UNIDAD II. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES. Las propiedades fsicas, tal y como usamos el trmino, definen el comportamiento de los materiales en respuesta a otras fuerzas fsicas adems de las mecnicas. Estas incluyen propiedades: Volumtricas, Trmicas,

Elctricas,Electroqumicas. Los componentes de un producto necesitan hacer algo ms que soportar esfuerzos mecnicos. Deben de conducir la electricidad ( prevenir su conduccin), permitir que escape el calor, transmitir la luz y satisfacer una multitud de funciones. Las propiedades fsicas son importantes en la manufactura porque frecuentemente tienen influencia sobre la realizacin de los procesos.

La mayor parte de las propiedades fsicas de los metales se deben al enlace caracterstico que presentan sus elementos. Este enlace, est caracterizado por un mar/nube de electrones (Mar de Drude) sobre unos cationes fijos. Brillo Los metales poseen un brillo metlico muy caracterstico.

Esto es debido a que reflejan la luz que incide sobre su superficie.

Propiedades de los materiales: Las propiedades de los materiales se clasifican en: propiedades fsicas, qumicas y tecnolgicas. Dentro de las propiedades fsicas se estudian las propiedades mecnicas, trmicas y elctricas, adems de otras propiedades como la densidad. Las propiedades qumicas ms representativas son la resistencia a la oxidacin y a la corrosin. Las propiedades tecnolgicas ms comunes son la soldabilidad y la fusibilidad. De todas ellas centraremos nuestro estudio principalmente en las propiedades mecnicas que son las ms interesantes a la hora de ser evaluadas mediante ensayos.

Propiedades generales: En este apartado vamos a estudiar las propiedades trmicas conductividad trmica, dilatacin trmica, capacidad calorfica y calor especfico -, las propiedades elctricas conductividad elctrica -, y la densidad. Densidad: Se define como la relacin entre la masa y el volumen. A la hora de escoger un material para una determinada aplicacin es una propiedad muy importante. Conductividad elctrica: Representa la capacidad de los materiales para conducir la electricidad. Por lo general los metales son buenos conductores de la electricidad, mientras que los plsticos son aislantes. Por eso nunca fabricaramos un enchufe nicamente de metal. Dilatacin trmica: Esta propiedad pone de manifiesto que al aumentar la temperatura los materiales aumentan su volumen, y al disminuir lo reducen. Conductividad trmica: Representa la capacidad de los cuerpos para transmitir el calor. Por lo general los plsticos son malos conductores del calor, por eso las asas de una pota son de plstico.

Dureza: Se define como la resistencia que opone un cuerpo a ser rayado o penetrado por otro. Esta propiedad asociada a la cohesin se valora mediante ensayos de dureza tanto al rayado como a la penetracin.

Mecnicas: Las propiedades mecnicas son las que determinan el comportamiento de los materiales cuando son sometidos a fuerzas externas.Cohesin: Se define como la resistencia que oponen las molculas de los materiales a separarse unas de otras. Maleabilidad y ductibilidad: La maleabilidad es la capacidad de los materiales de deformarse plsticamente frente a esfuerzos de compresin; La ductibilidad: Es la capacidad de los materiales de deformarse plsticamente frente a esfuerzos de traccin. Tenacidad y fragilidad: La fragilidad es la propiedad contraria a la tenacidad. Decimos que un material es frgil si su rotura se produce repentinamente y sin previa deformacin; y decimos que un material es tenaz si la rotura se produce despus de una deformacin plstica. Mediante el ensayo de traccin, observando la curva caracterstica del ensayo, podemos diferenciar si un material es frgil o tenaz. La mayor o menor fragilidad de los materiales la podemos valorar mediante el ensayo de choque o de resiliencia.

Fatiga: Se define como la resistencia a la rotura de un material sometido a esfuerzos variables tanto en magnitud como en sentido. Esta propiedad se valora mediante el ensayo de fatiga.Resiliencia: Se define como la capacidad de un material de absorber energa en la zona elstica al someterlo a un esfuerzo de rotura. Esta propiedad se valora mediante el ensayo por choque o de resiliencia. Elasticidad: Se define como la capacidad de un material de recobrar su forma primitiva cuando cesa la causa que lo deform; La plasticidad: Es la capacidad de algunos materiales slidos de adquirir deformaciones permanentes sin llegar a romperse. La elasticidad y la plasticidad se pueden valorar mediante el ensayo de traccin.

Clasificacin de los ensayos: Los ensayos se pueden clasificar en: Segn la rigurosidad del ensayo Ensayos cientficos: Son ensayos que se realizan en laboratorios especializados y nos permiten obtener valores precisos y reproducibles de las propiedades ensayadas, ya que las condiciones a las que se somete el material estn convenientemente normalizadas.

Ensayos tecnolgicos: Se hacen en fbrica e indican calidades de material.Segn la naturaleza del ensayo: Ensayos qumicos: Permiten conocer la composicin cualitativa y cuantitativa del material, as como la naturaleza del enlace qumico o la estabilidad del material ante la presencia de compuestos corrosivos. Ensayos metalogrficos: Con el uso del microscopio nos permiten conocer la estructura interna del material.

Ensayos fsicos: Tienen por objeto cuantificar ciertas propiedades fsicas como la densidad, la conductividad trmica y elctrica.Ensayos mecnicos: Con ellos se determina la resistencia del material a ciertos esfuerzos. Los ensayos de este tipo ms importantes son: dureza, fatiga, choque, traccin, etc. Segn la utilidad de la pieza despus de ser sometida al ensayo: Ensayos destructivos: Son aquellos en los que se producen dao o rotura de la pieza sometida al ensayo.

No destructivos: Se analizan los defectos del material mediante mtodos de observacin directa empleando rayos X, ultrasonidos, campos magnticos, microscopios, etc.

Segn la velocidad de aplicacin de los esfuerzos: Ensayos estticos: Son aquellos en los que la velocidad de aplicacin de la fuerza no influye en el resultado. Un ejemplo de este tipo es el ensayo de traccin. Ensayos dinmicos: En ellos, la velocidad de aplicacin de las fuerzas forma un papel importante en el ensayo. Un ejemplo es el ensayo de dureza al rayado.

Ensayos de dureza: entre los ensayos de dureza se distingue los ensayos de dureza al rayado que son dinmicos, y los ensayos de dureza a la penetracin que son estticos. A continuacin se estudian ambos. Ensayos de dureza al rayado (dinmicos): el ms conocido es el mtodo Martens que consiste en medir el surco que deja una punta de diamante en forma piramidal con dimensiones normalizadas a la que aplicamos una carga constante y que se desplaza sobre la superficie del metal. Ensayos de dureza a la penetracin (estticos): se trata de averiguar la dureza de un material por la huella que deja un penetrador al que le aplicamos un peso constante, el cual se empuja contra la superficie del material cuya dureza se quiere determinar, con una fuerza determinada, durante un tiempo fijo. La velocidad de aplicacin de la carga debe ser lenta para que no ejerza influencia en la medida. El valor de la dureza se obtiene dividiendo la fuerza aplicada al penetrador F entre la superficie de la huella que est deja sobre el material, la cual, para una misma fuerza de empuje, ser tanto menor cuando mayor sea la dureza correspondiente.

Los ms empleados para los metales son:El mtodo Brinell (HB) (UNE 7-422-85). El mtodo Vickers (HV) (UNE 7-423-84). El mtodo Rockwell (HRc o HRb) (UNE 7-424-89). En los dos primeros la dureza se determina en funcin de la superficie de la huella, mientras que para determinar la dureza por el mtodo Rockwell lo que nos interesa es la profundidad de la huella.

ENSAYO MECANICO: TRACCION. Estudio del comportamiento de un material sometido a un esfuerzo de traccin

progresivamente creciente, ejercido por una mquina apropiada, hasta conseguirla rotura.

Zonas significativas: Zona elstica (OE): el material presenta un comportamiento elstico, se distinguen dos zonas distintas: Zona elstica proporcional (OP), donde la tensin es proporcional a la deformacin, a esta constante de proporcionalidad se la denomina mdulo de Young, y se representa por la letra E. Se mide en N/m2. Zona elstica no proporcional (PE), en ella las deformaciones no son proporcionales a los esfuerzos. Zona Plstica (EU): el material presenta un comportamiento plstico. En este tramo se producen deformaciones permanentes. Zona de deformacin plstica (ER): la probeta se deforma hasta un mximo que determina la tensin de rotura. Zona de deformacin plstica localizada: el alargamiento aumenta aunque se disminuya el esfuerza, comienza a formarse el cuello de botella, en el punto U se produce la rotura efectiva.

Ensayos de resistencia al impacto: En estos ensayos las cargas aplicadas actan instantneamente para medir la resistencia al choque o la tenacidad de los materiales. Los ensayos de resistencia al impacto pueden ser de dos tipos:Traccin por choque: Consisten en realizar un ensayo de traccin en el que la velocidad de aplicacin de la fuerza sea alta. Este tipo de ensayos es poco frecuente. Flexin por choque: El ms usado es el ensayo de resiliencia ms conocido como Ensayo de Charpy. En este ensayo se usa una probeta de seccin cuadrada provista de una entalladura en forma de U o V que es sometida a una carga de ruptura por el lado opuesto a la entalla, por medio de un martillo que se desplaza en una trayectoria circular. La energa absorbida por la ruptura se llama resiliencia (KCV o KCU), segn sea la forma de la entalla, se calcula dividiendo la energa consumida por el material (Ep) en la rotura entre la seccin de la probeta por su parte entallada (Ao) y se mide en J/m2. A continuacin se representa un esquema grfico del ensayo.

Consiste en dejar caer un pesado pndulo el cual a su paso golpea una probeta ubicada en la base de la mquina. Segn la fractura que presenta la probeta se podr decir que es un material dctil (si solo se dobla), frgil (si se rompe).

Ensayos mecnicos: Compresin.

Estudio del comportamiento de un material sometido a un esfuerzo de compresin progresivamente creciente, ejercido por una mquina apropiada, hasta conseguir la rotura o aplastamiento. Carga

Probeta

Ensayos mecnicos: Cizallamiento. Estudio del comportamiento de un material sometido a un esfuerzo cortante progresivamente creciente, ejercido por una mquina apropiada, hasta conseguir la rotura por deslizamiento a lo largo de la seccin de

cizallamiento.Carga

Probeta

Ensayos mecnicos: Flexin. Estudio del comportamiento de un material, apoyado libremente por sus extremos, sometido a un esfuerzo en su parte central progresivamente

creciente, ejercido por una mquina apropiada, midindose la deformacin Carga producida.Probeta

Ensayos mecnicos: Pandeo.Estudio del comportamiento de un material, cuya longitud es relativamente grande con respecto a la seccin, sometido a un esfuerzo de compresin progresivamente creciente, ejercido por una mquina apropiada, hasta conseguir la flexin lateral o pandeo.

Ensayos mecnicos: Torsin.

Estudio del comportamiento de un material sometido a un esfuerzo detorsin progresivamente creciente, ejercido por una mquina apropiada, hasta conseguir la rotura.

Probeta

Carga Ensayos mecnicos: Tensiones mltiples. Estudio del comportamiento de un material sometido a esfuerzos que actan en varias direcciones (tensiones mltiples).

Metalogrficos: Emplear microscopios para observar la macro y microestructura, es decir, el tratamiento mecnico y trmico que ha sufrido el

material.Macroscpicos: desde simple vista hasta 15 aumentos. Microscpicos: desde 15 aumentos en adelante.

Seleccin y extraccin de la probeta: Depende del fin a investigar (exterior, central, paralela, perpendicular,etc.).Desbaste: Poner al descubierto la superficie metlica libre de impurezas y dar conformacin plana (limas, muelas de esmeril, carborundum, diamante, papel de esmeril). Normalmente lijas #80 hasta 320, desbaste grueso; lijas #400 hasta 1800 desbaste fino. Pulido: Obtencin de una superficie reflectora (con abrasivos o electrolticamente).

Ensayos metalogrficos: Macroscopa. Suministra informacin sobre la macroestructura: Segregaciones. Inclusiones no metlicas. Tratamientos termoqumicos. Defectos de fabricacin. Orientacin de los granos. Penetracin del temple.

Se puede llevar a cabo sobre: Superficies naturales (fracturas). Superficies preparadas sin ataque. Superficies preparadas con ataque.

Ensayos metalogrficos: Microscopa. Suministra informacin sobre la macro y microestructura: Estructuras de las aleaciones (tratamientos trmicos). Tamao y forma de los granos. Naturaleza de las inclusiones no metlicas.

Defectos microscpicos. Corrosiones intergranulares. Capas superficiales.