Propiedades de los materiales

NECESIDAD DE MATERIALES PARA FABRICAR OBJETOS

 

·         Los materiales son necesarios para la fabricación de productos.

·         En el diseño de un objeto ha de emplearse el material que mejor se adapta a sus exigencias de uso y que resulta más económico.

·         Es necesario conocer los tipos de materiales susceptibles de ser empleados.

·         El ser humano viene utilizando diversos materiales desde épocas ancestrales, aprovechando los recursos disponibles de su entorno, como madera, arcilla, metales, etcétera.

·         Para designar las edades prehistóricas los historiadores utilizan el nombre del material que se usaba predominantemente en ellas.

 

BREVE RESEÑA HISTÓRICA

 

Edad de Piedra (hace, aproximadamente, un millón de años).

Se utilizaba piedra y huesos para elaborar: herramientas, hachas, arpones, flechas, hoces, etc.

Edad de Bronce (comienza aproximadamente en el año 3000 AC)

_Se utiliza el bronce a partir de cobre y estaño, dos minerales relativamente fáciles de obtener y fundir.

_Las herramientas fabricadas en bronce eran más duras y más sencillas de fabricar que las realizadas sólo con cobre.

 

Edad de Hierro (entre los años 1200 y 700 AC aprox.)

Para la obtención de hierro había que calentar el mineral a una temperatura mucho mayor para fundirlo.

Tenía grandes ventajas: la materia prima era abundante y más duras las herramientas obtenidas.

Para fundir el hierro se colocaba sobre un agujero hecho en el suelo y se calentaba por la parte inferior. Posteriormente, se empleó una «bomba» de pieles y madera para insuflar aire del exterior, avivar el fuego y aumentar la temperatura.

Época actual

Bien podría denominarse Edad del Silicio, por el cambio provocado por la electrónica basada en el silicio en la sociedad.

 

Clasificación de los materiales

 

Materiales naturales:

_Se encuentran en la naturaleza.

_Constituyen los materiales básicos para fabricar los demás productos.

_En ocasiones estos recursos son limitados y se pueden agotar, en otras ocasiones pueden reciclarse o reutilizarse.

_El reciclado o reciclaje es una buena solución para preservar el medio natural y ahorrar recursos naturales, al mismo tiempo que se reducen costes.

_Son naturales la madera, la lana, el esparto, la arcilla, el oro, etc.

 

Materiales artificiales:

_Se obtienen a partir de otros materiales que se encuentran en la naturaleza y no han sufrido transformación previa. También reciben este nombre los productos fabricados con varios materiales que sean en su mayoría de origen natural.

_Son artificiales el hormigón y los bloques de hormigón, que son productos artificiales, fabricados a partir de arena (en un 50%; material natural), grava (en un 30%; material natural), cemento (en un 20%; material artificial) y agua (material natural).

 

Materiales sintéticos:

_Están fabricados por el hombre a partir de materiales artificiales. No se encuentran en la naturaleza ni tampoco los materiales que los componen.

_El ejemplo más característico lo constituyen los plásticos, como la baquelita, que se obtiene a partir de dos materiales artificiales: formol y fenol.

_Durante los últimos cien años se han descubierto multitud de materiales, así como nuevos métodos de fabricación (p.e. la vulcanización).

 

Algunas propiedades de los materiales

 

Propiedades sensoriales:

A menudo elegimos los materiales dependiendo del efecto que puedan producir en alguno de nuestros sentidos. Más o menos agradables al tacto, el olor, la forma, el brillo, la textura y el color.

Propiedades ópticas:

Se refieren a la reacción del material cuando la luz incide sobre él. Así tenemos:

_materiales opacos, que no permiten que la luz los atraviese

_materiales transparentes, que dejan pasar la luz

_materiales translúcidos, que permiten que penetre la luz pero no dejan ver nítidamente a través de ellos.

Existen otros materiales sensibles a la luz que reaccionan de alguna manera cuando la luz incide sobre ellos como los semiconductores (LDR, placas solares) o que sufren reacciones químicas como las películas fotográficas, etcétera.

 

Propiedades térmicas:

Describen el comportamiento de un material frente al calor

Conductividad térmica.

Por lo general, los metales son buenos conductores del calor mientras que el algodón, la lana, la fibra de vidrio, los poliuretanos, etc....son aislantes y evitan que el calor los atraviese con facilidad.

Modificación de características mecánicas con la temperatura

 

Propiedades magnéticas:

Capacidad que tiene un metal ferroso (hierro y sus aleaciones) para ser atraído por un imán, así como a la posibilidad de que las propiedades magnéticas del imán sean transferidas al metal.

 

Propiedades químicas:

Resistencia a la oxidación y corrosión (especialmente en los metales). Así tenemos que el acero y sus aleaciones se oxidan con bastante facilidad en contacto con la humedad.

 

 

 

PROPIEDADES QUE NOS INTERESAN PARA LOS METALES

 

Propiedades mecánicas:

Están relacionadas con la forma en que reaccionan los materiales cuando actúan fuerzas sobre ellos. Las más importantes son:

Elasticidad.

Capacidad que tienen algunos materiales para recuperar su forma, una vez que ha desaparecido la fuerza que los deformaba.

Plasticidad.

Habilidad de un material para conservar su nueva forma una vez deforma-do. Es opuesto a la elasticidad.

Ductilidad.

Es la capacidad que tiene un material para estirarse en hilos (por ejemplo, cobre, oro, aluminio, etcétera).

Maleabilidad. Aptitud de un material para extenderse en láminas sin romperse (por ejemplo, aluminio, oro,etc.).Aluminio.

Dureza.

Oposición que ofrece un cuerpo a dejarse rayar o penetrar por otro o, lo que es igual, la resistencia al desgaste.

Fragilidad.

Es opuesta a la resiliencia. El material se rompe en añicos cuando una fuerza impacta sobre él.

Tenacidad.

Resistencia que opone un cuerpo a su rotura cuando está sometido a esfuerzos lentos de deformación.

Fatiga.

Deformación (que puede llegar a la rotura) de un material sometido a cargas variables, inferiores a la de rotura, cuando actúan un cierto tiempo o un número de veces.

Maquinabilidad.

Facilidad que tiene un cuerpo a dejarse cortar por arranque de viruta.

Acritud.

Aumento de la dureza, fragilidad y resistencia en ciertos metales como consecuencia de la deformación en frío.

Colabilidad.

Aptitud que tiene un material fundido para llenar un molde.

Resiliencia.

Resistencia que opone un cuerpo a los choques o esfuerzos bruscos.

 

Esfuerzos físicos a los que pueden someterse los materiales

 

Tracción

La fuerza tiende a alargar el objeto y actúa de manera perpendicular a la superficie que lo sujeta.

Compresión

La fuerza tiende a acortar el objeto. Actúa perpendicularmente a la superficie que la sujeta.

Flexión

La fuerza es paralela a la superficie de fijación. Tiende a curvar el objeto.

Torsión

La fuerza tiende a retorcer el objeto. Las fuerzas (que forman un par o momento) son paralelas a la superficie de fijación.

Cortadura

La fuerza es paralela a la superficie que se rompe y pasa por ella.

Pandeo

Es similar a la compresión, pero se da en objetos con poca sección y gran longitud. La pieza «se pandea».

 

Introducción a los ensayos de materiales

 

Ensayo de tracción:

Consiste en estirar lentamente una probeta, de longitud y sección normalizadas, del material a analizar, hasta que se rompe. A continuación se analizan los alargamientos producidos a medida que aumenta la fuerza.

sR = FR/S.

sR =Tensión de rotura

FR = Fuerza de rotura

S = Sección de la probeta en cm2.

                      

 

Ensayo de fatiga:

Consiste en hacer girar rápidamente una probeta normalizada del material a analizar, al mismo tiempo que se deforma (flexión) debido a la fuerza F.

Al número de revoluciones que ha girado antes de romperse se le llama límite de fatiga.

 

Ensayo de dureza:

Consiste básicamente en ejercer una determinada fuerza con un diamante o bola de acero sobre la pieza a analizar y ver las medidas de la huella dejada.

Luego se aplica una fórmula y se calcula el grado de dureza. Las escalas más importantes son: Brinell y Rockwell.

Ensayo de resiliencia:

Consiste en determinar la energía necesaria para romper una probeta normalizada del material a analizar, mediante un impacto. Se usa un péndulo (Péndulo de Charpy) que lleva una velocidad de entre 5 y 7 m/s. Para calcular esta energía se anota la altura a la que se suelta. Ésta será una energía potencial. Después de haber roto la probeta, la energía sobrante hará ascender el péndulo un ángulo b.