resistenciadel material compuesto. porta resistencia

mecánica, rigidez y dureza y va a ser determinantemecánica, rigidez y dureza y va a ser determinantepara obtener las principales propiedades mecánicas.para obtener las principales propiedades mecánicas.Las características mas sobresalientes de las fibrasLas características mas sobresalientes de las fibrasde los materiales compuestos son su resistencia a lade los materiales compuestos son su resistencia a la

tracción especifica y su elevado modulo especifico.tracción especifica y su elevado modulo especifico.

*ibras de carbono*ibras de carbono *ibras orgánicas*ibras orgánicas

*ibra de vidrio*ibra de vidrio *ibra de boro*ibra de boro

*ibra de carburo de silicio *ibra de cuarzo*ibra de carburo de silicio *ibra de cuarzo

*ibras metálicas*ibras metálicas +tras fibras cerámicas+tras fibras cerámicas


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Matriz. -Matriz. - #s el volumen donde se encuentra alo!ado la#s el volumen donde se encuentra alo!ado la

fibra, se puede distinguir a simple vista por serfibra, se puede distinguir a simple vista por ser

continuo. Los refuerzos deben estar fuertementecontinuo. Los refuerzos deben estar fuertemente

unidos a la matriz, de forma que su resistencia yunidos a la matriz, de forma que su resistencia y

rigidez sea transmitido al material compuesto. #lrigidez sea transmitido al material compuesto. #l

comportamiento a fractura tambin depende de lacomportamiento a fractura tambin depende de la

resistencia de la interfase. %na interfase dbil daresistencia de la interfase. %na interfase dbil da

como resultado un material con ba!a rigidez ycomo resultado un material con ba!a rigidez yresistencia pero alta resistencia a la fractura yresistencia pero alta resistencia a la fractura y

viceversa.viceversa.

atrices orgánicas atrices inorgánicas.atrices orgánicas atrices inorgánicas.


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MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZMATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ

METÁLICA.METÁLICA.

Los materiales compuestos de matriz metálica consiste en unaLos materiales compuestos de matriz metálica consiste en unabase metálica que se refuerza con uno o mas constituyentes,base metálica que se refuerza con uno o mas constituyentes,como fibras continuas de grafito, alumina, carburo de silicio o fibracomo fibras continuas de grafito, alumina, carburo de silicio o fibrade boro y materiales de grafito o cerámicos de forma dede boro y materiales de grafito o cerámicos de forma departículas o -hisers. #n el caso de materiales compuestospartículas o -hisers. #n el caso de materiales compuestos

reforzados con fibras continuas, la fibra es el constituyentereforzados con fibras continuas, la fibra es el constituyentedominante y la matriz metálica sirve como vehículo para transmitirdominante y la matriz metálica sirve como vehículo para transmitirla carga a la fibra de refuerzo. Los materiales compuestos quela carga a la fibra de refuerzo. Los materiales compuestos queincorporan refuerzos discontinuos, son materiales donde la matrizincorporan refuerzos discontinuos, son materiales donde la matrizes el constituyente dominante, formando una estructuraes el constituyente dominante, formando una estructuraendurecida por un pseudo dispersión de un material de refuerzo.endurecida por un pseudo dispersión de un material de refuerzo.Las propiedades óptimas se pueden lograr en materialesLas propiedades óptimas se pueden lograr en materiales

compuestos de fibras continuas cuando estas se orientan en unacompuestos de fibras continuas cuando estas se orientan en unadirección determinada. Los materiales compuestos reforzadosdirección determinada. Los materiales compuestos reforzadoscon partículas o -hisers tienden a un comportamiento isotrópico.con partículas o -hisers tienden a un comportamiento isotrópico.


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atriz metálica con fibras contin/as de boro.atriz metálica con fibras contin/as de boro. #l es la fibra de#l es la fibra derefuerzo de mayor resistencia que se utiliza en aplicaciones derefuerzo de mayor resistencia que se utiliza en aplicaciones demateriales de matriz metálica. La producción de materialesmateriales de matriz metálica. La producción de materialescompuestos de aluminio reforzado con fibras de boro a tenido uncompuestos de aluminio reforzado con fibras de boro a tenido un

ito aceptable y se a desarrollado un etenso banco de datos deito aceptable y se a desarrollado un etenso banco de datos desus propiedades físicas y mecánicas. #n la obtención desus propiedades físicas y mecánicas. #n la obtención demateriales compuestos de titanio reforzado con fibras de boro,materiales compuestos de titanio reforzado con fibras de boro,esta se somete a severas condiciones que degradan su rigidez yesta se somete a severas condiciones que degradan su rigidez yresistencia.resistencia.

Proceso de fabricación de material compuestoProceso de fabricación de material compuesto.. %na preforma%na preforma

consistente en filamentos de boro y una ho!a de metal se utilizaconsistente en filamentos de boro y una ho!a de metal se utilizanormalmente para realizar un material compuesto de una matriznormalmente para realizar un material compuesto de una matrizmetálica. #l proceso básico consiste en una compresión enmetálica. #l proceso básico consiste en una compresión encaliente de las fibras ordenadas entre las dos fibras de metal, acaliente de las fibras ordenadas entre las dos fibras de metal, aelevada presión, las ho!as se deforman alrededor de las fibraselevada presión, las ho!as se deforman alrededor de las fibrasadhiriendo estas a la fibra y adhiriendo entre si. +tros como laadhiriendo estas a la fibra y adhiriendo entre si. +tros como lafundición han sido estudiados, pero debido a la degradación defundición han sido estudiados, pero debido a la degradación de

las propiedades mecánicas del boro a elevadas temperaturas,las propiedades mecánicas del boro a elevadas temperaturas,ninguno de estos procesos a elevadas temperaturas y ba!aninguno de estos procesos a elevadas temperaturas y ba!aprecisión son tcnicamente factibles sin la utilización deprecisión son tcnicamente factibles sin la utilización detratamientos superficiales.tratamientos superficiales.


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Propiedades del material compuesto.Propiedades del material compuesto.-- Las propiedadesLas propiedadesparalelas a dirección de la fibra son aportadas principalmente porparalelas a dirección de la fibra son aportadas principalmente porla fibra, mientras que las propiedades transversales sonla fibra, mientras que las propiedades transversales son

aportadas por la matriz. $uesto que las fibras dominan en laaportadas por la matriz. $uesto que las fibras dominan en ladirección longitudinal, sus propiedades son muy elevadasdirección longitudinal, sus propiedades son muy elevadasmientras que las propiedades en la dirección transversal sonmientras que las propiedades en la dirección transversal sonmucho mas ba!a. Las propiedades mecánicas de estos materialesmucho mas ba!a. Las propiedades mecánicas de estos materialescompuestos son dependientes con la temperatura del medio. Loscompuestos son dependientes con la temperatura del medio. Losmateriales compuestos de una matriz metálica con fibra de boromateriales compuestos de una matriz metálica con fibra de boro

se caracterizan por su alta resistencia y rigidez (en tracción,se caracterizan por su alta resistencia y rigidez (en tracción,compresión y fleión), ba!o peso, alta conductividad trmica, ba!ocompresión y fleión), ba!o peso, alta conductividad trmica, ba!ocoeficiente de epansión trmica, y relativamente altacoeficiente de epansión trmica, y relativamente altatemperatura de operación.temperatura de operación.

Aplicaciones. Aplicaciones.

parte superficial de las alas de los aviones, apoyos estructurales,parte superficial de las alas de los aviones, apoyos estructurales,componente de dispositivo de aterriza!e.componente de dispositivo de aterriza!e.


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atriz metálica con fibras de carburo silicioatriz metálica con fibras de carburo silicio.. Proceso de fabricación.Proceso de fabricación. " Los materiales compuestos" Los materiales compuestos

con aluminio pueden consolidarse utilizando procesoscon aluminio pueden consolidarse utilizando procesosmenos complicados a altas temperaturas como lamenos complicados a altas temperaturas como lafundición. La fundición de realiza con el proceso defundición. La fundición de realiza con el proceso decera perdida. La fibra de 0i1 se introducen en un moldecera perdida. La fibra de 0i1 se introducen en un moldeutilizando los te!idos (fibras) previamente obtenidos yautilizando los te!idos (fibras) previamente obtenidos ya

sea situando los te!idos sobre la replica de cerasea situando los te!idos sobre la replica de cerasimplemente abriendo el molde e insertando los te!idossimplemente abriendo el molde e insertando los te!idosen la cavidad una vez que la cera a sido eliminada.en la cavidad una vez que la cera a sido eliminada.

Aplicaciones. Aplicaciones. La principal área de inters son estructurasLa principal área de inters son estructurasde alto requerimiento como los aviones, misiles yde alto requerimiento como los aviones, misiles y

motores. #lementos en su!eción en puentesmotores. #lementos en su!eción en puentesdesmontables o portátiles, se realizan en 0i1"l con eldesmontables o portátiles, se realizan en 0i1"l con elob!eto de reducir su peso.ob!eto de reducir su peso.


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atriz metálica reforzada con fibras de grafito.atriz metálica reforzada con fibras de grafito.

La fibra de grafito se ha utilizado generalmente comoLa fibra de grafito se ha utilizado generalmente como

refuerzos continuos en materiales compuestos derefuerzos continuos en materiales compuestos dematriz metálica que dan lugar al máimo valor enmatriz metálica que dan lugar al máimo valor enpropiedades como la rigidez o resistencia.propiedades como la rigidez o resistencia.

Proceso de fabricación.Proceso de fabricación. La fundición de materialesLa fundición de materialescompuesto de matriz metálica con fibras continuas decompuesto de matriz metálica con fibras continuas de

grafito, es una tecnología de fabricación apropiadagrafito, es una tecnología de fabricación apropiadaespecialmente cuando estos materiales han de usarseespecialmente cuando estos materiales han de usarseen piezas de forma geomtrica comple!a. #n fundiciónen piezas de forma geomtrica comple!a. #n fundiciónno se produce un material de matriz mecánica comono se produce un material de matriz mecánica comoprecursor sino que las fibras son primeramenteprecursor sino que las fibras son primeramente

dispuestas en la configuración deseada y situadas endispuestas en la configuración deseada y situadas enel molde de fundición.el molde de fundición.


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atriz metálica reforzada con fibras de oido de aluminio.atriz metálica reforzada con fibras de oido de aluminio.

Los materiales compuestos de matriz metálicaLos materiales compuestos de matriz metálicareforzados con fibras de oido de aluminio, sonreforzados con fibras de oido de aluminio, son

materiales importantes para aplicaciones donde elmateriales importantes para aplicaciones donde elpeso es importante y además se traba!a a altaspeso es importante y además se traba!a a altastemperaturas. l ser las fibras del oido de aluminiotemperaturas. l ser las fibras del oido de aluminioinertes a la oidación y al ataque químico. #l oido deinertes a la oidación y al ataque químico. #l oido dealuminio posee buenas propiedades mecánicas debidoaluminio posee buenas propiedades mecánicas debido

a que la resistencia y la rigidez permanecen aa que la resistencia y la rigidez permanecen aelevadas temperaturas. La fabricación del materialelevadas temperaturas. La fabricación del materialcompuesto con este tipo de fibras suele realizarse porcompuesto con este tipo de fibras suele realizarse porfundición.fundición.


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atriz metálica reforzada con fibras de tungsteno.atriz metálica reforzada con fibras de tungsteno.#l uso de fibras contin/as de tungsteno para reforzar materiales#l uso de fibras contin/as de tungsteno para reforzar materiales

compuestos proporciona un adictivo fuerte y rígido a la matriz delcompuestos proporciona un adictivo fuerte y rígido a la matriz del

material, y una inherente capacidad a altas temperaturas, granmaterial, y una inherente capacidad a altas temperaturas, granductibilidad y una alta conductividad trmica. La aplicación deductibilidad y una alta conductividad trmica. La aplicación de

materiales compuestos con refuerzo de tungsteno es apropiadomateriales compuestos con refuerzo de tungsteno es apropiado

particularmente para estructuras con carga altamente orientadoparticularmente para estructuras con carga altamente orientado

como los alabes de turbinacomo los alabes de turbina atriz metálica reforzada con fibras cortas de silicio.atriz metálica reforzada con fibras cortas de silicio. Los materialesLos materiales

compuestos de matriz metálica y discontinuamente reforzadoscompuestos de matriz metálica y discontinuamente reforzados

son un tipo de materiales que ehiben una mezcla de lasson un tipo de materiales que ehiben una mezcla de las

propiedades del refuerzo. Los refuerzos pueden ser partículaspropiedades del refuerzo. Los refuerzos pueden ser partículas

ultraresistentes (-hisers), fibras cortas o cortadas o partículas.ultraresistentes (-hisers), fibras cortas o cortadas o partículas.

1ada tipo de refuerzo tiene atributos como sus propiedades o el1ada tipo de refuerzo tiene atributos como sus propiedades o el

costo.costo.


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atriz metálica reforzada con -hisers.atriz metálica reforzada con -hisers.

Los materiales compuestos de matriz metálica reforzados conLos materiales compuestos de matriz metálica reforzados con-hisers son una categoría distinta de materiales avanzados en-hisers son una categoría distinta de materiales avanzados eningeniería que proporcionan venta!as diferentes y /nicas sobreingeniería que proporcionan venta!as diferentes y /nicas sobre

las aleaciones convencionales en muchas aplicaciones de altaslas aleaciones convencionales en muchas aplicaciones de altasprestaciones.prestaciones.

atriz metálica con fibras cortas cerámicas.atriz metálica con fibras cortas cerámicas.

La característica de las fibras cortas posibilita el uso total oLa característica de las fibras cortas posibilita el uso total oselectivo del refuerzo y el desarrollo de propiedades isótropas oselectivo del refuerzo y el desarrollo de propiedades isótropas oanisótropas en el material compuesto de matriz metálica. lgunasanisótropas en el material compuesto de matriz metálica. lgunaspropiedades claves pueden ser modificables mediante la adicciónpropiedades claves pueden ser modificables mediante la adicciónde fibras cortas son' la epansión trmica, conductividad trmica,de fibras cortas son' la epansión trmica, conductividad trmica,características de amortiguamiento, limite de endurecimiento acaracterísticas de amortiguamiento, limite de endurecimiento a

fatiga y resistencia superficial. Los materiales compuestos defatiga y resistencia superficial. Los materiales compuestos dematriz metálica reforzados con fibra corta están compuestos dematriz metálica reforzados con fibra corta están compuestos detres componentes' las fibras, la matriz y la zona de interfase entretres componentes' las fibras, la matriz y la zona de interfase entrela fibra y la matriz.la fibra y la matriz.


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ALGUAS

LGUAS

APL CAC OES.

PL CAC OES.

1+2034%115+2#0'1+2034%115+2#0' ndamios ndamios 6ancos6ancos 6arandillas de fuentes6arandillas de fuentes 6arreras6arreras 7esatascadores7esatascadores #scalas#scalas

#structuras#structuras arcos y canalesarcos y canales $ostes de alumbrado$ostes de alumbrado $ostes de cercados$ostes de cercados 4efuerzos4efuerzos 4e!illas4e!illas 3irantes3irantes 3uberías de ba!a presión3uberías de ba!a presión

8orcas8orcas29L'29L' 6alizas6alizas 6icheros6icheros 1andeleros y pasamanos1andeleros y pasamanos ástiles y ver!as de velasástiles y ver!as de velas


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P EZAS DE MATER ALES

EZAS DE MATER ALES

COMPUESTOS.

OMPUESTOS.


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TUR! AS.

UR! AS.


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A" OES.

" OES.

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