RECOPILACIÓN DE APUNTES DE MATERIALES

ÍNDICE

Estructura interna y propiedades de los materiales:o Tipos de enlaceso 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 traccióno 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 carga5. 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 charpy8. 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 superficialesEstas 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 volumétricasEstas 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 hermeticidadEstas 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