Características de los Materiales

Buenas a todoooos!!!
Lo primero antes de todo os diré lo que os voy a explicar en esta entrada, las características de los materiales, dentro de esto expondré: los tipos que hay, su clasificación, las carcterísticas que tienen y los ensayos.

Bien empecemos pues.
Los materiales usados en la producción son la  materia prima con que se hace un producto semielaborado o elaborado.
Y direis que es la materia prima, bueno pues son las sustancias que se extraen directamente de la naturaleza. Pueden ser animales (como las pieles),  vegetales (madera, algodón, etc) y minerales (arcilla, mármol, etc.)

- Tipos de mteriales:

En esta  que os dejo por aquí abajo, podemos ver los diferentes grupos y subgrupos en los que se clasifican los materiales según al tipo de familia que pertenezcan. 

Bien, para completar un poco el cuadro resumen diré que en los No Metálicos se pueden clasificar en Naturales donde entran la madera y el cuero, Orgánicos (son los que llevan carbono) en ellos se encuentran los plásticos, las telas y los cauchos y por último los No Orgánicos como pueden ser el vidrio, el cristal y la cerámica. 

- Enlaces Atómicos y Moleculares: 

Enlace Iónico: 
 
El enlace iónico es el resultado del paso de electrones de un átomo a otro.  
Se forma entre un átomo electropositivo y uno electronegativo. El átomo electropositivo cede sus electrones y el átomo electronegativo los acepta. Como resultado de este proceso se forman iones positivos y negativos, con configuraciones de capa cerrada. En estas condiciones, los iones con cargas +n1 (positivos) y -n2 (negativos) experimentan una atracción mutua. La fuerza de repulsión se manifiesta cuando las configuraciones electrónicas de capa cerrada iónica comienzan a trasladarse. 
Este enlace se establece entre átomos de elementos metálicos y no metálicos.


Enlace Covalente: 

Una particularidad importante de estos enlaces es que se pueden formar entre átomos del mismo tipo, entre los cuales puede haber, muy poca o ninguna formación de enaces iónicos. Se forma entre átomos con pequeñas diferencias de electronegatividad y ubicados muy próximos en la tabla periódica, generalente se comparten sus electrones externos S y P con otros átomos, de modo que alcanza la configuración electrónica de gas noble. En este enlace se pueden formar múltiples pares de electrones de un átomo consigo mismo o con otros átomos. En los enlaces covaletes puros los electrone de un átomo comparten los estados cuánticos disponibles y son copartidos entre los núcleos para formar una cnfiguración de capa cerrada. 
Se establece entre átomos de elementos no metálicos.

Enlace Metálico: 

El enlace metálico es consecuencia de la facilidad de diasociación de los metales en iones positivos y electrones libres.

Los electrones liberados se desplazan con facilidad de los orbitales de un átomo a los del otro y ya no estan confinados a un par de átomos. Es por esto que, por lo común, se representa a los metales como un gran agregado de centros iónicos positivos inmersos en un "mar" de electrones.

La oscilación de los electrones libres absorbe la energía de la luz incidente en toda las longitudes de onda, y por tanto hace  que el metal sea opaco. Por otra parte, los electrones oscilantes también emiten ondas luminosas (fotones) y confieren reflectividad al metal. 

Puesto que los electrones no estan confinados, es posible separar los centros iónicos positivos unos de otros a cierta distancia, lo que proporciona a los metales buena ductilidad, antes que los enlaces con los electrones se rompan. Esto contrasta con la fragilidad de los materiales con enlaces iónicos o covalentes, donde es necesario romper enlaces para separar los núcleos que comparten la unión. La propiedad de ductilidad permite deformar los metales fácilmente para darles diversas formas. Si a esto le sumamos una resistencia y una tenacidad suficientes, no es de sorprender que los metales sean los materiales dominantes en las aplicaciones de ingeniería.

Enlace Secundario o de Van Der Walls: 

El enlace de Van Der Walls es una fuerza débil de atracción que puede existir entre los átomos las moléculas. A este enlace se debe la condensación de los gases nobles y de las moléculas con enlaces quimicamente para formar líquidos y sólidos a temperaturas bajas. El mecanismo de enlazamiento secundario es algo semejante al iónico, es decir, por atracción de cargas opuestas. La diferencia clave esque no se transfieren electrones. La atracción depende de las distribuciones asimétricas de carga positiva y negativa dentro de cada unidad atómicao molecular que se enlaza. Esta asimetría de carga se llama dipolo.
El enlazamiento secundario puede ser de dos tipos:

1. Temporales. 
2. Permanentes.

- Características delos materiales: 

Para poder trabajar los materiales en la obtención de cualquier producto es necesario conocer sus características y propiedades, ya que de ellas depende el uso que se les pueda dar. 

Tenacidad:

Es la resistencia a la rotura o deformación ante esfuerzos de aplicación progresiva. (Acero y Vanadio). 

 Dureza:

Resistencia a la penetración ante la acción de una fuerza. También es la resistencia de un material a ser rayado por otro. (Acero, Tungsteno, Niquel, Cobalto,Vanadio, Cromo, Titanio, etc).
Aqui os dejo una tabla muy monis de la escala de Mohs con la que podemos oredenar a los materiales según su dureza.

 Resistencia: 

Resistencia a la rotura ante esfuerzos bruscos o choques. Opuesto a la fragilidad, la cual la explicaremos más adelante. (Acero y Titanio).

Elasticidad: 

Tiene la propiedad de rucuperar la forma original tras una deformación al cesar la causa que le producía.

• Límite elástico: fuerza máxima de deformación que puede aplicarse a un material sin causar una deformación permanente. El valor de la carga rebasa ligeramente produciendo una deformación de 0.2 %

•  Módulo de elasticidad: sometida una muestra a un esfuerzo de tracción sufre un alargamiento, es la relación entre la tensión aplicada y la deformación producida con relación a la longitud primitiva. 

Plasticidad: 

Capacidad que tienen los metales de adquirir deformaciones permanentes.

• Maleabilidad: capacidadpara reducirse en láminas mediante esfuerzos de compresión. También permite trabajos de forja y embutido. (Aluminio, Plomo, Cobre, y Estaño).

• Ductilidad: propiedad de dejarse estirar mediante esfuerzos de tracción. Base de trabajo para los trefilados. (Acero, Cobre y Plomo).

            - Extrusión: las vigas de T son un claro ejemplo de extrusión.

            - Trefilado: los claves de cobre.

Fatiga: 

Cuando un elemento metálico es sometido a esfuerzos de magnitud y sentido variables puede sufrir rotura ante cargas mucho más pequeñas a su resistencia normal para un refuerzo de tensón constante.

ROTURA POR FATIGA.

 
Fragilidad: 

Propiedad de los materiales de romper bajo la acción de un impacto. Rotura al superar el límite elástico sin apenas deformación plastica. 

 Resilencia: 

Resistencia que opone un cuerpo a la rotura por choque o percusión. Es otra de las propiedades que son totalmente opuestas a la fragilidad. 

 Fusibilidad:

Capacidad para pasar de estado sólido a líquido por efecto del calor. (Estaño y Plomo). 

 

 Conductividad Eléctrica: 

Capacidad de transmitir  la corriente eléctrica. (Cobre).

Conductividad Térmica: 

Capacidad para transmitir el calor. Se trata de una propiedad general de los metales. 

Dilatación: 

Capacidad para aumentar de tamaño con el calor. El Zinc es el metal con mayor coeficiente de dilatación térmica. 
Las juntas de dilatación se hacen para que al aumentar de volumen por el calor, el material pueda alargarse sin curvarse.

- Ensayos: 

Para determinar la cohesión se realizan ensayos de DUREZA y tamaño del grano.

Para determinar la elasticidad y la plasticidad se realizan ensayos de TRACCIÓN y COMPRESIÓN.

Ensayo de Tracción: 


Consiste en someter una probeta normalizada a esfuerzos progresivos y crecientes de tracción en la dirección de su eje hasta que llegue a la deformación y a la rotura correspondiente. Es uno de los ensayos más utilizados.

Estos ensayos pueden realizarse con una máquina Universal Amster o similar, cuyo émbolo produce tracciones, compresiones y flexiones a voluntad, aplicando las cargas deseadas a la probeta colocada y sujetada en la máquina por medio de mordazas adecuadas.

- Tipos de deformaciones en un ensayo de tracción:

                                                      - Variación de longitud.

Deformación longitudinal:

                                                      - Alargamiento unitario.

                                                 - Contracción Transversal.

Deformación trasversal:

                                                 - Contracción Transversal Unitaria.

 Factores de los que dependen las roturas: 

- Temperatura: Se realizan ensayos en diferentes temperaturas.

• Comportamiento en frío: A medida que se va enfriando el periodo plástico va desapareciendo y se convierte de material dúctil a frágil. El límite elástico se aproxima a la tensión de rotura.
• Comportamiento en caliente: Disminuye la tensión de rotura y aumenta el periodo plástico.

- Velocidad: Cuando aumenta la velocidad disminuye el periodo plástico. No cambia la Tensión de Rotura

- Distribución de tensiones: Hacen que el material se convierta en frágil. Hay cambios de tensiones en:

•  Disminución de secciones.
• Ángulos.
• Roturas internas.
• Tratamientos.
• Soldaduras.
• Mecanizados.

Ensayo de Compresión: 

Este ensayo es consistente en someter una probeta a esfuerzos constantes y crecientes hasta llegar a la rotura o aplastamiento.
Se usa en piezas y mecanismos sometidos a compresión, como por ejemplo: pilares, fundición, cojinetes...
En industria se utiliza poco. 

La resistencia a la compresión es mayor que la resistencia a la tracción.

Clasificación en función del comportamiento a la compresión: 

• Dúctiles y Maleables: Hay aplastamiento, no hay rotura. Son Forjables.
• Frágiles: Se rompen a 45°. NO son forjables.

Ensayo de Dureza: 

1. Dureza al rayado: resistencia que opone un material a dejarse rayar por otro.

• Dureza Mohs.
• Dureza Martens.

2. Dureza a la penetración: resistencia que opone un material a dejarse penetrar por otro más duro.

• Herziana.
• Monotrón.

   3. Dureza elástica: reacción elástica del material cuando se deja caer sobre él un cuerpo más duro.

• SHORE.
• Método Dinámico.

    4. Dureza Pendular: resistencia que opone un material a que oscile un péndulo sobre él.

  

     1. Dureza al Rayado:

• Dureza Mohs: Se usa para determinar la dureza de los minerales. Se basa en que un cuerpo es rayado por otro más duro. 

Esta es la escala de Mohs:

•  Dureza Martens: Se basa en la medida de la anchura de la raya que produce en el material una punta de diamante de forma piramidal y de ángulo en el vértice de 90°, con una carga constante y determinada. Se aplica sobre superficies nitruradas. 

2. Dureza a la Penetración: 

• Dureza Hertziana: Viene determinada por la menor carga que hay que aplicar a un material (con bolas de 1,5 a 4 mm. de acero extraduro) para que deje huella.

 

•  Dureza Monotrón: Es una variante de la dureza Herziana. Viene expresada por la carga que hay que aplicar para producir una penetración de 0,0018 pulgadas. El penetrador es una semiesfera de diamante de ø0,75 mm. Tiene dos dispositivos, uno que da la carga aplicada y un sensor para el ensayo cuando la penetración es de 0,0018”. 
  

3. Dureza Elástica: 

• Shore:  Se basa en la reacción elástica del material   cuando dejamos caer sobre él un material más duro. Si el material es blando absorbe la energía del choque, si el material es duro produce un rebote cuya altura se mide. 

La práctica se realiza en un ESCLEROMETRO, aparato formado por un tubo de cristal de 300 mm. de altura, por cuyo interior cae un martillo con punta de diamante redondeada de 2,36 gr. La altura de la caída es de 254 mm. y la escala esta dividida en 140 divisiones.

 

•  Método Dinámico: Este método se basa en las medidas de las velocidades de impulsión y rebote de un cuerpo móvilimpulsado por un resorte contra la superficie del material metálico a ensayar.  

 Para medir este tipo de dureza se utiliza una herramienta especial denominada Durómetro.

 

  4. Dureza Pendular: 

Se basa en la resistencia que opone un material a que oscile un péndulo sobre él. Se utiliza para materiales con reacción elástica muy alta. 

Consiste en 2 péndulos, uno se apoya sobre un eje de cuarzo y el otro sobre el material a ensayar. Se dejan caer y empiezan a oscilar, como son diferentes materiales tienen diferentes durezas, luego hay una descompensación de oscilaciones, cuando las oscilaciones coinciden de nuevo se mide el tiempo que han tardado en coincidir y luego con ese tiempo se traduce a la dureza correspondiente.

Ensayo del módulo de Charpy:

El péndulo de Charpy está construido por un martillo que pesa 22 kg que desarrolla 30 Kg en el momento del choque. Su arista de choque la forman dos caras inclinadas 30º, unidas por un radio de 2 mm.

 
Hay tres tipos de resultados:   ρ = K

1. Rompe la probeta =>ρ; hacemos tres ensayos. 
2. Dobla, no rompe, no pasa el péndulo, ρ> 30 Kg/ cm2. <<superior al máximo de la máquina>>. 
3. Dobla, no rompe, pasa, ρ> no rompió, dobló sin romper.


"Creo que por ahora ya os he dado la chapa bastante, así que os dejo tranquilos hasta la siguiente entrada."