RECOPILACIÓN DE APUNTES DE MATERIALES

ÍNDICE

Estructura interna y propiedades de los materiales:

o Tipos de enlaces

o Propiedades físicas, químicas y tecnológicas de los materiales.

o Estudio cualitativo del diagrama hierro-carbono

Técnicas de modificación de propiedades de los materiales:

o Procedimientos y tratamientos: térmicos, termoquímicos y

mecánicos.

o Materiales compuestos o composites.

Tratamientos Superficiales: técnicas contra la oxidación y la

corrosión.

Procedimientos de ensayo y medidas de las propiedades de los

materiales:

o Concepto de ensayo: clasificación.

o Ensayo de tracción

o Concepto de dureza y tenacidad.

o Otros ensayos: fatiga, flexión, embutición.

o Ensayos no destructivos.

Estructura interna y propiedades de los materiales

Tipos de enlaces

Propiedades físicas, químicas y tecnológicas de los

materiales.

PROPIEDADES QUIMICAS

1. Oxidación: Cuando un material se combina con oxígeno, se dice que

experimenta una reacción de oxidación. Materiales susceptibles de

ser oxidados: hierro, aceros bajos en carbono, cobre, titanio,...

Materiales resistentes a la oxidación: oro, plata, aluminio, estaño,

cromo, ...

2. Corrosión: Cuando la oxidación se produce en un ambiente húmedo o

en presencia de otras sustancias agresivas, se denomina corrosión.

PROPIEDADES FISICAS

1. 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/m3 .

2. Magnetismo: Capacidad de atraer a otros metales.

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.

4. 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

5. 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.

6. Transparencia. Capacidad de dejar ver objetos a través de él.

PROPIEDADES TECNOLOGICAS

1. Maquinabilidad: propiedad del metal de dejarse mecanizar mediante

una herramienta cortante apropiada.

2. Ductilidad: es la capacidad del metal de dejarse por tracción.

3. Fusibilidad: permite obtener piezas fundidas o coladas.

4. Colabilidad: capacidad de un metal fundido para producir piezas

fundidas completas y sin defecto para que un metal sea colable debe

poseer gran fluidez.

6. Templabilidad: es la propiedad de un metal de sufrir

transformaciones en su estructura cristalina producto del

calentamiento y enfriamiento sucesivo y brusco.

PROPIEDADES MECÁNICAS

1. Resistencia: capacidad de soportar una carga externa.

2.Dureza: capacidad de penetrar o rayar otros materiales.

3. Plasticidad: capacidad de deformación permanente de un metal sin

que llegue a romperse.

4. Elasticidad: capacidad de un material de volver a sus dimensiones

normales después de haber cesado la carga

5. Tenacidad: la resistencia a la rotura por esfuerzos de impactos que

deforman el metal.

6. Fragilidad: propiedad que expresa la falta de plasticidad y por

tanto de tenacidad los materiales frágiles se rompen en el limite

elástico.

7. Resistencia: es la resistencia de un metal a su rotura por choque y

se determina por medio del ensayo de charpy

8. Fluencia: propiedades de algunos metales de deformarse lenta y

espontáneamente bajo la acción de su propio peso o de cargas muy

pequeñas.

9. Fatiga: esta propiedad se utiliza para medir materiales que van a

estar sometidos a acción de cargas periódicas.

10. Maleabilidad: es la característica de los metales que permite la

obtención de láminas muy delgadas.

Estudio cualitativo del diagrama hierro-carbono

Técnicas de modificación de propiedades de los materiales:

Procedimientos y tratamientos: térmicos, termoquímicos y

mecánicos.

Materiales compuestos o composites.

Los composites o resinas compuestas son materiales sintéticos mezclados

heterogéneamente formando un compuesto, como su nombre indica. Están

formados por moléculas de elementos variados. Estos componentes pueden

ser de dos tipos: los de cohesión y los de refuerzo. Los componentes

decohesión envuelven y unen los componentes de refuerzo (o simplemente

refuerzos) manteniendo la rigidez y la posición de éstos. Los refuerzos

dotan al conjunto con unas propiedades físicas que mejoran la cohesión y la

rigidez. Así pues, esta combinación de materiales confiere al compuesto

unas propiedades mecánicas notablemente superiores a las de las materias

primas de las que procede. Tales moléculas suelen formar estructuras muy

resistentes y livianas; por este motivo se utilizan desde mediados del siglo

XX en los más variados campos: aeronáutica, fabricación

de prótesis, astro y cosmonáutica, ingeniería naval, ingeniería civil, artículos

de campismo, etc

El adobe, formado por arcilla y paja, es el composite más antiguo que

conocemos y aún hoy se sigue utilizando en la construcción de viviendas.

Macroscópicamente, la arcilla (cohesión) se distingue de la paja (refuerzo),

pero la mezcla heterogénea tiene unas propiedades mecánicas mejores que

las de sus respectivos componentes individuales. Otro ejemplo claro lo

podemos encontrar en los cimientos de los edificios:hormigón reforzado con

una matriz de acero corrugado, los innovadores cimientos de goma y muelles

de Japón para amortiguar los terremotos (aislamiento sísmico). Los

composites se utilizan en la industria aeroespacial y aeronáutica para

aligerar el peso de la estructura y para el revestimiento de satélites,

transbordadores y aviones.

Tratamientos Superficiales: técnicas contra la oxidación y la

corrosión.

Procedimientos de ensayo y medidas de las propiedades de los

materiales:

Concepto de ensayo: clasificación.

Ensayo de tracción.

Las gráficas de arriba corresponden al cobre y al acero

templado.

Concepto de dureza y tenacidad.

Los conceptos de dureza (hardness) y tenacidad (toughness) son muy

fácilmente confundidos apesar de que tienen significados completamente

diferentes. El diamante es el material más duro que existe y sin embargo,

no es el más tenaz: si sele da un martillazo se romperá en pedazos, aunque el

acero del martillo sea menos duro. Las varillas metálicas que sostienen

las edificaciones son muchísimo más tenaces que el diamante, el diamante no

podría reemplazarlas aún cuando su dureza sea mucho mayor.

La dureza se relaciona con la capacidad que tiene un material de soportar

esfuerzos sin deformarse permanentemente. Hay diversas formas de medir

la dureza, si bien la mayoría consiste en utilizar un indentador; esto es, un

dispositivo que trata de penetrar el material, que podría ser un pequeño

balín o una aguja. Por ejemplo, si pretendemos comparar la dureza de

un trozo de plastilina con la de un vaso de vidrio, podríamos utilizar un lápiz

como indentador. El lápiz penetra sin dificultad la plastilina, demostrando

que el lápiz es más duro que la plastilina. Por otra parte, el lápiz no puede

atravesar el vaso de vidrio, así que el vidrio es más duro que el lápiz. Del

resultado de ambos experimentos también podemos concluir que el vidrio es

más duro que la plastilina.

La tenacidad tiene que ver con la capacidad que tiene un material para

absorber energía sin romperse. Todos los materiales tienen grietas internas

que se propagan más rápido mientrasmenos tenaz sea el material. Cuando el

material se deforma con facilidad, es decir, es blando, laporción del

material que rodea la grieta se deforma. Este proceso consume energía lo

que retarda la propagación de la grieta y consigue que el material sea tenaz.

En los materiales más duros,esta deformación no ocurre por lo que las

grietas disponen de mucha más energía para propagarse, lo que lleva al

material a tener una baja tenacidad.

Otros ensayos: fatiga, flexión, embutición.

Ensayos no destructivos. Se denomina ensayo no destructivo (también llamado END, o en inglés NDT

de nondestructive testing) a cualquier tipo de prueba practicada a

un material que no altere de forma permanente sus propiedades físicas,

químicas, mecánicas o dimensionales. Los ensayos no destructivos implican

un daño imperceptible o nulo. Los diferentes métodos de ensayos no

destructivos se basan en la aplicación de fenómenos físicos tales

como ondas electromagnéticas, acústicas, elásticas, emisión de partículas

subatómicas, capilaridad, absorción y cualquier tipo de prueba que no

implique un daño considerable a la muestra examinada.

En general los ensayos no destructivos proveen datos menos exactos acerca

del estado de la variable a medir que los ensayos destructivos. Sin embargo,

suelen ser más baratos para el propietario de la pieza a examinar, ya que no

implican la destrucción de la misma. En ocasiones los ensayos no

destructivos buscan únicamente verificar la homogeneidad y continuidad del

material analizado, por lo que se complementan con los datos provenientes

de los ensayos destructivos.

La amplia aplicación de los métodos de ensayos no destructivos en

materiales se encuentran resumidas en los tres grupos siguientes:

Defectología. Permite la detección de discontinuidades, evaluación de

la corrosión y deterioro por agentes ambientales; determinación

de tensiones; detección de fugas.

Caracterización. Evaluación de las características químicas,

estructurales, mecánicas y tecnológicas de los materiales;

propiedades físicas (elásticas, eléctricas y electromagnéticas);

transferencias de calor y trazado de isotermas.

Metrología. Control de espesores; medidas de espesores por un solo

lado, medidas de espesores de recubrimiento; niveles de llenado.

La clasificación de las pruebas no destructivas se basa en la posición en

donde se localizan las discontinuidades que pueden ser detectadas, por lo

que se clasifican en:

Pruebas no destructivas superficiales

Estas pruebas proporcionan información acerca de la sanidad

superficial de los materiales inspeccionados. Los métodos de PND

superficiales son:

VT – Inspección Visual

PT – Líquidos Penetrantes

MT – Partículas Magnéticas

ET – Electromagnetismo

Pruebas no destructivas volumétricas

Estas pruebas proporcionan información acerca de la sanidad interna

de los materiales inspeccionados. Los métodos de PND volumétricos

son:

RT – Radiografía Industrial

UT – Ultrasonido Industrial

AE – Emisión Acústica

Estos métodos permiten la detección de discontinuidades internas y

sub-superficiales, así como bajo ciertas condiciones, la detección de

discontinuidades superficiales.

Pruebas no destructivas de hermeticidad

Estas pruebas proporcionan información del grado en que pueden ser

contenidos los fluidos en recipientes, sin que escapen a la atmósfera

o queden fuera de control. Los métodos de PND de hermeticidad son:

Pruebas de Fuga

Pruebas por Cambio de Presión (Neumática o hidrostática).

Pruebas de Burbuja

Pruebas por Espectrómetro de Masas

Pruebas de Fuga con Rastreadores de Halógeno