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Introducción a la ciencia de materiales para ingenieros, 6ta Edición – James F. Shackelford

Written By Alexis Llontop on sábado, 13 de diciembre de 2014 | 18:26

Este libro está diseñado para un primer curso de ingeniería de materiales. El campo comprendido por esta área de la profesión del ingeniero se conoce como «ciencia e ingeniería de materiales». Para mí, esta denominación realiza dos fun­ciones importantes. En primer lugar, se trata de una descripción exacta del equi­librio entre los principios científicos y la ingeniería práctica que se precisa al se­leccionar los materiales apropiados en la tecnología moderna. En segundo lugar, sirve de guía para organizar este libro. Cada palabra define una parte distinta. Tras un breve capítulo introductorio, la palabra «ciencia» califica a la Parte I, sobre «Los fundamentos». Los Capítulos 2 a 6 tratan diversos temas de física y química aplicada. Son la base para comprender los principios de la «ciencia de materiales». Supongo que algunos estudiantes seguirán este curso sin haber ad­quirido todavía los conocimientos de física y química requeridos. Por ello, se ha intentado que la Parte I sea independiente. Un curso previo de química o física sería útil, pero no tiene por qué ser necesario. Si todo el grupo ha superado un curso de introducción a la química, puede dejarse el Capítulo 2 (acerca del enla­ce atómico), como un tema de lectura opcional, pero es importante no pasar por alto el papel del enlace a la hora de definir los tipos básicos de materiales de ingeniería. Los restantes capítulos de la Parte I no pueden ser opcionales, pues en ellos se describen los temas clave de la ciencia de materiales. En el Capítulo 3 se estudian las estructuras cristalinas ideales de los materiales importantes.

El Capítulo 4 introduce las imperfecciones estructurales que se pueden encontrar en los materiales reales. Estos defectos estructurales son la base de la difusión en estado sólido (Capítulo 5) y de la deformación plástica en los metales (Capítu­lo 6). El Capítulo 6 también incluye un amplio estudio sobre el comportamiento mecánico de varios tipos de materiales en ingeniería. Igualmente, el Capítulo 7 estudia el comportamiento térmico de estos materiales. Las cargas mecánicas o térmicas sobre los materiales pueden provocar su fallo, tema que se trata en el Ca­pítulo 8. Además, el análisis sistemático de fallos en servicio puede ayudar en la prevención de futuras catástrofes. Los Capítulos 9 y 10 son especialmente impor­tantes, ya que son un puente entre la «ciencia de materiales» y la «ingeniería de materiales». Los diagramas de fase (Capítulo 9) son una herramienta efectiva en la descripción de las microestructuras de equilibrio de los materiales utilizados en la práctica ingenieril. Los profesores notarán que este tema se presenta de una forma descriptiva y empírica. Debido a que algunos estudiantes en este curso aún no dis­pondrán de conocimientos de termodinámica, he evitado el uso de la energía libre en la descripción. (El CD adjunto incluye un Capítulo de Termodinámica, para los profesores que quieran enseñar los diagramas de fases con una perspectiva de Ter­modinámica). La cinética (Capítulo 10) es la base del tratamiento térmico de los materiales para ingeniería.

Contenido: [870 Pag.]

Prefacio
Capítulo 1. Materiales para ingeniería.
1.1. El mundo de material
1.2. Ciencia e ingeniería de materiales.
1.3. Tipos de materiales
1.4. De la estructura a las propiedades
1.5. Procesado de materiales.
1.6. Selección de materiales

Parte I: FUNDAMENTOS

Capítulo 2. El enlace atómico.
2.1. Estructura atómica.
2.2. El enlace iónico.
2.3. El enlace covalente.
2.4. El enlace metálico.
2.5. El enlace secundario o de Van der Waals.
2.6. Materiales: Clasificación en función del tipo de enlace.

Capítulo 3. Estructura cristalina: perfección.
3.1. Siete sistemas y catorce redes.
3.2. Estructuras metálicas.
3.3. Estructuras cerámicas.
3.4. Estructuras poliméricas.
3.5. Estructuras semiconductoras
3.6. Posiciones, direcciones y planos de la red.
3.7. Difracción de rayos X.

Capítulo 4. Defectos cristalinos y estructura no cristalina: imperfección.
4.1. La solución sólida: imperfección química.
4.2. Defectos puntuales: imperfecciones de dimensión cero
4.3. Defectos lineales o dislocaciones: imperfecciones unidimensionales
4.4. Defectos de superficie: imperfecciones bidimensionales.
4.5. Sólidos no cristalinos: imperfecciones tridimensionales
4.6. Microscopía

Capítulo 5. Difusión.
5.1. Procesos térmicamente activados
5.2. Producción térmica de defectos puntuales.
5.3. Defectos puntuales y difusión en estado sólido
5.4. Difusión en estado estacionario.
5.5. Caminos alternativos para la difusión.

Capítulo 6. Propiedades mecánicas.
6.1. Tensión frente a deformación Metales.
6.2. Deformación elástica
6.3. Deformación plástica
6.4. Dureza
6.5. Fluencia y relajación de esfuerzos.
6.6. Deformación viscoelástica.

Capítulo 7. Propiedades térmicas.
7.1. Capacidad calorífica.
7.2. Dilatación térmica.
7.3. Conductividad térmica.
7.4. Choque térmico.

Capítulo 8. Análisis y prevención de fallos.
8.1. Energía de impacto.
8.2. Tenacidad de fractura.
8.3. Fatiga.
8.4. Ensayos no destructivos.
8.5. Análisis y prevención de fallos.

Capítulo 9. Diagramas de fases: evolución del equilibrio microestructural.
9.1. La regla de las fases
9.2. El diagrama de fases.
9.3. La regla de la palanca
9.4. Evolución de la microestructura durante el enfriamiento lento.

Capítulo 10. Cinética: tratamiento térmico
10.1. El tiempo: la tercera dimensión
10.2. El diagrama TTT
10.3. Templabilidad
10.4. Endurecimiento por precipitación
10.5. Recocido
10.6. Cinética de las transformaciones de fase de los no metales.

Parte II: LOS MATERIALES ESTRUCTURALES

Capítulo 11. Metales
11.1. Aleaciones férreas.
11.2. Aleaciones no férreas.
11.3. Aleaciones ligeras
11.4. Materiales compuestos de matriz metálica
11.5. Procesado de materiales metálicos

Capítulo 12. Cerámicos y vidrios.
12.1. Cerámicos: materiales cristalinos.
12.2. Vidrios: materiales no cristalinos.
12.3. Vitrocerámicas.
12.4. Procesado de los cerámicos y los vidrios.

Capítulo 13. Polímeros.
13.1. Definición y clasificación
13.2. Síntesis de polímeros.
13.3. Peso molecular. Medida, influencia en propiedades
13.4. Solubilidad y estabilidad química.
13.5. Cristalinidad.
13.6. Comportamiento térmico.
13.7. Comportamiento mecánico.
13.8. La reticulación de termoestables y elastómeros
13.9. Plásticos comerciales.
13.10. Adhesivos
13.11. Familia de adhesivos y criterios de selección
13.12. Procesado de polímeros

Capítulo 14. Materiales compuestos.
14.1. Materiales compuestos. Clasificación y selección
14.2. Función de la fibra en el material compuesto.
14.3. Función de la matriz en el material compuesto
14.4. La anisotropía del material compuesto
14.5. Aplicaciones y limitaciones de los materiales compuestos.

Parte III: MATERIALES ELECTRÓNICOS Y MAGNÉTICOS

Capítulo 15. Conducción eléctrica.
15.1. Portadores de carga y conducción.
15.2. Niveles y bandas de energía
15.3. Conductores
15.4. Aislantes.
15.5. Semiconductores.
15.6. Materiales compuestos.
15.7. Materiales: clasificación eléctrica.

Capítulo 16. Comportamiento óptico.
16.1. Luz visible.
16.2. Propiedades ópticas
16.3. Sistemas y dispositivos ópticos

Capítulo 17. Semiconductores
17.1. Semiconductores elementales intrínsecos.
17.2. Semiconductores elementales extrínsecos
17.3. Compuestos semiconductores
17.4. Semiconductores amorfos
17.5. Procesado de semiconductores.
17.6. Dispositivos semiconductores

Capítulo 18. Materiales magnéticos.
18.1. Magnetismo.
18.2. Femomagnetismo.
18.3. Ferrimagnetismo
18.4. Imanes metálicos
18.5. Imanes cerámicos.

Parte IV: MATERIALES EN DISEÑOS DE INGENIERÍA

Capítulo 19. Degradación ambiental
19.1. Oxidación: ataque atmosférico directo.
19.2. Corrosión acuosa: ataque electroquímico.
19.3. Corrosión galvánica de dos metales
19.4. Corrosión por reducción gaseosa.
19.5. Efecto de la tensión mecánica en la corrosión
19.6. Métodos de prevención de la corrosión
19.7. Curvas de polarización
19.8. Degradación química de cerámicos y polímeros
19.9. Daño por radiación
19.10. Desgaste
19.11. Análisis superficial

Capítulo 20. Selección de materiales.
20.1. Propiedades de los materiales: parámetros de diseño en ingeniería
20.2. Selección de materiales estructurales: estudio de casos.
20.3. Selección de materiales electrónicos y magnéticos: estudio de casos
20.4. Materiales y medio ambiente

Apéndice 1. Datos físicos y químicos de los elementos químicos.
Apéndice 2. Radio atómico y radio iónico de los elementos químicos.
Apéndice 3. Constantes y factores de conversión.
Apéndice 4. Propiedades de los materiales estructurales.
Apéndice 5. Propiedades electrónicas, ópticas y magnéticas de los materiales
Apéndice 6. Ensayos de caracterización de materiales.
Glosario. Soluciones a los Problemas Prácticos (PP) y a los Problemas Numéricos Impares.
Indice.

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