FUNDICION DE MATERIALES
COMPUESTOS.
Danilo Areiza Martínez
Eddie Esteban Manotas Rodríguez.
Introducción.
Los materiales compuestos son aquellos que se
componen de combinaciones de metales, cerámicos y
polímeros. Las propiedades que se obtiene de estas
combinaciones son características de ellos, lo que
hace que su utilización cada vez sea mas imponente
sobre todo en aquellas piezas que necesitamos
propiedades combinadas en la que un material
(polímero, metal o cerámico) por si solo no nos puede
brindar. Las propiedades que se obtienen producto de
las fibras que se utilicen es por esto que se dirán
algunas propiedades que tienen estos por si solo. La
matriz es la que contiene a la fibra en los materiales
compuestos y también juega un papel importante en la
aplicación por lo que se hará referencia a las
propiedades que se obtienen al combinar fibra-matriz.
En general , la desventaja más clara de los materiales
compuestos es el precio. Las características de los
materiales y de los procesos encarecen mucho el
producto. Para ciertas aplicaciones las buenísimas
mecánicas como la alta rigidez específica, la buena
estabilidad dimensional , la tolerancia a alta
temperaturas ,la resistencia a la corrosión , la ligereza
o una mayor resistencia a la fatiga que los materiales
clásicos compensan el alto precio.
Generalidades.
Un material compuesto presenta 2 elementos
principales: fibra y matriz. La combinación
adecuada de estos componentes origina unos
materiales con mejores propiedades que las
partes que los componen por separado.
Además de fibra y matriz existen otros tipos de
componentes como cargas y adictivos que
dotan a los materiales compuestos de
características peculiares para cada tipo de
fabricación y aplicación.

Fibras. - Las fibras es el componente de refuerzo
del material compuesto. Aporta resistencia
mecánica, rigidez y dureza y va a ser determinante
para obtener las principales propiedades mecánicas.
Las características mas sobresalientes de las fibras
de los materiales compuestos son su resistencia a la
tracción especifica y su elevado modulo especifico.
Fibras de carbono
Fibras orgánicas
Fibra de vidrio
Fibra de boro
Fibra de carburo de silicio
Fibra de cuarzo
Fibras metálicas
Otras fibras cerámicas
Matriz. - Es el volumen donde se encuentra alojado la
fibra, se puede distinguir a simple vista por ser
continuo. Los refuerzos deben estar fuertemente
unidos a la matriz, de forma que su resistencia y
rigidez sea transmitido al material compuesto. El
comportamiento a fractura también depende de la
resistencia de la interfase. Una interfase débil da
como resultado un material con baja rigidez y
resistencia pero alta resistencia a la fractura y
viceversa.
Matrices orgánicas
Matrices inorgánicas.
MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ
METÁLICA.
Los materiales compuestos de matriz metálica consiste en una
base metálica que se refuerza con uno o mas constituyentes,
como fibras continuas de grafito, alumina, carburo de silicio o fibra
de boro y materiales de grafito o cerámicos de forma de partículas
o whiskers. En el caso de materiales compuestos reforzados con
fibras continuas, la fibra es el constituyente dominante y la matriz
metálica sirve como vehículo para transmitir la carga a la fibra de
refuerzo. Los materiales compuestos que incorporan refuerzos
discontinuos, son materiales donde la matriz es el constituyente
dominante, formando una estructura endurecida por un pseudo
dispersión de un material de refuerzo. Las propiedades óptimas
se pueden lograr en materiales compuestos de fibras continuas
cuando estas se orientan en una dirección determinada. Los
materiales compuestos reforzados con partículas o whiskers
tienden a un comportamiento isotrópico.
Matriz metálica con fibras continúas de boro. El es la fibra de
refuerzo de mayor resistencia que se utiliza en aplicaciones de
materiales de matriz metálica. La producción de materiales
compuestos de aluminio reforzado con fibras de boro a tenido un
éxito aceptable y se a desarrollado un extenso banco de datos de
sus propiedades físicas y mecánicas. En la obtención de
materiales compuestos de titanio reforzado con fibras de boro,
esta se somete a severas condiciones que degradan su rigidez y
resistencia.
Proceso de fabricación de material compuesto. Una preforma
consistente en filamentos de boro y una hoja de metal se utiliza
normalmente para realizar un material compuesto de una matriz
metálica. El proceso básico consiste en una compresión en
caliente de las fibras ordenadas entre las dos fibras de metal, a
elevada presión, las hojas se deforman alrededor de las fibras
adhiriendo estas a la fibra y adhiriendo entre si. Otros como la
fundición han sido estudiados, pero debido a la degradación de
las propiedades mecánicas del boro a elevadas temperaturas,
ninguno de estos procesos a elevadas temperaturas y baja
precisión son técnicamente factibles sin la utilización de
tratamientos superficiales.
Propiedades del material compuesto.- Las propiedades
paralelas a dirección de la fibra son aportadas principalmente por
la fibra, mientras que las propiedades transversales son
aportadas por la matriz. Puesto que las fibras dominan en la
dirección longitudinal, sus propiedades son muy elevadas
mientras que las propiedades en la dirección transversal son
mucho mas baja. Las propiedades mecánicas de estos materiales
compuestos son dependientes con la temperatura del medio. Los
materiales compuestos de una matriz metálica con fibra de boro
se caracterizan por su alta resistencia y rigidez (en tracción,
compresión y flexión), bajo peso, alta conductividad térmica, bajo
coeficiente de expansión térmica, y relativamente alta temperatura
de operación.
Aplicaciones.
parte superficial de las alas de los aviones, apoyos estructurales,
componente de dispositivo de aterrizaje.
Matriz metálica con fibras de carburo silicio.
Proceso de fabricación. - Los materiales
compuestos con aluminio pueden consolidarse
utilizando procesos menos complicados a altas
temperaturas como la fundición. La fundición de realiza
con el proceso de cera perdida. La fibra de SiC se
introducen en un molde utilizando los tejidos (fibras)
previamente obtenidos ya sea situando los tejidos
sobre la replica de cera simplemente abriendo el
molde e insertando los tejidos en la cavidad una vez
que la cera a sido eliminada.
Aplicaciones. La principal área de interés son
estructuras de alto requerimiento como los aviones,
misiles y motores. Elementos en sujeción en puentes
desmontables o portátiles, se realizan en SiC-Al con el
objeto de reducir su peso.
Matriz metálica reforzada con fibras de grafito.
La fibra de grafito se ha utilizado generalmente como
refuerzos continuos en materiales compuestos de
matriz metálica que dan lugar al máximo valor en
propiedades como la rigidez o resistencia.
Proceso de fabricación. La fundición de materiales
compuesto de matriz metálica con fibras continuas de
grafito, es una tecnología de fabricación apropiada
especialmente cuando estos materiales han de usarse
en piezas de forma geométrica compleja. En fundición
no se produce un material de matriz mecánica como
precursor sino que las fibras son primeramente
dispuestas en la configuración deseada y situadas en
el molde de fundición.
Matriz metálica reforzada con fibras de oxido de aluminio.
Los materiales compuestos de matriz metálica
reforzados con fibras de oxido de aluminio, son
materiales importantes para aplicaciones donde el
peso es importante y además se trabaja a altas
temperaturas. Al ser las fibras del oxido de aluminio
inertes a la oxidación y al ataque químico. El oxido de
aluminio posee buenas propiedades mecánicas debido
a que la resistencia y la rigidez permanecen a
elevadas temperaturas. La fabricación del material
compuesto con este tipo de fibras suele realizarse por
fundición.
Matriz metálica reforzada con fibras de tungsteno.
El uso de fibras continúas de tungsteno para reforzar materiales
compuestos proporciona un adictivo fuerte y rígido a la matriz del
material, y una inherente capacidad a altas temperaturas, gran
ductibilidad y una alta conductividad térmica. La aplicación de
materiales compuestos con refuerzo de tungsteno es apropiado
particularmente para estructuras con carga altamente orientado
como los alabes de turbina
Matriz metálica reforzada con fibras cortas de silicio. Los materiales
compuestos de matriz metálica y discontinuamente reforzados
son un tipo de materiales que exhiben una mezcla de las
propiedades del refuerzo. Los refuerzos pueden ser partículas
ultraresistentes (whiskers), fibras cortas o cortadas o partículas.
Cada tipo de refuerzo tiene atributos como sus propiedades o el
costo.
Matriz metálica reforzada con whiskers.
Los materiales compuestos de matriz metálica reforzados con
whiskers son una categoría distinta de materiales avanzados en
ingeniería que proporcionan ventajas diferentes y únicas sobre las
aleaciones convencionales en muchas aplicaciones de altas
prestaciones.
Matriz metálica con fibras cortas cerámicas.
La característica de las fibras cortas posibilita el uso total o
selectivo del refuerzo y el desarrollo de propiedades isótropas o
anisótropas en el material compuesto de matriz metálica. Algunas
propiedades claves pueden ser modificables mediante la adicción
de fibras cortas son: la expansión térmica, conductividad térmica,
características de amortiguamiento, limite de endurecimiento a
fatiga y resistencia superficial. Los materiales compuestos de
matriz metálica reforzados con fibra corta están compuestos de
tres componentes: las fibras, la matriz y la zona de interfase entre
la fibra y la matriz.
ALGUNAS APLICACIONES.
CONSTRUCCIONES:
 Andamios
 Bancos
 Barandillas de fuentes
 Barreras
 Desatascadores
 Escalas
 Estructuras
 Marcos y canales
 Postes de alumbrado
 Postes de cercados
 Refuerzos
 Rejillas
 Tirantes
 Tuberías de baja presión
 Horcas
NAVAL:
 Balizas
 Bicheros
 Candeleros y pasamanos
 Mástiles y verjas de velas
PIEZAS DE MATERIALES
COMPUESTOS.
TURBINAS.
AVIONES.
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