UD2: Los Materiales (1)

CPPA CFGS – – Parte específica Tecnología Industrial UD 2: Los materiales

IES “Luis Vélez Vélez de Guevara” Guevara”

UD2: LOS MATERIALES 1.

Propiedades de los materiales. Ensayo de tracción y resiliencia

2.

Materiales metálicos

3.

Materiales de construcción

4.

Materiales plásticos

5.

Materiales textiles

6.

Tratamientos térmicos

1. Propiedades de los materiales. Ensayo de tracción y resiliencia A la hora de seleccionar seleccionar el material material más adecuado adecuado para una una determinada determinada aplicación, aplicación, debemos tener en cuenta diversos factores, como son el trabajo que va a desarrollar la pieza, la atmósfera en la que se va a encontrar, el proceso de conformado mediante el cual se le dará la forma definitiva, la disponibilidad de ese material, su coste,… Por lo tanto, un profundo conocimiento de las propiedades de los distintos materiales y de las formas en que se pueden mejorar es la clave para estar en condiciones de determinar cuál es el más adecuado. Así, antes de fabricar fabricar un determinado determinado objeto, es necesario necesario establecer establecer las características características deseables que deben poseer los materiales de los que estará hecho, y, en una segunda fase, escoger el material óptimo entre aquellos que cumplan las características deseadas. Las propiedades de los materiales se definen como un conjunto de características diferentes para cada cuerpo o grupo de cuerpos, que ponen de manifiesto cualidades intrínsecas de los mismos o su forma de responder a determinados agentes exteriores. Estas características vienen determinadas por la estructura interna del material (componentes químicos presentes y forma de unión de los átomos). Las propiedades de un material determinado se pueden clasificar en cinco grandes grupos: 

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Propiedades químicas: se refieren a los procesos que modifican químicamente un material. Propiedades físicas: se refieren a las características de los materiales debido al ordenamiento atómico o molecular del mismo. Propiedades térmicas: se refieren r efieren al comportamiento comportamiento del material frente al calor. Propiedades magnéticas: se refieren a la capacidad de algunos materiales al ser sometidos a campos magnéticos.

Propiedades mecánicas: están relacionadas con la forma en que reaccionan los materiales al actuar fuerzas sobre ellos.

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1.1. Propiedades químicas 

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Estabilidad química: indica la capacidad de un determinado elemento o compuesto químico de reaccionar espontáneamente al entrar en contacto con otro elemento o a descomponerse o si, por el contrario, para que reaccione es necesaria una acción exterior (calor, trabajo o elementos químicos activadores). Oxidación: cuando un material se combina con oxígeno, se dice que experimenta una reacción de oxidación. Tal reacción, de forma esquemática sería... Material + oxígeno → óxido del material ± energía

Aunque la oxidación oxidación limita limita la vida del material material en ocasiones ocasiones la formación formación de una capa de óxido en el mismo, depositada en la parte exterior del material, lo protege de una posterior degradación. La mayor temperatura acelera el proceso de oxidación del material. Materiales susceptibles susceptibles de ser oxidados: hierro, aceros bajos en carbono, cobre, t itanio,... Materiales resistentes a la oxidación: oro, plata, aluminio, estaño, cromo,... 

Corrosión: Cuando la oxidación se produce en un ambiente húmedo o en presencia de otras sustancias agresivas, se denomina corrosión.

1.2. Propiedades físicas 

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Densidad: es la relación existente entre la masa de una determinada cantidad de material y el volumen que ocupa. Su unidad en el sistema internacional es el kg/m 3. Peso específico: es la relación existente entre el peso de una determinada cantidad de material y el volumen que ocupa. Su unidad en el SI es el N/m 3. Resistencia eléctrica : todas las sustancias ofrecen un mayor o menor grado de oposición al paso de la corriente eléctrica. Tal oposición es la resistencia eléctrica, que define si un material es un conductor, semiconductor o aislante eléctrico. La resistencia eléctrica se mide en ohmios (Ω). Una magnitud asociada a la resistencia eléctrica es la resistividad (ρ), que se define como la resistencia que ofrece al paso de la corriente un material de un metro de longitud y de un m 2 de sección. Se mide en Ω·m. La inversa de la resistividad es la conductividad (σ).

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comportamiento de los cuerpos cuando la luz Propiedades ópticas: se refieren al comportamiento incide sobre ellos, así tenemos: 

Cuerpos opacos absorben o reflejan totalmente la luz, impidiendo que pase a su través.

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Cuerpos transparentes transmiten la luz, por lo que permiten ver a través de ellos.


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Cuerpos translúcidos dejan pasar la luz, pero impiden ver los objetos a su través.

1.3. Propiedades térmicas 

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Dilatación térmica o dilatabilidad: la mayoría de los materiales aumentan de tamaño (se dilatan) al aumentar la temperatura. La magnitud que define el grado de dilatación de un cuerpo es el coeficiente de dilatación que nos da una idea del cambio relativo de longitud o volumen que se produce cuando cambia la temperatura del material. Podemos expresarla de tres formas distintas según interese por la f orma geométrica de la pieza: 

Coeficiente de dilatación lineal, α:

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Coeficiente de dilatación superficial, β:

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Coeficiente de dilatación cúbica, γ:

Calor específico (ce): se define como la cantidad de calor que necesita una unidad de masa para elevar su temperatura un grado (centígrado o Kelvin). En el sistema internacional se mide en J/kg·ºK (K = grados Kelvin, 0ºC = 273,15 ºK), aunque es más frecuente medirlo en cal/g·ºC. Calor específico del agua aproximadamente 1 cal/g·ºC

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Temperatura de fusión: al elevar la temperatura de un sólido, puede producirse un cambio de estado, pasando de sólido a líquido. La temperatura a la que se sucede tal fenómeno es la temperatura de fusión, que a presión normal se llama punto de fusión. Durante el proceso de fusión la temperatura del cuerpo no varía hasta que se ha aportado el calor necesario para el cambio de estado, momento en el cual vuelve a elevarse la temperatura del cuerpo. Conductividad térmica (K): es un parámetro que indica el comportamiento de cada cuerpo frente a la transmisión del calor, es decir, es la intensidad con que se transmite el calor en el seno de un material.


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Calor latente de fusión: es el calor necesario para transformar una unidad de masa del material del estado sólido al líquido.

1.4. Propiedades magnéticas Representan los cambios físicos que se producen en un cuerpo al estar sometido a un campo magnético exterior. 

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Materiales diamagnéticos: las líneas de campo magnético creadas al estar el material en presencia de un campo inductor son de sentido contrario a éste, lo que significa que este tipo de materiales se oponen al campo magnético aplicado, son repelidos por los imanes. No presentan efectos magnéticos observables. observables. Hidrógeno, cloruro de sodio, oro, plata, cobre,... Materiales paramagnéticos paramagnéticos : hay sustancias, como el magnesio, el aluminio, el estaño, el cromo, etc., que al ser colocadas en un campo magnético se convierten en imanes y sus moléculas se orientan en la misma dirección que el campo. Al cesar el campo magnético desaparece su magnetismo. Estas sustancias se denominan paramagnéticas y la propiedad que presentan se denomina paramagnetismo. Materiales ferromagnéticos : el ferromagnetismo se presenta en el hierro puro, en el cobalto, en el níquel y en sus aleaciones. En estas sustancias, que se denominan ferromagnéticas, los spines de los electrones tienden a alinearse a causa de las fuerzas existentes entre ellos y forman pequeñas regiones llamadas dominios, que están magnetizados en diferentes direcciones. direcciones. Eso da lugar a una superficie con diferentes polos. Si suprimimos el campo magnético. Los dominios tienden a conservar su dirección y hacen que el material quede magnetizado. Por eso estos materiales se utilizan para obtener imanes permanentes. Al colocar estas sustancias sustancias ferromagnéticas ferromagnéticas bajo la acción de un campo, campo, los dominios dominios se orientan parcialmente y crecen los que están en la misma dirección. Si el campo es elevado, se pueden orientar todos los dominios en la misma dirección del campo.

1.5. Propiedades mecánicas 

Elasticidad

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Plasticidad

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Resistencia a la fluencia : indica la fuerza para la que un material se deforma sin recuperar su forma primitiva al cesar el esfuerzo. Resistencia a la tracción o resistencia última: indica la fuerza para la que un material se rompe.

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t orsora que indica la rotura de un material. Resistencia a la torsión : fuerza torsora

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Resistencia a la fatiga

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Dureza


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Fragilidad

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Tenacidad

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Resiliencia o resistencia al choque

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Ductilidad

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Maleabilidad

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Maquinabilidad

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Moldeabilidad: facilidad de un material para ser conformado por fundición o moldeo.


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1.6. Ensayo de tracción El ensayo de tracción es uno de los más importantes para la determinación de las propiedades mecánicas de cualquier material. Este ensayo consiste en estirar una probeta de dimensiones normalizadas, por medio de una máquina, a una velocidad lenta y constante, obteniéndose de esta forma la curva de tensiónalargamiento.

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Tensión (σ): fuerza aplicada a la probeta por unidad de sección (N/m 2) 

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F S

Alargamiento o deformación unitaria ( ε): tanto por uno en que se ha incrementado la longitud de la probeta. También puede darse en %. 

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L  L0 L0

En la figura se muestra un diagrama tensión-deformación unitaria típico realizado en un ensayo de tracción. En él se pueden apreciar tres zonas:

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Zona elástica (AB) : en ella la relación tensión-deformación tensión-deformación es lineal, cumpliéndose la ley de Hooke: 

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 E  

E: módulo de Young o módulo de elasticidad (N/m 2) Si se detiene el ensayo en cualquier punto de esta zona, la probeta recupera su longitud inicial. La zona elástica termina cuando se alcanza el límite elástico (σE, punto B). www.iesluisvelez/blogs/tecnología

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Zona plástica (BD): en ella los alargamientos son permanentes. La fuerza máxima dividida por la sección inicial de la probeta determina la resistencia a la tracción ( tracción (σR, punto D).

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Zona de estricción (DE) : a partir de la carga de rotura (punto D), la deformación se localiza en una zona determinada de la probeta, la tensión disminuye y la probeta termina por romperse (punto E).

1.7. Ensayo de resiliencia El ensayo de resiliencia mide la tenacidad de los materiales. La tenacidad (propiedad inversa de la fragilidad) se define como la capacidad que tiene un material para almacenar energía, en forma de deformación plástica, antes de romperse. El método más habitual de llevar a cabo la medida de la tenacidad de un material es por medio del ensayo Charpy. La resiliencia se calcula dividendo la energía consumida por el material en la rotura (diferencia de energías potenciales en las posiciones iniciales y finales del péndulo) entre la sección de la probeta en la zona de entalla (80 mm 2). En el SI la resiliencia se expresa en J/mm 2. KCV 


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