Propiedades Mecanicas Terminado . Tema 3.1.1

7/23/2019 Propiedades Mecanicas Terminado . Tema 3.1.1

1/55

3.1.5 Propiedades Mecnicas.

Caracteres mecnicos.

Son las distintas formas de comportarse los materiales de construccin

cuando estn sometidos a una fuerza externa. Los materiales responden

a las fuerzas que se le aplican, segn su resistencia, con fuerzas de

sentido contrario (inversas).

Clasifcacin.

Elasticidad.

La elasticidad es una fuerza interna que tiende a restablecer su

morfologa tan pronto como cese la fuerza. Se re!ere a la propiedad que

presentan los materiales de volver a su estado inicial cuando se aplica

una fuerza sobre "l. La deformacin recibida ante la accin de una

fuerza o carga no es permanente, volviendo el material a su forma

original al retirarse la carga. #n fsica el t"rmino elasticidad designa la

propiedad mecnica de ciertos materiales de sufrir deformaciones

reversibles cuando se encuentran su$etos a la accin de fuerzas

exteriores % de recuperar la forma original si estas fuerzas exteriores seeliminan.

Plasticidad.

La plasticidad es la fuerza interna de conservar la deformacin

inde!nidamente, aun cuando cese la fuerza que est provocando tal

deformacin. &apacidad de un material a deformarse ante la accin de


2/55

una carga, permaneciendo la deformacin al retirarse la misma. #s decir

es una deformacin permanente e irreversible. La plasticidad es la

propiedad mecnica de un material inelstico, natural, arti!cial,

biolgico o de otro tipo, de deformarse permanente e irreversiblemente

cuando se encuentra sometido a tensiones por encima de su rango

elstico, es decir, por encima de su lmite elstico. #n los metales, la

plasticidad se explica en t"rminos de desplazamientos irreversibles de

dislocaciones.

#n los materiales elsticos, en particular en muc'os metales dctiles,

un esfuerzo un axial de traccin pequeo lleva apare$ado un

comportamiento elstico. #so signi!ca que pequeos incrementos en la

tensin de traccin comporta pequeos incrementos en la deformacin,

si la carga se vuelve cero de nuevo el cuerpo recupera exactamente su

forma original, es decir, se tiene una deformacin completamente

reversible. Sin embargo, se 'a comprobado experimentalmente que

existe un lmite, llamado lmite elstico, tal que si cierta funcin

'omog"nea de las tensiones supera dic'o lmite entonces al

desaparecer la carga quedan deformaciones remanentes % el cuerpo no

vuelve exactamente a su forma. #s decir, aparecen deformaciones no

reversibles.


3/55

(*ra!ca de representacion de plasticidad +.+)

#ste tipo de comportamiento elastoplstico descrito ms arriba es el

que se encuentra en la ma%ora de metales conocidos, % tambi"n en

muc'os otros materiales. #l comportamiento perfectamente plstico es

algo menos frecuente, e implica la aparicin de deformaciones

irreversibles por pequea que sea la tensin, la arcilla de modelar % la

plastilina se aproximan muc'o a un comportamiento perfectamente

plstico. tros materiales adems presentan plasticidad con

endurecimiento % necesitan esfuerzos progresivamente ms grandes

para aumentar su deformacin plstica total. # incluso los

comportamientos anteriores puden ir acompaados de efectos viscosos,

que 'acen que las tensiones sean ma%ores en casos de velocidades de

deformacin altas, dic'o comportamiento se conoce con el nombre de

viscoplasticidad. La plasticidad de los materiales est relacionada con

cambios irreversibles en esos materiales. - diferencia del

comportamiento elstico que es termodinmicamente reversible, un

cuerpo que se deforma plsticamente experimenta cambios de entropa,

como desplazamientos de las dislocaciones. #n el comportamiento

plstico parte de la energa mecnica se disipa internamente, en lugarde transformarse en energa potencial elstica.

Fragilidad.


4/55

#s la fuerza interior del material que no permite que se experimente

ninguna deformacin en dic'o material. La fragilidad se relaciona con la

cualidad de los ob$etos % materiales de romperse con facilidad.

(+.+ igura materiales fragiles.)

-unque t"cnicamente la fragilidad se de!ne ms propiamente como lacapacidad de un material de fracturarse con escasa deformacin. /or el

contrario, los materiales dctiles o tenaces se rompen tras sufrir

acusadas deformaciones, generalmente de tipo deformaciones plsticas,

tras superar el lmite elstico. Los materiales frgiles que no se

deforman plsticamente antes de la fractura suelen dan lugar a

0super!cies complementarias0 que normalmente enca$an

perfectamente. &urvas representativas de 1ensin2eformacin de un

material frgil (ro$o) % un material dctil % tenaz (azul).

(1abla de representacion gra!ca .)

La rotura frgil tiene la peculiaridad de absorber relativamente poca

energa, a diferencia de la rotura dctil, %a que la energa absorbida por

unidad de volumen viene dada por3


5/55

Si un material se rompe prcticamente sin deformacin las

componentes del tensor deformacin resultan pequeas % la suma

anterior resulta en una cantidad relativamente pequea.La fragilidad de

un material adems se relaciona con la velocidad de propagacin o

crecimiento de grietas a trav"s de su seno. #sto signi!ca un alto riesgo

de fractura sbita de los materiales con estas caractersticas una vez

sometidos a esfuerzos. /or el contrario los materiales tenaces son

aquellos que son capaces de frenar el avance de grietas.tros t"rminos

frecuentemente confundidos con la fragilidad que deben ser aclarados3

Lo opuesto a un material mu% frgil es un material dctil./or otra

parte la dureza no es opuesto a la fragilidad, %a que la dureza es la

propiedad de alterar solo la super!cie de un material, que es algo

totalmente independiente de si ese material cuando se fractura tiene o

no deformaciones grandes o pequeas. &omo e$emplo podemos citar el

diamante que es el material ms duro que existe, pero es

extremadamente frgil. La tenacidad puede estar relacionada con la

fragilidad segn el mdulo de elasticidad, pero en principio un material

puede ser tenaz % poco frgil (como ciertos aceros) % puede ser frgil %

nada tenaz (como el barro cocido).

Dureza.

#s la fuerza interna del material que le impide ser ra%ado o ser

atravesado por otro material. #s la resistencia de un cuerpo a ser ra%ado

por otro. puesta a duro es blando. #l diamante es duro porque es difcil

de ra%ar. #s la capacidad de oponer resistencia a la deformacin

super!cial por uno ms duro. La dureza es la oposicin que ofrecen losmateriales a alteraciones como la penetracin, la abrasin, el ra%ado, la

cortadura, las deformaciones permanentes4 entre otras. 1ambi"n puede

de!nirse como la cantidad de energa que absorbe un material ante un

esfuerzo antes de romperse o deformarse.


6/55

(igura del diamante . 5aterial duro )

/or e$emplo3 la madera puede ra%arse con facilidad, esto signi!ca que

no tiene muc'a dureza, mientras que el vidrio es muc'o ms difcil de

ra%ar. #n metalurgia la dureza se mide utilizando un durmetro para el

ensa%o de penetracin. 2ependiendo del tipo de punta empleada % del

rango de cargas aplicadas, existen diferentes escalas, adecuadas para

distintos rangos de dureza. #l inter"s de la determinacin de la dureza

en los aceros estriba en la correlacin existente entre la dureza % la

resistencia mecnica, siendo un m"todo de ensa%o ms econmico %

rpido que el ensa%o de traccin, por lo que su uso est mu% extendido.

6asta la aparicin de la primera mquina 7rinell para la determinacin

de la dureza, "sta se meda de forma cualitativa empleando una lima de

acero templado que era el material ms duro que se empleaba en los

talleres.

Las escalas de Dureza de uso industrial son las siguientes

Dureza !rinell #mplea como punta una bola de acero templado o

carburo de 8. /ara materiales duros, es poco exacta pero fcil de aplicar.

/oco precisa con c'apas de menos de 9mm de espesor. #stima

resistencia a traccin.

Dureza "noop5ide la dureza en valores de escala absolutas, % se

valoran con la profundidad de seales grabadas sobre un mineral

mediante un utensilio con una punta de diamante al que se le e$erce una

fuerza estndar.


7/55

Dureza #oc$%ellSe utiliza como punta un cono de diamante (en

algunos casos bola de acero). #s la ms extendida, %a que la dureza se

obtiene por medicin directa % es apto para todo tipo de materiales. Se

suele considerar un ensa%o no destructivo por el pequeo tamao de la

'uella.

#oc$%ell superfcial #xiste una variante del ensa%o, llamada

:oc;


8/55

(#scala de 5o's)

Durez

a

Mineral Composicin

+u,mica

1 1alco, (se puede ra%ar fcilmente con laua)

5gBSiC+=(6)@

- Deso, (se puede ra%ar con la ua con ms

di!cultad)

&aSCE@6@

3 &alcita, (se puede ra%ar con una moneda

de cobre)

&a&B

luorita, (se puede ra%ar con un cuc'illo) &a@

5 -patita, (se puede ra%ar difcilmente con

un cuc'illo)

&aF(/C)B(6,&l,

)

/ eldespato, (se puede ra%ar con una

cuc'illa de acero)

G-lSiBA

0 &uarzo, (ra%a el acero) Si@

1opacio, -l@SiC(6,)@

2 &orindn, (slo se ra%amediante diamante)

-l@B

1 2iamante, (el mineral natural ms duro) &

Fatigala fatiga de materiales se re!ere a un fenmeno por el cual

la rotura de los materiales ba$o cargas dinmicas cclicas se produce

ms fcilmente que con cargas estticas. -unque es un fenmeno que,sin de!nicin formal, era reconocido desde la antigHedad, este

comportamiento no fue de inter"s real 'asta la :evolucin Industrial,

cuando, a mediados del siglo JIJ comenzaron a producir las fuerzas

necesarias para provocar la rotura con cargas dinmicas son mu%

inferiores a las necesarias en el caso esttico4 % a desarrollar m"todos


9/55

de clculo para el diseo de piezas con!ables. #ste no es el caso de

materiales de aparicin reciente, para los que es necesaria la fabricacin

% el ensa%o de prototipos.

Las curvas SK se obtienen a trav"s de una serie de ensa%os donde unaprobeta del material se somete a tensiones cclicas con una amplitud

mxima relativamente grande (aproximadamente @B de la resistencia

esttica a traccin). Se cuentan los ciclos 'asta rotura. #ste

procedimiento se repite en otras probetas a amplitudes mximas

decrecientes.

(2iagrama de tension !gura +.+)

Los resultados se representan en un diagrama de tensin, S, frente al

logaritmo del nmero K de ciclos 'asta la rotura para cada una de las

probetas. Los valores de S se toman normalmente como amplitudes de

la tensin.

#n la &urva SK de un -luminio frgil, la curva decrecera % tiende a

decrecer 'asta llegar a rotura.

Suele decirse, de manera mu% super!cial, que muc'as de las aleaciones

no f"rreas (aluminio, cobre, magnesio, etc.) no tienen un lmite de fatiga,dado que la curva SK contina decreciendo al aumentar K. Segn esto,

la rotura por fatiga ocurrir independientemente de la magnitud de la

tensin mxima aplicada, % por tanto, para estos materiales, la

respuesta a fatiga se especi!cara mediante la resistencia a la fatiga que


10/55

se de!ne como el nivel de tensin que produce la rotura despu"s de un

determinado nmero de ciclos. Sin embargo, esto no es exacto3 es

ingenuo creer que un material se romper al cabo de tantos ciclos, no

importa que pequea sea la tensin presente.

&olicitudes Mecnicas.

Defnicin.

Son las formas de actuar de las fuerzas en los materiales.

4E&67 Intensidad unitaria de una fuerza que acta en una

super!cie.

M N -.

O 4ensin de rotura #s la mnima tensin que produce la

destruccin del material. Mr N -.

8 4ensin de clculo#s la que consiste en minorar la tensin de

rotura con un coe!ciente de seguridad. Mc N Mr s.

O 4ensin 9dmisi*le#s la mxima tensin a la que un materialpuede traba$ar.

8 4ensin de tra*a:o #s la que realmente realiza cuando el

material est %a colocado. P adm.

O Coefciente de seguridad#sta directamente relacionado con la

tensin de clculo.

4ipos ;de solicitudes mecnicas


11/55

aproximar estos planos, manteniendo su paralelismo. (/ropio de los

materiales p"treos).

4raccin.

#s lo inverso de la compresin, %a que los planos paralelos, que

suponemos que componen el material, intentan o tienden a separarse.

(#s propio de los materiales metlicos).

Fle=in.

#s la fuerza externa que comprime las caras cercanas a la fuerza %

tracciona la cara contraria.#n la !bra neutra, que coincide en el e$e

longitudinal de la pieza, no existe traccin ni compresin.

4orsin.

#s provocado por dos fuerzas de sentido inverso en el que el e$e de la

pieza coincide con el e$e de giro.

Corte o cizalladura.

#s parecido a la compresin, en el que 'a% un plano de cizalladura o

cortadura.

Le> de ?@@"E.

Las tensiones que se producen en un material, en valor absoluto, son

proporcionales a las deformaciones que se producen.

O # N 5dulo de Doung.

O N 1ensin.

O N 2eformacin o duccin. N L L.


12/55

Las Propiedades Mecnicas

Las propiedades mecnicas de los materiales re!eren la capacidad de

cada material en estado slido a resistir acciones de cargas o fuerzas.

Las Estticas las cargas o fuerzas actan constantemente o

creciendo poco a poco.

Las Dinmicaslas cargas o fuerzas actan momentneamente,

tienen carcter de c'oque.

Las C,clicas o de signo Aaria*lelas cargas varan por valor, por

sentido o por ambos simultneamente.

9critud #l #ndurecimiento por deformacin (tambi"n llamado

endurecimiento en fro o por acritud) es el endurecimiento de un

material por una deformacin plstica a nivel macroscpico que tiene el

efecto de incrementar la densidad de dislocaciones del material. -

medida que el material se satura con nuevas dislocaciones, se crea una

resistencia a la formacin de nuevas dislocaciones. #sta resistencia a la

formacin de dislocaciones se mani!esta a nivel macroscpico como una

resistencia a la deformacin plstica. #n cristales metlicos, es usual

que las dislocaciones formen una deformacin irreversible a escala

microscpica, % terminan por producir una reestructuracin a medida

que se propagan por la estructura del cristal. - temperaturas normales

las dislocaciones se acumulan en lugar de aniquilarse, % sirven como

defectos puntuales u obstculos que impiden signi!cativamente su

movimiento. #sto lleva a un incremento en la resistencia del material % a

la consecuente disminucin en la ductilidad.

#esilienciase llama resiliencia de un material a la energa de

deformacin (por unidad de volumen) que puede ser recuperada de un

cuerpo deformado cuando cesa el esfuerzo que causa la deformacin. La

resiliencia es igual al traba$o externo realizado para deformar un


13/55

material 'asta su lmite elstico.#n t"rminos simples es la capacidad de

memoria de un material para recuperarse de una deformacin, producto

de un esfuerzo externo. #l ensa%o de resiliencia se realiza mediante el

/"ndulo de &'arp%, tambi"n llamado prueba &'arp%.

Se diferencia de la tenacidad en que "sta cuanti!ca la cantidad de

energa almacenada por el material antes de romperse, mientas que la

resiliencia tan slo da cuenta de la energa almacenada durante la

deformacin elstica.

La relacin entre resiliencia % tenacidad es generalmente montona

creciente, es decir, cuando un material presenta ma%or resiliencia que

otro, generalmente presenta ma%or tenacidad. Sin embargo, dic'arelacin no es lineal.

(#n la siguiente !gura se muestra este fenomeno.)

La tenacidad corresponde al rea ba$o la curva de un ensa%o de traccin

entre la deformacin nula % la deformacin correspondiente al lmite de

rotura (resistencia ltima a la traccin).

La resiliencia es la capacidad de almacenar energa en el periodoelstico, % corresponde al rea ba$o la curva del ensa%o de traccin entre

la deformacin nula % el lmite de Quencia.


14/55

La lectura de las propiedades mecnicas de los materiales se realiza con

la interpretacin de la rotura del material a los diferentes tipos de

esfuerzos3

E&FBE#@ DEF@#M9C67

El esuerzo

se de!ne aqu como la intensidad de las fuerzas componentes internas

distribuidas que resisten un cambio en la forma de un cuerpo. #l

esfuerzo se de!ne en t"rminos de fuerza por unidad de rea. #xisten

tres clases bsicas de esfuerzos3 tensivo, compresivo % corte. #l esfuerzo

se computa sobre la base de las dimensiones del corte transversal de

una pieza antes de la aplicacin de la carga, que usualmente se llaman

dimensiones originales.

La deormacin3

se de!ne como el cambio de forma de un cuerpo, el cual se debe al

esfuerzo, al cambio t"rmico, al cambio de 'umedad o a otras causas. #n

con$uncin con el esfuerzo directo, la deformacin se supone como un

cambio lineal % se mide en unidades de longitud. #n los ensa%os de

torsin se acostumbra medir la deformacin cmo un ngulo de torsin

(en ocasiones llamados detrusin) entre dos secciones especi!cadas.

&uando la deformacin se de!ne como el cambio por unidad de longitud

en una dimensin lineal de un cuerpo, el cual va acompaado por un

cambio de esfuerzo, se denomina deformacin unitaria debida a un

esfuerzo. #s una razn o numero no dimensional, % es, por lo tanto, la

misma sin importar las unidades expresadas, su clculo se puede

realizar mediante la siguiente expresin3

e e G L ;1o de traccin

Se de!ne el ensa%o de traccin como al esfuerzo al que se somete la

probeta de un material a un esfuerzo de traccin 'asta que el material

se rompe. Se utiliza para analizar la resistencia que tiene un material al

aplicar una fuerza que va creciendo gradualmente. Rn ensa%o de

traccin se realiza colocando la pieza de un material cualquiera entre

unas pinzas que aplicarn una fuerza de traccin que ir aumentando

gradualmente 'asta su rotura. - medida que aumenta la fuerza se midela longitud que aumenta % se puede observar durante el alargamiento

una estriccin que se produce por este efecto.

#l comportamiento del material al ir estirndose por la accin de la

fuerza es recogido por un ordenador % llevado a una tabla directamente.


19/55

La zona elstica es donde el material (desde el comienzo de la

aplicacin de la fuerza 'asta un punto determinado) puede recuperar su

forma original si se de$a de aplicar la fuerza. D se subdivide en zona de

proporcionalidad que es donde la proporcin entre el aumento del

esfuerzo % el alargamiento es constante4 % en zona de no

proporcionalidad que nos indica que el esfuerzo al que es sometido noes proporcional al alargamiento producido por el material en esta zona.

La zona plstica es distinta a la elstica %a que si se de$a de aplicar el

esfuerzo de traccin, el material no es capaz de recuperar su forma

original. Se distinguen tres partes3 zona de Quencia que es donde el

material sin necesidad de aplicar ninguna fuerza se deforma, rotura del

material se observa que el material comienza a no aguantar

determinados esfuerzos % rotura fsica del material que es cuando se

rompe !nalmente.

#n el vdeo educativo del /olitecnico Uaime Isaza &adavid, se referencia

en detalle el 2iagrama esfuerzo deformacin

'ttp3%outu.be&Up=


20/55

#l ngulo de torsin de una barra de seccin circular es3

2onde

4 momento torsionante

l longitud de la barra

I mdulo de rigidez

J momento polar de inercia del rea transversal

Las caractersticas de las variables de la ecuacin se pueden visualizar

en la !gura3

#l monta$e del ensa%o se adecua a la siguiente3


21/55

#esilencia3

#s la capacidad que presentan los materiales para absorber energia por

unidad de volumen en la zona elastica.

IEE#9L6D9DE& DE L@& (6D#6@&.

Los vidrios son materiales cermicos no cristalinos4 se denominan como

materiales amorfos(desordenados o poco ordenados), inorgnicos, defusin que se 'a enfriado a una condicin rgida sin cristalizarse. #l

vidrio es una materia inerte compuesta principalmente de silicatos. #s

duro % resistente al desgaste, a la corrosin % a la compresin.

#n la actualidad muc'os materiales desempean un papel importante,

pero las arcillassiguen siendo fundamentales.

E&4#BC4B#9 94@M6C9


22/55

Las estructuras vtreas se producen al unirse los tetraedros de slice u

otros grupos inicos, para producir una estructura reticular no cristalina,

pero slida (!gura +).

los tetraedros SiC se encuentran fusionados compartiendo v"rtices en

una disposicin regular produciendo un orden de largo alcance. #n un

vidrio corriente de slice los tetraedros estn unidos por v"rtices

formando una red dispersa sin orden de largo alcance.

#l xido de boro 7@B, es un xido formador de vidrio % forma sub

unidades que son tringulos planos con el tomo de boro ligeramente

fuera del plano de los tomos de oxigeno. Ko obstante, en los vidrios de

boro silicato a los que 'an adicionado xidos alcalinos % alcalinot"rreos,

los tringulos de xido de 7B pueden pasar a tetraedros 7C, en los

que los cationes alcalinos % alcalinot"rreos proporcionan la electro

neutralidad necesaria. #l xido de boro es un aditivo importante para

muc'os tipos de vidrios comerciales, como vidrios de boro silicato %

aluminio boro silicato. #l xido alumnico tambi"n es un xido formador.


23/55

7K6D@& M@D6F6C9D@#E& DE (6D#6@&.

Los xidos que rompen la red de vidrio se conocen como modi!cadores

de red. Vxidos alcalinos como Ka@ % G@ % xidos alcalinot"rreos como

&a % 5g son incorporados a los vidrios de slice para reducir suviscosidad % as conseguir traba$ar % modelar ms fcilmente. Los

tomos de oxgeno de estos xidos entran en la red de la slice en los

puntos de unin de los tetraedros, rompiendo el entramado %

produciendo tomos de oxigeno con un electrn desapareado. Los iones

KaW % GW del Ka@ % G@ no entran en la red pero permanecen como

iones metlicos enlazados inicamente en intersticios de la red. #stos

iones promueven la cristalizacin del vidrio al llenarse algunos de los

intersticios.

7K6D@& 64E#MED69#6@& E (6D#6@&

-lgunos xidos no pueden formar vidrios por s mismos, pero pueden

incorporarse a una red existente. #stos xidos son conocidos como3

xidos intermediarios. Los xidos intermedios son adicionados al vidrio

de slice para obtener propiedades especiales. /or e$emplo, los vidrios de

aluminio silicato pueden resistir ma%ores temperaturas que el vidrio

comn. #l xido de plomo es otro xido intermediario que se incorpora a

algunos vidrios de slice. 2ependiendo de la composicin del vidrio, 'a%

xidos intermedios que deben actuar a veces como modi!cadores de la

red, % otras como parte constitutiva de la red del vidrio.

46P@& DE 6MPE#FECC6@E&

Las Imperfecciones que presentan los vidrios, originadas en su procesode obtencin. Son normalmente causados por el 'ombre % estos son

defectos de a!no, 'omogeneidad, vitri!cacin % recocido.


24/55

2espu"s de una ardua bsqueda se pudimos determinar que los @

defectos son por masa o super!ciales. D clasi!cando dic'os defectos se

obtiene lo siguiente3

DEFEC4@& P@# M9&9

E&C@#69&

Son los granos de cualquier sustancia contenida en el vidrio % que no se

'an fundido en el curso de la fabricacin. /ueden ser granos de materias

primas que por un defecto de fusin no 'an salido del estado slido o

pueden ser cuerpos extraos.

(E49&

Son causadas por la falta de 'omogeneidad del vidrio, debida a

diferencias de composicin o de enfriamiento. Se clasi!can segn la

forma de presentarse (ondas, 'ilos % estras).

!B#!BJ9&

Son espacios gaseosos en el interior del vidrio % tienen forma esf"rica,

ovoidal o lenticular segn el procedimiento de fabricacin.

O 2##&1S SR/#:I&I-L#S

P6C9DB#9&

#s causado cuando un grano del abrasivo grueso utilizado 'a 'ec'o una

erosin profunda que no se elimina ni con el pulido.

#99D@

2efecto producido por de!ciencias en el pulido o como causa de roces

con cuerpos duros durante el almacenado o en el transporte.

9IB9&


25/55

Se encuentra en los vidrios planos no pulidos, a causa de la imperfeccin

en lo plano de las super!cies.

ME#M9& @ C#ECE&

2efectos o excesos de dimensiones en los vidrios moldeados.

#E!9!9&

Imperfecciones causadas por el mal enca$e en las $untas de los moldes

en el momento de la fabricacin.

I#6E49&

isuras de diferentes longitudes % profundidades, causadasprincipalmente por el enfriamiento radical bruto a partir de una

temperatura inferior al punto de reblandecimiento o bien por la presin

excesiva del "mbolo en productos moldeados.

P#@P6ED9DE& F6&6C9&

C@L@#

#n cuestiones del color en los vidrios, el color es originado por los

elementos que se agregan en el proceso de fusin, llamados colorantes

(1abla +).

ELEME4@ C@L@#

Vxido de cobalto :o$o azulado

Vxido ferroso -zul

Vxido f"rrico -marillo

Vxido de cromo ?erde grisceo

1rixido de cromo -marillo


26/55

Vxido de cobre ?erde azulado

Vxido de uranio ?erde amarillento fosforescente

Selenio elemental :osa

Sulfuro de cadmio coloidal -marillo

#lementos que dan coloracin al vidrio.

4EK4B#9

La super!cie de los vidrios puede variar en cuestiones de brillo, estodepende del proceso de fundido en el que se 'a%a quedado. Rn vidrio

completamente fundido presenta un brillo, porque el vidrio se nivela %

aplana cuando se funde, formando una super!cie extremadamente lisa,

dic'a 'omogeneidad es una mu% buena caracterstica del material pues

lo 'ace mas fcil de limpiar.

&uando un vidrio no se funde completamente en el proceso de coccin o

en su defecto su viscosidad es todava alta, la super!cie resulta serrugosa % por lo tanto con tendencia a mate4 el vidrio mate es a la vez

opaco por el defecto en la aspereza de su super!cie 'aciendo que no

'a%a transparencia.

#l vidrio mate puede 'acerse a propsito si se somete al vidrio a un

enfriado lento. Los vidrios mate son mu% atractivos para usos

artesanales, con la nica venta$a que son difciles de limpiar.

M9LE9!6L6D9D

Los vidrios presentan maleabilidad cuando se encuentran en su etapa de

fundicin pues pueden ser moldeados % es la etapa de maleabilidad del

vidrio, pues es donde se les da las formas deseadas %a sea por moldes o


27/55

por cualquier otro m"todo. Los principales m"todos empleados para

moldear el vidrio son el colado, el soplado, el prensado, el estirado % el

laminado (ver ap"ndice @).

46P@& DE (6D#6@

(6D#6@& DE !@#@ &6L6C94@

La sustitucin de xidos alcalinos por xido de boro en la red vtrea de la

slice da lugar a vidrios de ms ba$a expansin. &uando el 7@B entra en

la red de la slice debilita su estructura % reduce considerablemente el

punto de reblandecimiento de los vidrios de slice. #l efecto de

debilitamiento se atribu%e a la presencia de boros tricoordinados

planares. Los virios borosilicatados (vidrios p%rex) se usan para equipos

de laboratorio, tuberas, material de cocina, como equipo para procesos

qumicos, 'ornos % faros de lmparas reQectoras.

(6D#6@& 9L PL@M@

#l xido de plomo es normalmente un modi!cador de la red de la slice,

pero adems puede actuar como un formador de la red. Los vidrios alplomo con altos contenidos de xido de plomo son de ba$a fusin % se

utilizan para soldar vidrios de cierre 'erm"ticos. Los vidrios de alto

contenido en plomo son usados para proteger de la radiacin de alta

energa % encuentra aplicacin para ventanas de radiacin, carcasas de


28/55

lmparas Quorescentes % lmparas de televisin. /or sus altos ndices de

refraccin, los vidrios al plomo se emplean para algunos vidrios pticos %

para algunos vidrios decorativos.

(6D#6@& DE !@4ELL9

2e composicin parecida a la del vidrio comn, pero con cierto

porcenta$e de xido de 'ierro.

(6D#6@& DE C#6&49L

&on adicin de plomo o bario, lo que le con!ere elevado brillo, muc'o

peso % sonido metlico, % el ptico, de transparencia, inalterabilidad,

'omogeneidad e isotropa tales que permiten su uso en la fabricacin delentes, prismas, espe$os.

(6D#6@& &L6C@&7D6C@CNLC6C@&

Los vidrios silicosdicocalcicos utilizados en la construccin recibe este

nombre porque tienen en su composicin los siguientes elementos.

(!gura B) porenta$e de composicion,)


29/55

/orcenta$es de composicin.

Slice, un cuero vitri!cante introducido en forma de arena (X= a X@Y).

Sodio, un fundente en forma de carbonato % sulfato (aprox. +CY).

&al, un estabilizante en forma de caliza (alrededor +=Y).

2iversos xidos, como los de aluminio % los de magnesio, que me$oran

las propiedades fsicas del vidrio sobre todo su resistencia a la accin de

los agentes atmosf"ricos (alrededor FY).

(6D#6@& DE &L6CE FBD6D@

#s el vidrio de composicin simple ms importante, presenta una altatransmisin espectral % no esta su$eto a dao de radiacin que origina

coloracin en otros vidrios. #s casi siempre el vidrio ideal para las lunas

de ve'culos espaciales % tneles aerodinmicos % para sistemas pticos

en dispositivos espectrofotom"tricos. - veces, los vidrios de slice son

caros % difciles de procesar.

P#E&EC69 E L9 94B#9LE9

Los vidrios en s no son comunes de encontrarse en la naturaleza por s

solos, %a que para que exista un vidrio, tiene que existir un proceso de

fabricacin.

#n 5"xico 'a% muc'as minas de arcillas, las responsables de la ma%ora

de la produccin de vidrios en nuestro pas. (igura C).


30/55

P#@P6ED9DE& 7P46C9&

Las propiedades pticas se pueden decir de manera concisa, que una

parte de la luz es Zrefractada[, una parte es Zabsorbida[, % otra es

Ztransmitida[.

&ada una de ellas llevara un porcenta$e de la totalidad del ra%o de luzque 'izo contacto con el vidrio. #l prisma de color que se crea del otro

lado del vidrio va del color ro$o al color violeta, de los cuales los

extremos dan lugar tambi"n a las luces no perceptibles por el o$o

'umano, infrarro$o % la ultravioleta. #s el color de la luz que Zsale[ del

vidrio la cual pasa a trav"s de este, % todos los dems colores del prisma


31/55

son absorbidos por el vidrio, claro que, son vidrios mu% particulares los

cuales logran solamente de$ar pasar la luz ultravioleta o la infrarro$a,

pero gracias a la tecnologa actual se 'an logrado las condiciones

precisas para lograr esto.

P#@P6ED9DE& 4O#M6C9&

C9L@# E&PECF6C@

Se de!ne como el calor necesario para elevar una unidad de masa de un

elemento un grado de temperatura. #n los vidrios el calor espec!co es

de =,+F= calg \& aproximadamente.

C@DBC46(6D9D 4O#M6C9

La conductividad t"rmica del vidrio es de aproximadamente =,==@

calcm seg. \&. &ifra muc'o ms ba$a que la conductividad de los

metales, no obstante el vidrio tiene una variable que no se aplica a los

dems materiales, la radiacin causada por el almacenamiento de luz

infrarro$a % ultravioleta, la cual es mu% variable % puede provocar en

ocasiones que el vidrio transmita el calor de manera muc'o ms

efectiva que los metales, es por esto que esta caracterstica es

raramente tomada a consideracin para el diseo.

P#@P6ED9DE& ELOC4#6C9&

/ara las propiedades el"ctricas se mane$an en lo vidrios dos medidas en

especiales las cuales son3 La constante dial"ctica % la resistividad

el"ctrica super!cial.

La resistividad el"ctrica super!cial, es la resistencia que presenta el

vidrio al paso de la corriente el"ctrica, la cual es mu% alta en este

material, +=A veces ms alta que en el cobre, lo cual 'ace al vidrio mu%

popular en el diseo de partes % mquinas el"ctricas.


32/55

La constante diel"ctrica es la capacidad de almacenar energa el"ctrica,

la opacidad % la constante diel"ctrica estn relacionadas de manera

inversamente proporcional, siendo que mientras ms transparente sea el

vidrio, ma%or ser su capacidad para almacenar energa.

9EK@ 9

Propiedades mecnicas del aluminio.

#esistencia mecnica

Las caractersticas mecnicas del aluminio varan considerablemente

dependiendo del tipo de aleacin que se est" considerando.

#n la siguiente tabla se muestran los valores de la carga de rotura

(Kmm@), el lmite elstico (Kmm@), el alargamiento en la rotura (en Y)

% la dureza 7rinell para las aleaciones de aluminio ms comunes3


33/55

&arga de rotura, lmite elstico, alargamiento % dureza de las aleaciones

de aluminio.

#n la siguiente !gura ilustrativa se muestra cmo vara el lmite elstico,

que es la tensin para la cual se alcanza una deformacin del =,@Y en la

pieza ensa%ada segn el ensa%o de traccin. Los resultados se muestran

para las diferentes aleaciones de aluminio3

Lmite elstico (Kmm@) de las aleaciones de aluminio.


34/55

#n esta otra !gura se muestra la variacin de la carga de rotura en el

ensa%o de traccin para cada tipo de aleacin3

&arga de rotura (Kmm@) de las aleaciones de aluminio.

/or otro lado, la resistencia a cizallamiento es un valor importante a

tener en cuenta para calcular la fuerza necesaria para el corte, as como

para determinadas construcciones. Ko existen valores normalizados a

este respecto, pero generalmente es un valor que est entre el FF % A=

Y de la resistencia a la traccin.

/or ltimo, en la siguiente tabla se muestran los valores delalargamiento de la pieza que se alcanza en el ensa%o de traccin, $usto

antes de producirse la rotura de la pieza3


35/55

-largamiento en el ensa%o de traccin para las aleaciones de aluminio.

Coefciente de Poisson

#l coeficiente de /oisson (T) corresponde a la razn entre la elongacin

longitudinal % la deformacin transversal en el ensa%o de traccin.

-lternativamente el coe!ciente de /oisson puede calcularse a partir de

los mdulos de elasticidad longitudinal % transversal, segn la expresin

siguiente3

#

]]]]] +

@ x *

/ara el aluminio aleado, toma el siguiente valor3

T N =,BB

&omo en el caso anterior, las expresiones arriba indicadas del

coe!ciente de /oisson, n, son valores constantes siempre dentro del

rango de comportamiento elstico del aluminio.

Dureza !rinell

La dureza es una propiedad que mide la capacidad de resistencia que

ofrecen los materiales a procesos de abrasin, desgaste, penetracin o

de rallado. /ara medir la dureza de un material se emplea un tipo de

ensa%o consistente en calibrar la resistencia de un material a la

penetracin de un punzn o una cuc'illa que se usa como indentador.

#ste indentador usualmente consta en su extremo, o bien de una esfera,

o bien de una pieza en forma de pirmide, o en forma de cono % que

est compuesto de un material muc'o ms duro que el material que se

est midiendo. La profundidad de la entalla que se produce en el


36/55

material al ser rallado por este penetrador nos dar una medida de su

dureza.

#xisten varios m"todos para calibrar la dureza de un material, siendo el

m"todo 7rinell % el m"todo :oc;


37/55

2ureza 7rinell (67) para las aleaciones de aluminio

4ratamientos de proteccin superfcial

#esistencia a la corrosin

#l aluminio, debido a sus caractersticas qumicas, tiene un elevado

estado de oxidacin. #n concreto, su capa de valencia dispone de tres

electrones lo que le con!ere que su estado normal de oxidacin sea III.

#ste 'ec'o se traduce en que el aluminio sea un elemento mu%

electropositivo % mu% reactivo. 2e esta manera, una pieza de aluminio

que entra en contacto con la atmsfera, reacciona de manera inmediata

con el oxgeno del ambiente % forma rpidamente una !nsima capa

super!cial de un xido de aluminio, la almina (-l@B).

esta capa es extremadamente resistente % es qumicamente mu%

parecida a minerales como el corindn, rub o za!ro, solamente

superado en resistencia por el diamante.


38/55

W Slo algunos qumicos con cloruros, o el mismo cido ctrico, pueden

afectarlo lentamente. /ero el enemigo real del aluminio es el mercurio,

que adems de ser extremadamente txico para el 'ombre, en contacto

con una capa de xido de aluminio la penetra rpidamente de$ando la

super!cie del aluminio expuesto al oxgeno del aire, que sin proteccin,

termina degradndolo.

9nodizado

#n el apartado anterior se vio que la capa de almina se genera de

forma espontnea % natural envolviendo la totalidad de la pieza de

aluminio con una !na capa de xido protector (del orden de =,=+

micras).

#l anodizado es un proceso qumico electroltico que permite obtener de

manera arti!cial ma%ores espesores de esta capa protectora de xido

(incluso 'asta alrededor de las +F= micras) con lo que se consiguen

me$ores condiciones de proteccin que con las capas naturales de

almina.

#l proceso de electrolisis comienza introduciendo la pieza de aluminio,que funciona de nodo, en un medio electroltico, que suele ser sulfrico.

-l 'acer pasar la corriente el"ctrica entre los polos se libera el oxgeno

presente en el medio que se dirigir al nodo, que al reaccionar con el

aluminio, generar la capa de xido, la almina, cubriendo el nodo, %

cu%o espesor ser funcin del tiempo de paso de la corriente.

&on este proceso se consigue que la pieza de aluminio se cubra de una

capa de xido de gran dureza, que vara entre los X % A en la escala5o's, adems de ser mu% estable % resistente a los agentes corrosivos

ambientales. La capa generada por medio del proceso electroqumico se

integra en el propio metal, por lo que no puede ser raspada o pelada.

#ntre las venta$as del aluminio anodizado estn las siguientes3


39/55

no necesita mantenimiento

el anodizado no se afecta por la luz solar % por tanto no se deteriora

aumenta la dureza super!cial, siendo resistente a la abrasin % al

desgaste

la capa super!cial del anodizado es ms duradera que las capas

obtenidas por pinturas.

Ko obstante, al utilizarse el aluminio anodizado en construccin se debe

evitar el contacto de "ste con morteros % mezclas de 'ormign, adems

de protegerlo de ataques de agentes cidos % alcalinos.

Pintado ;lacado

Propiedades Mecanicas Terminado . Tema 3.1.1

Documents

Transcript of Propiedades Mecanicas Terminado . Tema 3.1.1