MATERIAL

Un material es un elemento que puede transformarse y agruparse en un conjunto. Los elementos del conjunto pueden tener naturaleza real (tangibles), naturaleza virtual o ser totalmente abstractos. Por ejemplo, el conjunto formado por cuaderno, témperas, plastilinas, etc. se le puede denominar materiales escolares. Al conjunto de cemento, acero, grava, arena, etc. se le puede llamar materiales de construcción. Se habla de material educativo refiriéndose a elementos como pinturas, lienzos, papel, etc.; pero también contener elementos abstractos como el conocimiento divulgado en los libros, la didáctica, apoyo multimedia y audiovisual. El material puede ser simple o complejo. Y también heterogéneo.

se obtienen de los minerales que forman parte de las rocas. Son metales el hierro, el acero, el cobre, el plomo, el estaño y el aluminio, entre otros muchos. Puedes saber más sobre los materiales metálicos en este enlace: Los Metales.

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Maleabilidad: capacidad de los metales de hacerse láminas al ser sometidos a esfuerzos de compresión.

Ductilidad: propiedad de los metales de moldearse en alambre e hilos al ser sometidos a esfuerzos de tracción.

Tenacidad: resistencia que presentan los metales al romperse o al recibir fuerzas bruscas (golpes, etc.)

Resistencia mecánica: capacidad para resistir esfuerzo de tracción, compresión, torsión y flexión sin deformarse ni romperse.

TEXTURA DE LOS MATERIALES

Otra característica que cumplen la casi totalidad de los metales es ser buenos conductores eléctricos y mostrar carga eléctrica positiva en los procesos de electrólisis. La estructura electrónica de los átomos metálicos se caracteriza por la existencia de pocos electrones en su capa externa, por lo que se requiere escasa energía para que los pierdan y adopten la estructura estable en forma de cationes. Además, en una masa metálica, los electrones de valencia fluctúan de uno a otro átomo formando la denominada “nube electrónica”, de algún modo compartida por todos los átomos del metal. Así muchos son empleados para hacer cables, etc... Además también son buenos conductores del calor.

Los metales son materiales, en general, bastante densos, insolubles en agua y en muchos disolventes, y opacos con un espesor adecuado.

En cuanto a las propiedades metálicas podemos decir que los metales presentan resistencia a la tracción, es decir, que pueden soportar grandes cargas, que se calcula poniendo el material en una cubeta imprimiéndole una fuerza que se aumenta progresivamente y dividiendo la carga máxima de fuerza que se la ha aplicado a la probeta por la sección transversal de la misma.

Los metales son poco duros, así una de las funciones más importantes de las aleaciones es mejorar esta propiedad. La dureza se delimita dejando caer contra una superficie pulida de un metal una bola de acero especial y muy duro (método Brinell) o un diamante piramidal (método Vickers). Una vez hecho esto podemos medir la dureza del metal de dos maneras: por la relación entre la carga en kilogramos y la huella dejada en el metal en milímetros cuadrados, estaremos hablando de dureza de retroceso, o bien teniendo en cuenta la altura que adquiere la bola en el rebote, cuanto más blando sea el material, menor altura alcanzará ya que la energía del impacto ha sido absorbida en casi su entera totalidad por la deformación del metal, y se llamará dureza a la penetración.

MATERIALES FERREOS

Aleaciones de Acero

El acero es en la actualidad la más importante de las aleaciones metálicas conocidas, no habiendo existido en ninguna época otro material que tanto haya contribuido al progreso de la humanidad.

Se puede decir de una manera general que bajo la denominación de “acero” se agrupan todas las aleaciones de hierro forjables.

Características- Tienen una superficie brillante, aunque la mayor parte de ellos suele oxidarse con suma facilidad.

- Proceden de minas (del interior de la tierra y posteriormente, en general, han sido fundidos y refinados para separarlos de otros materiales o impurezas.- Tiene gran dureza.        

Aleaciones no Ferrosos.

Son aleaciones que no contienen fierro, o contienen cantidades relativamente pequeñas de hierro, algunos ejemplos, aluminio, cobre, zinc, estaño y níquel. Sus propiedades son lata resistencia a la corrosión, elevada conductividad eléctrica y

térmica, baja densidad y facilidad de producción.

Una aleación es una mezcla sólida homogénea de dos o más metales, o de uno o más metales con algunos elementos no metálicos.

Aleaciones ferrosas: A base de las aleaciones ferrosas son aleaciones de Hierro y Carbono. Las fundiciones de hierro, contienen mas carbono del necesario para saturar la austenita a temperatura eutéctica y por lo tanto contienen entre 2 y 6,67%. Como el alto contenido de carbono tiene a hacer muy frágil al hierro fundido, la mayoría del material fabricado contiene entre 2,5 y 4% de C. La ductilidad del hierro fundido es baja, lo que hace que no siempre pueda trabajarse ni en frío ni en caliente 

Aleaciones de Hierro Carbono

El hierro puro apenas tiene aplicaciones industriales, pero formando aleaciones con el carbono (además de otros elementos), es el metal más utilizado en la industria moderna. A la temperatura ambiente, salvo una pequeña parte disuelta en la ferrita, todo el carbono que contienen las aleaciones Fe-C está en forma de carburo de hierro ( CFe3 ). Por eso, las aleaciones Fe-C se denominan también aleaciones hierro-carburo de hierro.

 Las aleaciones con contenido de C comprendido entre 0.03% y 1.76% tienen características muy bien definidas y se denominan aceros. Los aceros de cualquier proporción de carbono dentro de los límites citados pueden alearse con otros elementos, formando los denominados aceros aleados o aceros especiales.

 Hierro.

Se denomina hierro al metal de este nombre técnicamente puro, o con un contenido de carbono entre 0,001% hasta 0,025%.

Hierro Electrolítico.

Es un tipo de hierro que se puede obtener casi puro por un procedimiento electrolítico, pero tiene poca aplicación industrial. Se obtiene por electrólisis de cloruro ferroso con ánodo soluble de acero o fundición. Esta clase de hierro, de alta pureza, pero frágil debido a los gases que contiene, hidrógeno principalmente, es muy apreciado por sus propiedades magnéticas.

Hierro ARMCO

El denominado hierro Armco, que es un tipo de hierro ideado por la “American Rolling Mill Co.” (A.R.M.C.O) y que se obtiene en hornos Martin-Siemens básicos, a temperaturas superiores a las normales y con arreglo a una técnica patentada, se utiliza bastante, por su resistencia a la corrosión.

El hierro Armco es de una gran pureza, que puede compararse a la del hierro electrolítico.

Hierro Forjado o Dulce.

Se elabora, partiendo de minerales muy puros, por vía pastosa, y se trabaja por forja o laminación. El hierro forjado normal contenía una gran cantidad considerable de escoria que le daba una estructura fibrosa característica. Podía trabajarse y soldarse con facilidad a temperaturas cercanas a su punto de fusión. Podía obtenerse en forma de planchas, láminas, perfiles estructurales, barras y varillas y tubos estándar y especiales.

 Aceros al Carbono.

(acero dulce)

Es el que contiene un mínimo no especificado de elementos de aleación; el aumento de la proporción de carbono reduce su ductilidad y soldabilidad a pesar de incrementar su resistencia, es también  el más propenso a la corrosión y por lo tanto el menos costoso de los metales que habitualmente se perforan.

Las diferencias en los procesos son el resultado de diferentes productos que se distinguen en términos de costo, calidad y propiedades mecánicas. Los aceros al carbono forman más del 90% de todos los aceros. Contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre. Entre los productos fabricados con aceros al carbono encontramos la mayor parte de las estructuras de construcción de acero.

Aceros de Baja Aleacion.

Los aceros de baja aleación son más baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleación. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono. En la actualidad se construyen muchos edificios con estructuras de aceros de baja aleación. Las vigas pueden ser más delgadas sin disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios. Los aceros de baja aleación con contenidos de carbono hasta 0,22% no presentan dificultad alguna para la soldadura. Por el contrario un contenido mayor de C puede dar lugar a endurecimiento en la zona del metal base afectada por el calor y como consecuencia a su fragilización.

Aceros de Alta Aleacion.

En general, los aceros de este grupo tienen de 0,25 a 0,45 % de carbono, y como elementos de aleación se usan, principalmente, el cromo, el níquel y el molibdeno.

En la actualidad se fabrican diversos tipos de aceros al níquel, al cromo-níquel, cromo-molibdeno, manganeso- molibdeno, cromo-níquel-molibdeno, etc. La suma de los elementos de aleación no suele pasar del 5 %.

El uso de los aceros de gran resistencia se inició en los primeros años de nuestro siglo.

En cambio, desde los años de la segunda guerra, se ha marcado una tendencia a emplear esos aceros ricos y clásicos sólo para los casos de mucha responsabilidad, y a emplear, en cambio, para la mayoria de las aplicaciones aceros de triple aleación y bajo contenido en elemento de aleación.

ACEROS DE SEDIMENTACIÓN.

Este reciben el nombre de aceros de cementación, un grupo de aceros de bajo contenido en carbono (variable generalmente de 0,50 a 0,25 %), que se utilizan para la fabricación de ciertas piezas de máquinas y motores al choque.

MATERIALES NO FERREOS

Veremos los metales que pos su uso son mas importantes

Cobre . Debido a su gran conductividad térmica y eléctrica, su uso queda casi exclusivamente para estos cometidos ( cables, tubos de calderas .. ) ya que no es un material barato. Se suelda con facilidad , es muy dúctil y maleable y cuando se oxida, forma una capa verdosa que le protege .

Aluminio. También es un excelente conductor de la electricidad y del calor. Es muy blando con baja densidad. Como en el caso del cobre ( aunque mejor aún), al oxidarse forma una fina capa de óxido de aluminio que le hace enormemente resistente a la oxidación.

Se usa mucho en la industria de la alimentación debido a su nula toxicidad, así como en marcos de ventanas y aplicaciones del estilo, ya que son resistentes a la humedad, radiaciones solares, etc.

Estaño  

Muy blando e inoxidable. Se emplea fundamentalmente en la soldadura de cobre ( cables eléctricos y tubos de calefacción ) debido a a su bajo punto de fusión.

Otro uso es el recubrimiento de láminas de acero para fabricar la hojalata.

Cinc: Se suele emplear junto con otros metales. Muy resistente a la corrosión, se emplea mucho en el proceso de galvanizado por el cual se añade este elemento a la capa externa del metal ( generalmente un acero ) para crear un material muy resistente en la intemperie.

Los quita-miedos de las carreteras son otro ejemplo entre otros. La gran ventaja es que te olvidas de su mantenimiento ya que no necesita pinturas protectoras.

Existen otros metales como el titanio ( caro, muy duro, resistente a la corrosión ) que se emplea en prótesis médicas , el wolframio … ¿ Sabes de algún otro metal usado en nuestra sociedad que sea interesante ?

MATERIALES SINTERIZADOS

Introduciendo en el tema, sinterización en términos generales, consiste en un tratamiento térmico de un conglomerado de polvo, compactado metálico o

cerámico sin llegar al punto de fusión, que moldeados por presión produce materiales de alta resistencia y dureza. Es necesario destacar nuevamente el hecho de que a diferencia de una fusión esta no llega al punto de fusión.

Donde la obtención de los materiales dependerá del material a fabricar, sin embargo, en términos generales se pueden clasificar los siguientes procesos: Obtención de Polvo, Preparación de Polvo, Compactación, Sinterización, y Acabado de la Pieza.

El proceso parte con la obtención de polvos metálicos, donde la técnica mas común es la pulverización de metales líquidos mediante chorro de aire comprimido o un chorro de vapor de agua, como se muestra en la figura.

Continuando con un prensado, realizado por herramientas de presión de acción hidráulica, que trabajan con presiones de hasta 600 Mpa. Para pasar luego a un sinterizado, llevado generalmente por un horno de inducción, donde la temperatura de trabajo se ubica entre un 60-80% de la temperatura de fusión para una sustancia, mientras que para varias sustancias la temperatura podría superar a la sustancia con menor punto de fusión.

Aplicación de un prensado a el polvo

Luego de aplicar esta energía reflejada en temperatura, el material es vuelto a prensar y sometido a un sinterizado posterior (doble prensado). Para luego terminar en ocasiones en un calibrado, que consiste en conformar las piezas mediante una herramienta que no implica un arranque de viruta, obteniendo así tolerancias de 0,01 hasta 0,03 mm. Cabe destacar que este último procedimiento es sólo realizable para materiales de hierro y materiales no férreos sinterizados.

Sinterización acabada

En resumen de lo anterioir destacan algunas ventajas y desventajas que presenta el sinterizado, dentro de las primeras se encuentran:

- Los granos se pueden unir entre si mucho mas fácil que por fusión.

- No hay desperdicio de metal.

- Presión dimensional y buen acabado.

- Tiempo de fabricación corto y costos reducidos.

- Posibilidad de piezas: mediante porosidad controlada, mezcla de metales y no metales (cerámicos).

En cuanto a desventajas:

- Elevado costo en las matrices de compactación.

- Características mecánicas inferiores debido a la porosidad del metal.

- Limitaciones del diseño en cuanto a la uniformidad de la pieza.