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INFORME No 1 Ciencia e Ingeniería de Materiales
Reconocimiento de materiales Gabriel Fabián Sandoval Velásquez - 96090702740
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Angel Steven Forero Cuervo - 25472165
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GRUPO 1 Universidad Universidad Nacional de Colombia 30 de agosto de 2016
RESUMEN El estado del arte de la ciencia y de la ingeniería de materiales consiste en buscar materiales que tengan ciertas propiedades para luego implementarlo en el desarrollo de nuevas tecnologías. Para reconocer se tienen en cuenta las propiedades ya conocidas asociadas a un material particular. Se realizará el reconocimiento de diez materiales basándose en pruebas esencialmente sensoriales para la identificación identificación de sus su s propiedade prop iedades. s. Se puede reafirmar que este tipo de pruebas en los materiales son útiles cuando no se tienen herramientas especializadas o avanzados laboratorios laboratorios y son s on precisas para lo que se requiere.
PALABRAS CLAVE Reconocimiento, Reconocimiento, sensorial sen sorial,, propiedades. p ropiedades.
I. INTRODUCCIÓN
L
os materiales en ingeniería son las fundamentales para el desarrollo de nuevas tecnologías. Cada material tiene propiedades específicas específicas que lo hacen especialmente útil para distintas aplicaciones de la ingeniería, por esto es sumamente importante conocer el tipo de material con el que se trabajará, además de sus propiedades, para darle solución a un problema o crear nuevos componentes para diferentes aplicaciones. Por medio de análisis cualitativos y semicuantitativos se puede llegar a tener una aproximación real a la caracterización caracterización de un material. material.
material. En el ensayo de color, como es de esperarse se observa el color de los materiales. La prueba de color sirve principalmente para identificar materiales metálicos o elementos puros, pues estos tienen colores particulares, particulares, y po r otro lado, a estos no es posible cambiarles cambiarles el color agregando tinturas en la fundición como si es el caso de los p olímeros y algunas cerámicas. La textura permite identificar identificar si un material ha pasado por un proceso p roceso de maquinado o algún algún otro o tro tipo de procesamiento. La prueba de masa se usa para hacer una aproximación de la densidad. Por ejemplo, empíricamente se sabe que es imposible que un trozo de aluminio de un volumen determinado tenga más masa que uno de d e volumen similar similar de acero. En la prueba magnética se observa si un material es ferromagnético, es decir si es atraído o no por un campo magnético. Los elementos metálicos que tienen esta característica son principalmente hierro (algunos aceros), níquel y cobalto. La prueba de chispa consiste en poner un metal en un esmeril y observar la chispa que se produce. Los elementos ferrosos tienen una amplia gama de chispas. Otros metales como el níquel, también producen chispas pero en menor medida comparados con los materiales materiales ferrosos. ferroso s. Este tipo de pruebas a pesar de su sencillez ofrecen una gran exactitud en los resultados, pues aunque individualmente sean un poco ambiguas para poder hacer el reconocimiento, un material particular particular posee una combinación específica específica de estas características. características.
III. LA PRÁCTICA Existen diferentes métodos para reconocer un material. Estos métodos en su mayoría se basan el reconocimiento de algunas características intrínsecas de cada material, como la composición química o la densidad. Sin embargo, no siempre es necesario medir estas características puntuales, sino que en vez de eso, se observa un grupo de características características que juntas p ermiten identificar identificar el material.
II. MARCO TEÓRICO Para identificar un material de forma relativamente rápida se hacen ciertas ciertas observaciones ob servaciones de tipo sensorial para determinar características como: color, textura, masa, de sonido, de magnetismo, de chispa. Estas pruebas permiten en primera instancia, categorizar el material en un determinado grupo, ya sea metales, cerámicas, polímeros, o compuestos. Y luego, determinar con más precisión el tipo de
En esta práctica de laboratorio se pretende identificaran diez materiales dados, identificando las características descritas anteriormente.
A. MATERIALES Y EQUIPOS Para realizar las pruebas magnética, de sonido y de chispa, se necesitaran necesitaran los siguientes elementos:
Imán: se usa para seleccionar materiales ferrosos y algunos otros con propiedades magnéticas. Martillo: con el podemos hacer una prueba de ti mbre, que trata de identificar un material por su sonido. Esmeril: principalmente usado para clasificar aceros por prueba de chipa. chipa.
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B. DESARROLLO EXPERIMENTAL Dado que a priori no se sabe nada de los materiales, se etiquetan con un número como se muestra en la siguiente figura. (Figura 1)
Figura 1. Materiales dados para la caracterización.
En primer lugar se observan las características que es posible percibir usando el tacto y la vista, como los son el color y la textura. Luego de eso se estima la densidad del material. Posteriormente se precede a golpearlos con el martillo y escuchar el tipo de sonido que emite. A continuación se usa el imán para observar el carácter magnético de cada material. Una vez realizadas estas pruebas, ya es posible categorizar los materiales entre, metales, polímeros, cerámicas o compuestos. Por esto la prueba de chispa se reduce a ser realizada solo en algunos metales.
Con base en los datos obtenidos se puede ver que hay 6 metales entre los materiales dados. Pues los metales se caracterizan por tener una densidad relativamente alta y un sonido resonante, ya sea grave o agudo. Una vez sabido que tales materiales son de carácter metálico, se procede a clasificarlos por su color, y carácter magnético lo cual da indicios de la composición química de cada metal. Como se mencionó anteriormente los materiales ferromagnéticos principalmente son hierro, níquel y cobalto. Por lo tanto, los materiales que si son magnéticos, o son puros o bien tienen una alta concentración de estos elementos en su composición. Por otro lado los materiales que no presentaron un sonido resonante (ni grave ni agudo ) deben pertenecer a una de las categorías restantes. Es fácil para el experimentador observar que no hay objetos formados por más de un material, en otras palabras, no hay materiales compuestos. Aunque los materiales 5 y 6 se determinaron con densidad baja, la densidad del 5, es bastante más baja que la del 6, por lo qu e se espera una composición distinta. La textura apoya esta hipótesis, pues el material 5, presenta mayor dureza y lo que al parecer es una fractura, por el contrario el material 4 no parece ser propenso a quebrarse. Los materiales 8 y 9 tienen textura rugosa y porosa, sin embargo el 9 tiene una estructura esponjosa, por el contrario el 8 es más compacto. Además de las características observadas, se presentó una particularidad en el material 8, mancha la piel al momento de rosarlo. Luego se hizo la prueba de chispa a materiales seleccionados en los cuales se espera un resultado no negativo a esta prueba, basándose en los datos obtenidos y en las afirmaciones hechas. Estos materiales fueron 2, 3, y 10. Posteriormente, los resultados obtenidos se comparan con la siguiente tabla.
C. RESULTADOS Y ANÁLISIS Una vez realizadas todas las pruebas se recopila la información en la siguiente tabla (Tabla 1).
: #
o re n
ci l
d ar
a
x
a
té ai M
o e o
M
1
No
2
Sí
3
Sí
4
No
5
di
r S
C
s
g a
di ut
t
e T
n D
n
ol o
Áspera
Alta
Grave
spera
Alta
Grave
Lisa
Alta
Agudo
Gris/blanco en algunas zonas Plateado, amarilloso Gris
Baja
No
Blanco
No
Áspera, porosa Lisa
Baja
Grave
6
No
Lisa
Baja
Agudo
Rojo claro, translucido Plateado
7
No
Lisa
Media
Agudo
Rojizo
8
No
Baja
No
Negro
Figura 2. Chispa generada por algunos metales. [3]
9
No No
Amarillo muy pálido Plateado, un poco brillante
A continuación se mostraran los resultados de dicha prueba.
1 0
Ligera porosidad Rugosa, porosa Lisa
Media/B No aja Alta Agudo
Tabla 1 Figura 3. Chispa generada por el material 1 .
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Por la escasa chispa se espera que el material sea carburo de tungsteno o níquel. Sin embargo, el carburo de tungsteno no presenta cualidades magnéticas como el níquel.
Zamak, debido a que este es utilizado principalmente para fundición y este material tenía estos indicios. Material #2: es un metal magnético pero su color y ti mbre no dan indicios de que sea un acero y debido a que es uno de los pocos metales magnéticos que no es ferroso se sabe que es níquel. Material #3: Por su color gris, sonido agudo, propiedad ferromagnética y chispa generada. Se puede afirmar con seguridad que se trata de un acero.
Figura 4. Chispa generada por el material 3.
Material #4: presenta una baja densidad y forma de esponja, descartamos que sea un metal debido a que no tiene timbre y que no es magnético, estás propiedades son únicas de un polímero. Material #5: tiene una baja densidad, una textura lisa, color translucido. Características propias de una resina.
Figura 5. Chispa generada por el material 3.
Con este material, la tabla se queda corta pues no hay algo que replique lo obtenido con exactitud, no obstante se puede decir tanto por el color como por la forma de la chispa, que el material en cuestión es un acero.
Material #6: es un metal ligero, plateado y sin brillo, no es magnético. Es aluminio. Material #7: es un metal, no tan denso, no magnético, y su color rojizo indica que es cobre. Material #8: en este caso se tiene la particularidad de que el material mancha al contacto, y es un material ligero. No es un metal, ni un polímero (pues estos no manchan y su textura es más suave y lisa.). Por tanto debe tratarse de un material cerámico. Material #9: No es magnético, ni produce un sonido resonante, y tiene una baja densidad, así que no es metálico. Es ligero, pero no tanto como un polímero. También es un material cerámico.
Figura 6. Chispa generada por el material 10.
Figura 7. Chispa generado por el material 10.
Se ve una chispa larga y sin ramificaciones. Lo más cercano a eso es un acero inoxidable. Y, a juzgar por el brillo que se percibió en la prueba de color, esta afirmación resulta cierta. Una vez realizadas todas las pruebas se puede decidir que materiales son los caracterizados. En resumen se tiene que: Material #1: es una aleación de un metal blanco y gris. No es una aleación de aluminio pues es demasiado denso. Muy probable que sea una aleación de zinc, más exactamente
Material #10: es un metal, de color plateado y algo brillante. Produjo una chispa alargada y sin ramificaciones. Puede afirmarse que se trata de un acero inoxidable. Como no es magnético se trata de un acero austenítico.
IV. CONCLUSIÓN La principal conclusión a la que se puede llegar luego de realizadas las practica, es que no es necesario realizar una prueba demasiado exhaustiva para conocer la naturaleza de un material y en muchos casos tampoco para conocer a groso modo su composición.
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] JUAN HERNANDO REYES PACHECO. D IAPOSITIVAS DE CLASE (R ECONOCIMIENTO DE MATERIALES ). U NIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA, 2016. [2] WILLIAM D. CALLISTER , JR . – DAVID G. RETHWISCH. MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING , AN INTRODUCTION, 2013. [3] LAS CHISPAS IDENTIFICAN UN METAL, IMAGEN TOMADA EL DIA 30 DE AGOSTO DE 2016. [E N LÍNEA]. DISPONIBLE: HTTP://WWW.MIMECANICAPOPULAR .COM/ VERHERR . PHP? N=430
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