PROPIEDADES de los MATERIALES

¿QUE ES LA MATERIA?
- La realidad primaria de la que están hechas las cosas.
- Sustancia que tiene ciertas propiedades que favorecen su uso en la construcción.
¿QUE ES UN MATERIAL?
-Son sustancias que a causa de sus propiedades se pueden utilizar para la fabricación de estructuras, maquinas y cualquier objeto que podamos imaginar.
Cabe destacar que los materiales han marcado diferentes épocas durante la historia:
- Edad de piedra: Elementos rudimentarios.
- Edad de bronce: Mayor perfeccionamiento.
- Edad de hierro: Perfeccionamiento aun mayor de los elementos.
Clasificación de materiales:
- Metales y aleaciones: Acero, bronce, latón.
- Polímeros: Plásticos y madera.
- Cerámicos y vidrios: Cementos y hormigón.
- Compuestos: Madera, fibra de vidrio, de carbono…
Aleación:
Un material puede modificar su estructura interna haciendo aleaciones y tratamientos térmicos.
Una aleacion es una mezcla de 2 o mas metales o de algún metal con un metaloide que se entremezclan en estado fundido, calentándolos por encima de la temperatura de fusión, con el objetivo de modificar sus propiedades.
Para que se considere aleación se deben cumplir dos condiciones: los elementos deben de ser miscibles en líquido y el elemento obtenido debe tener un carácter metálico.

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Son respuestas del material al agente externo que se le aplica.
PROPIEDADES QUIMICAS:
- Oxidación: Material + O2 -------- oxido + E
Los materiales que tienen mayor energi8a de oxidación, se oxidan mas tarde, ya que forman una capa en su superficie que lo protege mas.
- Corrosión: Material + O2 + humedad + agentes agresivos ---- CORROSION
Es un efecto de la oxidación. Se produce cuando además de la oxidación hay unos agentes que realizan un mayor desgaste en el material.
- Combustibilidad: Mayor o menor facilidad para que un material arda. Cada material tiene un potencia calorífica propia.

PROPIEDADES FISICAS
- Peso específico: Peso del material respecto al volumen que ocupa. P / V = N/m(3)
- Densidad: Relación entre masa y volumen. m / V = kg/m(3)
Relación entre peso especifico y densidad:
Pe = m • g / V; d = m / V
Pe = m/V • g = d • g
- Propiedades eléctricas: Los materiales pueden ser aislantes, conductores o semiconductores.
Cada material depende de su resistividad: capacidad de los materiales para dejar pasar la corriente eléctrica. Resistividad (ρ). R = ρ • l/s
Si un material tiene una resistividad muy alta será aislante. Los semiconductores dependen de la temperatura y la tensión eléctrica. Y los conductores tienen una resistividad muy baja.
La resistividad (ρ) se mide en Ώ•mm(2)/m
La inversa de la resistividad de un material es la conductividad, que se utiliza para el transporte de energía (I(2)•R•t) y en el calor de las estufas.
La resistividad, por otra parte, varía con la temperatura. Así, en los metales, a mayor temperatura mayor resistividad. Sin embargo en semiconductores, si la temperatura aumenta, la resistividad disminuye debido al dopado de impurezas.
La rigidez dieléctrica es la máxima tensión que puede soportar un material por unidad de longitud sin que en el se produzca el arco eléctrico. Los malos conductores(aislantes) pueden convertirse en conductores si los sometemos a altas tensiones y al saltar el arco eléctrico se perforan o se queman. Se mide en KV/cm.

Material Rigidez
Mica 300 – 2000 KV/cm
Vidrio 300 – 1500 KV/cm
Papel de parafinado 300 – 500 KV/cm
Aire (70atm.) 500 KV/cm
Aire (1atm.) 30 KV/cm

- Propiedades térmicas:
Dilatación: Cuando un material aumenta de temperatura, sus átomos vibran y se intentan separar de sus moléculas, es decir, el material se dilata.
Tipos de dilataciones:
- Lineal: L = Lo • (1 + α • ΔT)
- Superficial: S = So • (1 + β • ΔT) ------ β = 2α
- De volumen : V = Vo • (1 + γ • ΔT)----- γ = 3α
Calor específico (Ce): Q = m • Ce • ΔT
El calor específico es la energía necesaria para elevar 1 ºC la temperatura de una masa determinada de una sustancia.
Temperatura de fusión: Cuando un material se calienta, sus átomos vibran y pasan al estado de fusión. Para pasar del estado de fusión a líquido, se necesita el calor latente de fusión (CL).

-Propiedades magnéticas: Al colocar un cuerpo dentro de un campo magnético, este puede disminuir, aumentar o quedarse igual. También el cuerpo puede crear otro campo magnético:
- Opuesto al aplicado: Diamagnético. Materiales como son Hg, H, N, Au, Ag, Cu.
- De mismo sentido: Paramagnético. Materiales como son el Al y el Pt


- Ferromagnético, no se opone ni superpone al campo aplicado. Materiales como el Fe y los materiales que lo contengan (aleaciones).

- Propiedades opticas: Los materiales pueden ser:
Opacos: Absorben o reflejan toda la luz.
Traslucidos: Dificultan la vision de los objetos.
Transparente: Transmites o dejan pasar la luz y permiten ver la luaz a traves de ellos.

PROPIEDADES MECÁNICAS
-Dureza: Se define como la resistencia que los cuerpos oponen a dejarse rayar por otros.
Aunque industrialmente se define como la resistencia que un cuerpo opoe a ser penetrado por otro más duro que él, cuya forma y dimensiones estén normalizadas.
Existen dos formas de medir la dureza:-Brinell: se mide la huella superficial
-Rockwell: Se mide la profundidad.

-Elasticidad: Es la capacidad que presentan los cuerpos de recobrar su forma inicial después de haber sido deformados, cuando ha desaparecido la fuerza exterior que los deforma.
La elasticidad se mide en kg/mm(2). Ag = 0’5kg/mm(2); Fe = 20kg/mm(2); Acero(0’15% de C) = 28kg/mm(2); Acero(0’55% de C) = 43kg/mm(2).

-Plasticidad: Capacidad que tienen los materiales de adquirir deformaciones permanentes. Generalmente suelen ser metales, ya que tienen muy buenas propiedades plásticas debido a su enlace metálico.
Se puede dividir en dos partes: -Ductilidad: Capacidad de formar hilos.
-Maleabilidad: Capacidad de formar láminas.

-Resistencia a la rotura: Si a un material la vamos aumentando el esfuerzo, primero se deformará elásticamente, y podrá recuperar su forma al eliminar el esfuerzo exterior. Segundo, se deformará plásticamente, si seguimos aplicando el esfuerzo, y si lo retiro el material recuperará algo de su forma, pero sufrirá unas deformaciones permanentes. Por último si le aumentamos aún el esfuerzo, pasada la plasticidad el material se romperá.
El esfuerzo a la rotura de los materiales está sometido a diferentes esfuerzos:
- Tracción
- Compresión.
- Torsión.
- Cortadura.

-Tenacidad: Capacidad que tienen los materiales de absorber energía antes de romperse.
-Fragilidad: Capacidad de los materiales que les permite romperse sin deformarse.
-Resilencia: Es un ensayo mediante el cual se mide la tenacidad.

ENSAYO DE TRACCIÓN
Uno de los ensayos muy utilizado en la industria es el ensayo de tracción. Este ensayo tiene por objeto definir la resistencia elástica, resistencia última y plasticidad del material cuando se le somete a fuerzas uniaxiales. Se requiere una máquina, generalmente una prensa hidráulica, capaz de:
-Alcanzar la fuerza suficiente para producir la fractura de la probeta o téstigo.
-Controlarla velocidad del aumento de la carga o fuerza aplicada.
-Registrar las tensiones σ que se aplican y los alargamientos unitarios ε.

En el ensayo se mide la deformación (alargamiento) de la probeta entre dos puntos fijos de la misma a medida que se incrementa la carga aplicada, y se representa gráficamente en función de la tensión (carga aplicada dividida por la sección de la probeta). En general, la curva tensión-deformación así obtenida presenta cuatro zonas diferenciadas:
1. Deformaciones elásticas: en esta zona las deformaciones se reparten a lo largo de la probeta, son de pequeña magnitud y, si se retirara la carga aplicada, la probeta recuperaría su forma inicial. El coeficiente de proporcionalidad entre la tensión y la deformación se denomina módulo de elasticidad o de Young y es característico del material. Así, todos los aceros tienen el mismo módulo de elasticidad aunque sus resistencias puedan ser muy diferentes. La tensión más elevada que se alcanza en esta región se denomina límite de fluencia y es el que marca la aparición de este fenómeno. Pueden existir dos zonas de deformación elástica, la primera recta y la segunda curva, siendo el límite de proporcionalidad el valor de la tensión que marca la transición entre ambas. Generalmente, este último valor carece de interés práctico y se define entonces un límite elástico (convencional o práctico) como aquél para el que se produce un alargamiento prefijado de antemano (0,2%, 0,1%, etc.). Se obtiene trazando una recta paralela al tramo proporcional (recto) con una deformación inicial igual a la convencional.
2. Fluencia. Es la deformación brusca de la probeta sin incremento de la carga aplicada. El fenómeno de fluencia se da cuando las impurezas o los elementos de aleación bloquean las dislocaciones de la red cristalina impidiendo su deslizamiento, mecanismo mediante el cual el material se deforma plásticamente. Alcanzado el límite de fluencia se logra liberar las dislocaciones produciéndose la deformación bruscamente. La deformación en este caso también se distribuye uniformemente a lo largo de la probeta pero concentrándose en las zonas en las que se ha logrado liberar las dislocaciones (bandas de Luders). No todos los materiales presentan este fenómeno, en cuyo caso la transición entre la deformación elástica y plástica del material no se aprecia de forma clara.
3. Deformaciones plásticas: si se retira la carga aplicada en dicha zona, la probeta recupera sólo parcialmente su forma quedando deformada permanentemente. Las deformaciones en esta región son más acusadas que en la zona elástica.
4. Estricción. Llegado un punto del ensayo, las deformaciones se concentran en la parte central de la probeta apreciándose una acusada reducción de la sección de la probeta, momento a partir del cual las deformaciones continuarán acumulándose hasta la rotura de la probeta por ese zona.La estricción es la responsable del descenso de la curva tensión-deformación; realmente las tensiones no disminuyen hasta la rotura, sucede que lo que se representa es el cociente de la fuerza aplicada (creciente) entre la sección inicial y cuando se produce la estricción la sección disminuye, efecto que no se tiene en cuenta en la representación gráfica. Los materiales frágiles no sufren estricción ni deformaciones plásticas significativas, rompiéndose la probeta de forma brusca. Terminado el ensayo se determina la carga de rotura, carga última o resistencia a la tracción: la máxima resistida por la probeta dividida por su sección inicial, el alargamiento en (%) y la estricción en la zona de la rotura.

Hay que destacar que del inicio de la gráfica hasta el limite de proporcionalidad(P) se cumple la Ley de Hooke: σ = E • ε; donde σ es la tension, E es el Módulo de Young a módulo de elasticidad, y ε es el alargamiento unitario. Este alargamiento viene dado en la fórmula: ε = ΔL /Lo = Lf – Lo / Lo

Hasta el punto P, la gráfica es proporcional, y hasta el punto E (límite de elasticidad) el material sufrirá deformaciones elásticas.
Luego se encuentra el punto F(punto de fluencia), donde el material sufre unas dislocaciones debido a malformaciones cristalinas de la aleación. Así, el material se sigue deformando sin aumentarle el esfuerzo.
Cuando termina la fluencia, el material pasa a la zona plástica, donde si le retiramos el esfuerzo, el material recuperará algo de su forma pero no toda, sino que sufrirá deformaciones permanentes.
El punto R marca el límite de rotura, y apartir de ahí empieza la meseta de estricción, donde el material irá cediendo hasta romperse. Al llegar al punto U se producirá la rotura efectiva.
Cabe destacar que en la meseta de estricción no hace falta aumentar el esfuerzo, ya que debido al alargamiento del material en fases anteriores, en este su sección ha disminuido, provocando que la tensión ejercida sea menor. σ = F / S.

OTRAS PROPIEDADES: ESTÉTICAS Y ECONÓMICAS
A parte de las propiedades físicas, mecánicas, etc., que debe poseer un material, este debe tener otras propiedades como la estética que agraden al usuario.
En textiles: agadable al tacto , color atractivo
En la madera: brillo , olor, textura, condiciones económicas, costo del transporte, disponibilidad del material, etc.;

PROPIEDADES DE FABRICACIÓN

-Maleabilidad
-Ductilidad
-Forjabilidad
-Maquinabilidad
-Colabilidad
-Soldabilidad