Los materiales y sus propiedadesMario Villacorta García y David Arévalo González

ÍNDICE DE LA EXPOSICIÓN1-CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES

2-PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

3-ESFUERZOS A LOS QUE SE PUEDEN SOMETER LOS MATERIALES

4-ENSAYOS DE MATERIALES

5-ESTRUCTURA INTERNA DE LOS MATERIALES

6-MODIFICACIÓN DE LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

7-ELECCIÓN ADECUADA Y CORRECTO USO DE LOS MATERIALES

8-RESIDUOS INDUSTRIALES

1-Clasificación de los materialesDesde los albores de la humanidad el hombre ha desarrollado la explotación de los materiales para satisfacer sus necesidades. En la actualidad, la mayor revolución es llevada a cabo por el empleo del silicio.

NATURALES

ARTIFICIALES

SINTÉTICOS

MATERIA PRIMA DE

MATERIA PRIMA DE

2-Propiedades de los materialesCada aplicación necesita un material diferente que se amolde a las características requeridas.

Sensoriales

Según su efecto en nuestros sentidos

Forma, textura, brillo...

Ópticas

Según la incisión de la luz en el material

Opaco, transparente y translúcido

Térmicas

Según su conductividad del calor

Aislantes y conductores.

Magnéticas

Según si es atraído por un imán.

Ferroso...

Químicas

Según su respuesta ante estímulos químicos

Oxidable, corrosivo...

Mecánicas

Según su respuesta ante diferentes estímulos mecánicos

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TIPOS DE PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

2-Propiedades de los materialesCada aplicación necesita un material diferente que se amolde a las características requeridas.

Sensoriales

Según su efecto en nuestros sentidos

Forma, textura, brillo...

Ópticas

Según la incisión de la luz en el material

Opaco, transparente y translúcido

Térmicas

Según su conductividad del calor

Aislantes y conductores.

Magnéticas

Según si es atraído por un imán.

Ferroso...

Químicas

Según su respuesta ante estímulos químicos

Oxidable, corrosivo...

Mecánicas

Según su respuesta ante diferentes estímulos mecánicos

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TIPOS DE PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

2-Propiedades de los materialesCada aplicación necesita un material diferente que se amolde a las características requeridas.

Sensoriales

Según su efecto en nuestros sentidos

Forma, textura, brillo...

Ópticas

Según la incisión de la luz en el material

Opaco, transparente y translúcido

Térmicas

Según su conductividad del calor

Aislantes y conductores.

Magnéticas

Según si es atraído por un imán.

Ferroso...

Químicas

Según su respuesta ante estímulos químicos

Oxidable, corrosivo...

Mecánicas

Según su respuesta ante diferentes estímulos mecánicos

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TIPOS DE PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

2-Propiedades de los materialesCada aplicación necesita un material diferente que se amolde a las características requeridas.

Sensoriales

Según su efecto en nuestros sentidos

Forma, textura, brillo...

Ópticas

Según la incisión de la luz en el material

Opaco, transparente y translúcido

Térmicas

Según su conductividad del calor

Aislantes y conductores.

Magnéticas

Según si es atraído por un imán.

Ferroso...

Químicas

Según su respuesta ante estímulos químicos

Oxidable, corrosivo...

Mecánicas

Según su respuesta ante diferentes estímulos mecánicos

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TIPOS DE PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

2-Propiedades de los materialesCada aplicación necesita un material diferente que se amolde a las características requeridas.

Sensoriales

Según su efecto en nuestros sentidos

Forma, textura, brillo...

Ópticas

Según la incisión de la luz en el material

Opaco, transparente y translúcido

Térmicas

Según su conductividad del calor

Aislantes y conductores.

Magnéticas

Según si es atraído por un imán.

Ferroso...

Químicas

Según su respuesta ante estímulos químicos

Oxidable, corrosivo...

Mecánicas

Según su respuesta ante diferentes estímulos mecánicos

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TIPOS DE PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

2-Propiedades de los materialesCada aplicación necesita un material diferente que se amolde a las características requeridas.

Sensoriales

Según su efecto en nuestros sentidos

Forma, textura, brillo...

Ópticas

Según la incisión de la luz en el material

Opaco, transparente y translúcido

Térmicas

Según su conductividad del calor

Aislantes y conductores.

Magnéticas

Según si es atraído por un imán.

Ferroso...

Químicas

Según su respuesta ante estímulos químicos

Oxidable, corrosivo...

Mecánicas

Según su respuesta ante diferentes estímulos mecánicos

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TIPOS DE PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

2-Propiedades de los materialesElasticidad

Capacidad de recuperación de forma inicial tras estímulo mecánico

Plasticidad

Capacidad de deformación de un material tras estímulo mecánico

Ductilidad

Capacidad de transformación en hilos

Maleabilidad

Capacidad de transformación en láminas

Dureza

Resistencia al desgaste (rayaduras…)

Fragilidad

Propensión a fracturarse

Tenacidad

Resistencia a rotura tras esfuerzos lentos de deformación

Fatiga

Deformación cuando un material se somete a cargas variables. Tiende a rotura

Maquinabilidad

Capacidad de un cuerpo de dejarse cortar por arranque de viruta

Acritud

Aumento de dureza, fragilidad y resistencia por medio de frío

Colabilidad

Capacidad de llenado de un molde de un material fundido

Resiliencia

Resistencia a choques

3-ESFUERZOS A LOS QUE SE PUEDEN SOMETER LOS MATERIALES

Cuando una fuerza actúa sobre un cuerpo tiende a deformarlo. Las deformaciones dependen del módulo, dirección, sentido y punto de aplicación de la fuerza.

CLASIFICACIÓN

4-Ensayos de materialesPara saber si un objeto soporta los esfuerzos físicos se le realizan una serie de pruebas mecánicas llamadas ensayos.

5-Estructura interna de los materiales y características

Los átomos en los metales se encuentran ordenados en una estructura cristalina.

En el proceso de solidificación de un metal líquido, sus átomos se van moviendo y colocando en una estructura correspondiente a una red cristalina. Este empaquetamiento es muy denso. El F.E.A. es el cociente entre el volumen que ocupan los átomos de una red cristalina y el volumen de la celda

BCC (Cúbica centrada en el

cuerpo)

⅛*8 + 1 = 2 Átomos Los átomos están en contacto por la diagonala = 4r/ √3FEA=0.68

FCC(Cúbica centrada en las

caras)

⅛*8 + ½*6 = 4 Átomos

Los átomos están en contacto por la diagonala = 4r/ √2FEA= 0,74

HCP(Hexagonal compacta)

1/6*12 + 3 + ½*2 = 6 Átomos

Los átomos están en contacto por las bases.a = 2rFEA= 0,74

5.1 Solidificación de los metales.Fase 1: Nucleación

Los átomos se unen formando redes cristalinas. El proceso se inicia alrededor de impurezas o de las paredes de un molde. Los átomos se van uniendo a la red cristalina original mientras se pierde calor y se forman los núcleos.

Fase 2: Crecimiento

El crecimiento depende de la velocidad de enfriamiento:

-Velocidad de enfriamiento muy lenta: se forman núcleos de gran tamaño.

-Velocidad de enfriamiento rápida: se forman núcleos de pequeño tamaño que forman granos.

Según la velocidad de enfriamiento el material tendrá unas u otras características.

5.2 Método para disminuir el granoCuando un metal se enfría muy rápido la red formada suele quedar deformada, lo que puede deteriorar la estructura interna del material. Para evitarlo se pueden fragmentar los núcleos ya formados mediante una agitación brusca en el proceso de enfriado lento.

5.3 Transformaciones del hierro puroSi se enfría lentamente desde el estado líquido hasta temperatura ambiente:

a)1538ºC: Se solidifica y adquiere estructura BCC (Hierro Delta)

b)1394ºC: La masa cambia la estructura FCC (Hierro Gamma)

c)910ºC: La masa se transforma en ferrita (Hierro Alfa)

Se debe enfriar muy lentamente para que los átomos pueden adquirir la correcta estructura en la red. Si se enfria rapido, pueden provocar, tensiones internas y roturas.

5.4 Constituyentes de los acerosLos metales puros son caros, difíciles de obtener y con malas propiedades mecánicas. En la industria se emplean aleaciones que mejoran los parámetros anteriores, siendo mezclas de metales.

El acero es una aleación de un 99% de Fe y un 1% de C. (Más C, Más dureza; Diferente proporción de constituyentes, diferentes propiedades)

5.4.1 Lista de constituyentes del aceroConstituyentes estables a temperatura ambiente

Cementita Martensita Bainita Perlita Ferrita

Constituyente más duro y frágil de todo

Depende del carbono

Constituyente más duro después de la cementita.

Aparece en enfriamiento muy brusco

Dureza media.

Aparece en velocidad de enfriamiento media

Granos como perlas. Es el constituyente más blando de todos.

Aparece en velocidad de enfriamiento muy lenta

Constituyente cuya presencia es inversamente proporcional a la cantidad de carbono.

6.Modificación de las PropiedadesPara llevar a cabo estos cambios, se producen tratamientos térmicos, consistentes en calentar la pieza, y más tarde, hacer un enfriamiento más o menos brusco.

Se representan mediante las curvas TTT y los procesos térmicos son: Temple, recocido, revenido y normalizado.

6.1.Modificación de las Propiedades. TempleEs un enfriamiento brusco.

El exterior de la pieza se enfriará más deprisa que el interior.

Se obtiene una pieza muy dura (De austenita a martensita). La externa más dura.

6.2.Modificación de las Propiedades. RevenidoEnfriamiento lento.

Los átomos se colocan correctamente (salvo por impurezas)

Se obtiene perlita y cementita (a más C, más cementita)

Material blando fácil de mecanizar

6.3.Modificación de las Propiedades. RevenidoTratamiento complementario al temple.

Se aumenta la tenacidad y se disminuye la fragilidad y dureza.

Se obtiene martensita de grano grueso

6.4.Modificación de las Propiedades. NormalizadoSe aporta al acero una estructura considerada normal y suele aplicarse a piezas que hayan sido sometidas antes a otros tratamientos. El normalizado sirve como preparación para el Temple.

Se obtiene solo Bainita y una parte proporcional de Cementita.

7.Criterios de elección de materiales y uso racionalPara cada aplicación concreta hay que escoger un material determinado.

Los diseñadores se deben fijar en las propiedades de los materiales y los tipos de esfuerzos que van a someter, así, también el diseño tiene que ser propicio a que aguante mejor esos esfuerzos.

Los materiales pueden ser renovables y no renovables.

Los nuevos diseños ayudan a reducir el gasto de material.

El reciclado y la reutilización evitan el agotamiento prematuro

9. ResiduosTipos: Inertes Tóxicos y Peligrosos

Soluciones:

Reducción en origen.

Tratamientos: Físicos, Químicos y Biológicos.

Incineración.

Vertido controlado.