República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular pala la Educación Superior

ITU. Dr. Federico Rivero Palacio

1er año de Mecánica sección “C”

Tarea de TDM

Alumno: Junior Molina

Las propiedades mecánicas

En ingeniería, las propiedades mecánicas de los materiales son las características

inherentes que permiten diferenciar un material de otros, desde el punto de vista del

comportamiento mecánico de los materiales en ingeniería, también hay que tener en

cuenta el comportamiento que puede tener un material en los diferentes procesos de

mecanizados que pueda tener. Entre estas características mecánicas y tecnológicas

destacan:

Resistencia a esfuerzos de tracción, compresión, flexión y torsión, así como

desgaste y fatiga, dureza, elasticidad, tenacidad, fragilidad, cohesión, plasticidad,

ductilidad, maleabilidad, porosidad, magnetismo, las facilidades que tenga el material para

soldadura, mecanizado, tratamiento térmico así como la resistencia que tenga a los

procesos de oxidación, corrosión. Asimismo es interesante conocer el grado de

conductividad eléctrica y la conductividad térmica que tenga y las facilidades que tenga

para formar aleaciones.

Aparte de estas propiedades y tecnológicas cabe destacar cuando se elige un

material para un componente determinado, la densidad de ese material, el color, el punto

de fusión la disponibilidad y el precio que tenga.

Debido a que cada material se comporta diferente, es necesario analizar su

comportamiento mediante pruebas experimentales..

Entre las propiedades mecánicas más comunes que se mide en los materiales están la

resistencia a tracción, a compresión, la deformación, el coeficiente de Poisson y el módulo

de elasticidad o módulo de Young.

Propiedades mecánicas

Dureza: es la resistencia de un cuerpo a ser rayado por otro. opuesta a duro es

blando. El diamante es duro porque es difícil de rayar.

Resistencia: se refiere a la propiedad que presentan los materiales para soportar

las diversas fuerzas.

Plasticidad: se refiere a la propiedad que presentan los materiales de deformarse

permanente e irreversiblemente.

Ductilidad: se refiere a la propiedad que presentan los materiales de deformarse

sin romperse obteniendo hilos.

Maleabilidad: se refiere a la propiedad que presentan los materiales de deformarse

sin romperse obteniendo láminas.

Elasticidad: se refiere a la propiedad que presentan los materiales de volver a su

estado inicial cuando se aplica una fuerza sobre él.

Propiedades Ópticas

Los materiales pueden ser:

1. Opacos: no dejan pasar la luz.

2. Transparentes: dejan pasar la luz.

3. Traslúcidos: dejan pasar parte de la luz.

Propiedades Acústicas

1. Materiales transmisores o aislantes del sonido.

2. Propiedades Eléctricas

3. Materiales conductores o dieléctricos

4. Propiedades Térmicas

Materiales conductores o aislantes térmicos. PROPIEDADES TÉRMICAS Determinan

el comportamiento de los materiales frente al calor. Conductividad térmica : es la

propiedad de los materiales de transmitir el calor, produciéndose, lógicamente una

sensación de frió al tocarlos. Un material puede ser buen conductor térmico o malo.

Fusibilidad : facilidad con que un material puede fundirse. Soldabilidad: facilidad de un

material para poder soldarse consigo mismo o con otro material. Lógicamente los

materiales con buena fusibilidad suelen tener buena soldabilidad.

1. Punto de fusión

Propiedades Magnéticas

Materiales magnéticos. En física se denomina permeabilidad magnética a la

capacidad de una sustancia o medio para atraer y hacer pasar a través de sí los campos

magnéticos, la cual está dada por la relación entre la intensidad de campo magnético

existente y la inducción magnética que aparece en el interior de dicho material.

Propiedades Fisico-Quimicas y Tecnológicas

1. Resistencia a la Corrosión

2. Aleabilidad

3. Reducción

4. Reutilización

5. Reciclabilidad

6. Colabilidad

7. Conformabilidad

8. Maquinabilidad

9. Soldabilidad

Diagrama de fase

Un típico diagrama de fase. La línea de puntos muestra el comportamiento anómalo del agua. La línea verde marca el punto

de congelación y la línea azul, el punto de ebullición. Se muestra cómo varían con la presión.

En termodinámica y ciencia de materiales se denomina diagrama de fase a la

representación gráfica de las fronteras entre diferentes estados de la materia de un

sistema, en función de variables elegidas para facilitar el estudio del mismo. Cuando en

una de estas representaciones todas las fases corresponden a estados de agregación

diferentes se suele denominar diagrama de cambio de estado.

En ciencia de materiales se utilizan ampliamente los diagramas de fase binarios,

mientras que en termodinámica se emplean sobre todo los diagramas de fase de una

sustancia pura.

Diagrama de fase de una sustancia pura

Los diagramas de fase más sencillos son los de presión - temperatura de una

sustancia pura, como puede ser el del agua. En el eje de ordenadas se coloca la presión y

en el de abscisas la temperatura. Generalmente, para una presión y temperatura dadas,

el cuerpo presenta una única fase excepto en las siguientes zonas:

1. Punto triple: En este punto del diagrama coexisten los estados sólido, líquido y

gaseoso. Estos puntos tienen cierto interés, ya que representan un invariante y por

lo tanto se pueden utilizar para calibrar termómetros.

2. Los pares (presión, temperatura) que corresponden a una transición de fase entre:

Dos fases sólidas: Cambio alotrópico;

Entre una fase sólida y una fase líquida: fusión - solidificación;

Entre una fase sólida y una fase vapor (gas): sublimación - deposición

(o sublimación inversa);

Entre una fase líquida y una fase vapor: vaporización - condensación (o

licuefacción).

Es importante señalar que la curva que separa las fases vapor-líquido se detiene

en un punto llamado punto crítico. Más allá de este punto, la materia se presenta como un

fluido supercrítico que tiene propiedades tanto de los líquidos como de los gases.

Modificando la presión y temperatura en valores alrededor del punto crítico se producen

reacciones que pueden tener interés industrial, como por ejemplo las utilizadas para

obtener café descafeinado.

Es preciso anotar que, en el diagrama PV del agua, la línea que separa los

estados líquido y sólido tiene pendiente negativa, lo cual es algo bastante inusual. Esto

quiere decir que aumentando la presión el hielo se funde, y también que la fase sólida

tiene menor densidad que la fase líquida.

Diagrama de fase binario

Cuando aparecen varias sustancias, la representación de los cambios de fase puede

ser más compleja. Un caso particular, el más sencillo, corresponde a los diagramas de

fase binarios. Ahora las variables a tener en cuenta son la temperatura y la concentración,

normalmente en masa. En un diagrama binario pueden aparecer las siguientes regiones:

1. Sólido puro o disolución sólida

2. Mezcla de disoluciones sólidas (eutéctica, eutectoide, peritéctica, peritectoide)

3. Mezcla sólido - líquido

4. Únicamente líquido, ya sea mezcla de líquidos inmiscibles (emulsión), ya sea un

líquido completamente homogéneo.

5. Mezcla líquido - gas

6. Gas (lo consideraremos siempre homogéneo, trabajando con pocas variaciones da

altitud).

Hay punto y líneas en estos diagramas importantes para su caracterización:

1. Línea de líquidos, por encima de la cual solo existen fases líquidas.

2. Línea de sólidos, por debajo de la cual solo existen fases sólidas.

3. Línea eutéctica y eutectoide. Son líneas horizontales (isotermas) en las que tienen

lugar transformaciones eutécticas y eutectoides, respectivamente.

4. Línea de solvus, que indica las temperaturas para las cuales una disolución sólida

(α) de A y B deja de ser soluble para transformarse en (α)+ sustancia pura (A ó B).

5. Concentraciones definidas, en las que tienen lugar transformaciones a

temperatura constante:

1. Eutéctica

2. Eutectoide

3. Peritéctica

4. Perictectoide

5. Monotéctica

6. Monotectoide

7. Sintéctica

8. Catatéctica

Tratamientos térmicos

Es un proceso térmico al que se someten los metales y otros tipos de materiales

sólidos para mejorar sus propiedades mecánicas (Nunca alteran las propiedades

químicas) como: la dureza, la resistencia y la elasticidad. Con el tratamiento térmico

adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el tamaño del grano, incrementar la

tenacidad o producir una superficie dura con un interior dúctil. Para conocer a que

temperatura debe elevarse el metal para que se reciba un tratamiento térmico es

recomendable contar con los diagramas de cambio de fases como el de hierro - carbono.

En este tipo de diagrama se especifican las temperaturas en las que suceden los cambios

de fase (cambios de estructura cristalina), dependiendo de los materiales diluidos. Los

tratamientos térmicos han adquirido gran importancia en la industria en general, ya que

con las constantes innovaciones se van requiriendo metales con mayores resistencias

tanto al desgaste como a la tensión. El tiempo y la temperatura son los factores

principales y hay que fijarlos de antemano de acuerdo con la composición del acero, la

forma y el tamaño de las piezas y las características que se desean obtener.

Clasificación y aplicaciones en los aceros

Al carbono, aceros aleados, aceros de baja aleación ultra resistentes, aceros

inoxidables y aceros de herramientas.

Aceros al carbono: El 90% de los aceros son aceros al carbono. Estos aceros

contienen una cantidad diversa de carbono, menos de un 1,65% de manganeso, un 0,6%

de silicio y un 0,6% de cobre.

Aceros de baja aleación ultra resistentes. Es la familia de aceros mas reciente de

las cinco. Estos aceros son más baratos que los aceros convencionales debido a que

contienen menor cantidad de materiales costosos de aleación. Sin embargo, se les da un

tratamiento especial que hace que su resistencia sea mucho mayor que la del acero al

carbono. Este material se emplea para la fabricación de vagones porque al ser más

resistente, sus paredes son más delgadas, con lo que la capacidad de carga es mayor.

Además, al pesar menos, también se pueden cargar con un mayor peso. También se

emplea para la fabricación de estructuras de edificios.

Aceros inoxidables. Estos aceros contienen cromo, níquel, y otros elementos de

aleación que los mantiene brillantes y resistentes a la oxidación. Algunos aceros

inoxidables son muy duros y otros muy resistentes, manteniendo esa resistencia durante

mucho tiempo a temperaturas extremas. Debido a su brillo, los arquitectos lo emplean

mucho con fines decorativos. También se emplean mucho para tuberías, depósitos de

petróleo y productos químicos por su resistencia a la oxidación y para la fabricación de

instrumentos quirúrgicos o sustitución de huesos porque resiste a la acción de los fluidos

corporales. Además se usa para la fabricación de útiles de cocina, como pucheros,

gracias a que no oscurece alimentos y es fácil de limpiar.

Aceros de herramientas. Estos aceros se emplean para fabricar herramientas y

cabezales de corte y modelado de maquinas. Contiene wolframio, molibdeno y otros

elementos de aleación que le proporcionan una alta resistencia, dureza y durabilidad.

Corrosión de metales

Es el deterioro de los metales por un proceso electroquímico. El ejemplo típico de

la corrosión es la formación de herrumbre u óxido de hierro.

¿Por qué Ocurre la Corrosión? La fuerza motriz que causa que un metal se corroa

es consecuencia de su existencia natural en forma combinada. Para alcanzar el estado

metálico se requiere una cantidad de energía. Esta energía varía de un metal a otro. Es

relativamente alta para el magnesio, el aluminio y el hierro y relativamente baja para el

cobre, la plata y el oro.

¿Cómo ocurre la Corrosión? Ocurre por la diferencia de potencial entre dos

metales diferentes en contacto o por la diferencia de potencial entre diferentes áreas de

un mismo metal, que forman una celda galvánica. En presencia de un electrolito. Cada

celda consiste de: un ánodo que produce electrones, de un cátodo y de un electrolito. El

ánodo y el cátodo deben estar en contacto eléctrico para que ocurra la corrosión. "La

corrosión puede ser definida como la reacción de un material con su entorno". "La

corrosión consiste en una oxidación del metal y, si el óxido no es adherente y es poroso,

puede dar lugar a la destrucción de todo el metal". "Corrosión: ataque de un material por

el medio que le rodea con la consiguiente pérdida de masa y deterioro de sus

propiedades". "Corrosión es la destrucción de un cuerpo sólido causada por un ataque no

provocado, de naturaleza química o electroquímica que se inicia en la superficie".

 

Clasificación y selección de material

Clasificación de los materiales Naturales

Los materiales naturales son los que (en estado bruto, o sujetos a un proceso de

purificación) existen en la naturaleza (por ejemplo: hierro, madera, cobre, petróleo, agua,

mármol, oro, arena, etc.).

Artificiales

Los materiales artificiales son los producidos por el hombre, partiendo de materiales

naturales (por ejemplo: el papel, el bronce, el latón, el vidrio, la cerámica, etc.).

Entre los artificiales podemos señalar a los sintéticos.

1. Sintéticos

Un material sintético es aquel producto de la "síntesis química", que consiste en el

proceso de obtención de compuestos químicos partiendo de sustancias más

simples (por ejemplo: mica, teflón, baquelita, etc.).

2. Metales

Los metales se diferencian del resto de elementos, fundamentalmente en el tipo de

enlace que constituyen sus átomos. Se trata de un enlace metálico y en él los

electrones forman una nube que se mueve, rodeando todos los núcleos. Este tipo

de enlace es el que les confiere las propiedades de condición eléctrica, brillo etc.

3. Férricos

Los metales férricos son los derivados de hierro. estos metales presentan

propiedades magnéticas, poseen una gran densidad y una conductividad baja

eléctrica y térmica, tiene una facilidad de corrosión.

4. No Férricos

Estos metales no presentan propiedades magnéticas, poseen una conductividad

alta eléctrica y térmica.

5. Plásticos

El término plástico en su significación más general, se aplica a las sustancias de

distintas estructuras y naturalezas que carecen de un punto fijo de ebullición y

poseen durante un intervalo de temperaturas propiedades de elasticidad y

flexibilidad que permiten moldearlas y adaptarlas a diferentes formas y

aplicaciones.

6. Naturales

Se obtiene a partir de materiales naturales como el caucho (caucho crudo y gomas

blandas y duras), la celulosa (celofán y celuloide), caseína de la leche (Galalita).