PROPIEDADES ELECTICAS Y MAGNÉTICAS

7/23/2019 PROPIEDADES ELECTICAS Y MAGNTICAS

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NOMBRE DE LA ASIGNATURA:

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

CARRERA:

INGENIERIA INDUSTRIAL

UNIDAD 3:

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

DOCENTE:

ING. JOSE RAUL RUIZ ZAVALA

HORARIO: 7-8AM.

ALUMNA:

CINTHYA VANESSA BRAJAS SANTILLAN

NUMERO DE CONTROL:

1338183

3DE ABRIL DEL !1"

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3.1 PROPIEDADES ELECTICAS Y MAGN#TICAS

P$%&'()*)(+ (,/$'*+

La conductividad elctrica es una medida de la facilidad con que un material

puede transportar la corriente elctrica. La corriente elctrica est constituida porpartculas cargadas en movimiento. En un material slido, las nicas partculascargadas que pueden moverse son los electrones, que tienen carga negativa. Enalgunos materiales, los electrones estn firmemente enlazados a sus tomos y enotros, pueden viajar lires a travs de todo el material. La e!istencia de electroneslires es un requisito indispensale para que un material slido pueda permitir elpaso de una corriente elctrica. "uando #ay electrones lires presentes se diceque el material es un conductor elctrico o simplemente conductor. $i loselectrones no son lires, ser muy difcil estalecer una corriente elctrica. En estecaso se dice que el material es un aislante elctrico o simplemente aislante.

%a que los electrones son partculas de carga negativa, resulta sorprendenteencontrar algunos materiales en que la corriente parece ser producida por un flujode cargas positivas. $e #a demostrado por medio de los conceptos de la mecnicacuntica, que esto no tiene que ver con la e!istencia de cargas positivas lires,sino con un comportamiento colectivo de los electrones que en ciertos casos,produce este efecto. & estas cargas positivas aparentes se les conoce como#uecos, ya que generalmente se piensa en ellos como en un lugar quenormalmente ocupara un electrn pero que queda vaco.

P$%&'()*)(+ 0*2/'*+El magnetismo es el fenmeno por el cual los materiales muestran una fuerzaatractiva o repulsiva o influyen en otros materiales, #a sido conocido por cientosde a'os. $in emargo, los principios y mecanismos que e!plican el fenmenomagntico son complejos y refinados y su entendimiento fue eludido #asta tiemposrelativamente recientes. (uc#os de nuestros dispositivos modernos cuentan conmateriales imagnticos) estos incluyen generadores elctricos y transformadores,motores elctricos, radio y *+., telfonos, computadores y componentes desistemas de reproduccin de sonido y video.

El #ierro, algunos aceros y la magnetita son ejemplos ien conocidos demateriales que e!#ien propiedades magnticas. o tan familiar sin emargo, esel #ec#o de que todas las sustancias estn influidas de una u otra forma por lapresencia de un campo magntico.

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3.1.1 C%2)/'4')*) (2 ,%+ ($50'%+ 6%2)/%$(++(0'%2)/%$(+ *'+,*2/(+ % )'(,/$'%+

&ntes de poder especificar la conductividad propia de los cermicos es importantepoder especificar la propiedad dielctrica que tienen estos. La mayora de los

materiales cermicos no son conductores de cargas mviles, por lo que no sonconductores de electricidad.

"uando son cominados con fuerza, permite usarlos en la generacin de energay transmisin. -or ejemplo, las lneas de alta tensin son generalmente sostenidaspor torres de transmisin que contienen discos de porcelana, los cuales son losuficientemente aislante como para resistir rayos y tienen la resistencia mecnicaapropiada como para sostener los cales.

o as una sucategora del comportamiento elctrico aislante de los cermicos la

propiedad dielctrica.

n uen material dielctrico es aquel que es capaz de mantener el campomagntico a travs de l y sin inducir prdida de energa. Los materialescermicos son usados para la prdida progresiva de di electricidad de altafrecuencia, usada en aplicaciones como microondas y radio transmisores. & partirde esto, los materiales dielctricos o aislantes se emplean en los condensadorespara separar fsicamente sus placas y para incrementar su capacidad al disminuirel campo elctrico y por tanto, la diferencia de potencial entre las mismas.

"omo informacin adicional, la constante dielctrica es la propiedad que descrieel comportamiento de un dielctrico en un campo elctrico y permite e!plicar, tantoel aumento de la capacidad de un condensador como el ndice de refraccin de unmaterial transparente. En tanto la constante se asa en una relacin con lapermitividad del material y la del vaco, denominndose permitividad relativa.

& pesar de todo esto las cermicas a muy ajas temperaturas se comportan comomateriales superconductores. $u gamma de aplicacin es amplia, desecapacitores, #asta transductores piezoelctricos, y caleado fino /fira ptica0.

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3.1.! T(%$9* )( +&($%2)/'4')*) (2 0*/($'*,(+ 0(/5,'%+ ($50'%+

$e denomina superconductividad a la capacidad intrnseca que poseen ciertosmateriales para conducir corriente elctrica sin resistencia ni prdida

de energa en determinadas condiciones.

&l reducir paulatinamente la temperatura de un material cerca del cero asoluto,las viraciones entre los tomos disminuyen gradualmente #asta ser un valor nulo.

& partir de esta afirmacin, se puede concretar la teora de los materialessuperconductores. Esta estalece que cuando ciertos cristales son llevados atemperaturas que tienden al cero asoluto, la resistividad elctrica de aquelmaterial se vuelve nula, de esta manera la corriente puede fluir liremente por elmaterial /sin colisiones y en zigzag0. &un cuando no es factile reducir latemperatura #asta el cero asoluto, ciertos materiales /por lo general

semiconductores e incluso materiales impuros0 presentan tal comportamiento avalores por encima de dic#o valor.

La resistividad elctrica de un conductor metlico disminuye gradualmente amedida que la temperatura se reduce. $in emargo, en los conductores ordinarios,como el core y la plata, las impurezas y otros defectos producen un valor lmite.1ncluso cerca de cero asoluto una muestra de core muestra una resistencia nonula. La superconductividad ocurre en una gran variedad de materiales,incluyendo elementos simples como el esta'o y el aluminio, diversas aleacionesmetlicas y algunos semiconductores fuertemente dopados. La

superconductividad, normalmente, no ocurre en metales noles como el core yla plata, ni en la mayora de los metales ferromagnticos.

*amin se sae que una familia de materiales cermicos sirve comosuperconductores a temperaturas ms elevadas y son llamados superconductoresde alta temperatura.

C%0&%$/*0'(2/% 0*2/'%

&unque la propiedad ms soresaliente de los superconductores es la ausenciade resistencia, lo cierto es que no podemos decir que se trate de un material deconductividad infinita, ya que este tipo de material por s slo no tiene sentidotermodinmico.

El campo magntico distingue dos tipos de superconductores2

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3Los de tipo 1, que no permiten en asoluto que penetre un campo magnticoe!terno /lo cual conlleva un esfuerzo energtico alto, e implica la ruptura ruscadel estado superconductor si se supera la temperatura crtica0.

3Los de tipo 11, que son superconductores imperfectos, en el sentido en que el

campo realmente penetra a travs de peque'as canalizaciones denominadasvrtices de &ri4sov, o flu!ones.

Estos dos tipos de superconductores son de #ec#o dos fases diferentes quefueron predic#as por Lev 5avidovic# Landau y &le4sey &le4syevic# &ri4sov.

"onductor $uperconductor

En los superconductores del tipo 6 se puede oservar algo llamado el efecto de(eissner, que consiste en la repulsin de un campo magntico /imn0 por larefle!in del campo magntico provocada por el superconductor, #aciendo que

este levite.

&. 1mn /campo magntico primario0 7. $uperconductor ". 1magen magntica /campo reflejado0

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C%0&%$/*0'(2/% (,/$'%

La aparicin del super diamagnetismo es deida a la capacidad del material decrear super corrientes. 8stas son corrientes de electrones que no disipan energa,de manera que se pueden mantener eternamente sin oedecer el Efecto 9oule de

prdida de energa por generacin de calor. Las corrientes crean el intenso campomagntico necesario para sustentar el efecto (eissner. Estas mismas corrientespermiten transmitir energa sin gasto energtico, lo que representa el efecto msespectacular de este tipo de materiales. 5eido a que la cantidad de electronessuperconductores es finita, la cantidad de corriente que puede soportar el materiales limitada. -or tanto, e!iste una corriente crtica a partir de la cual el material dejade ser superconductor y comienza a disipar energa.

En los superconductores de tipo 11, la aparicin de flu!ones provoca que, inclusopara corrientes inferiores a la crtica, se detecte una cierta disipacin de energa

deida al c#oque de los vrtices con los tomos de la red.

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3.1.3 M*/($'*,(+ ($50'%+ +&($%2)/%$(+

7ajo ciertas condiciones, tales como temperaturas e!tremadamente ajas,algunas cermicas muestran superconductividad. La razn e!acta de estefenmeno no es conocida, aunque se diferencian dos conjuntos de cermica

superconductora.

E!isten superconductores cermicos los cuales son materiales comnmentedenominados como perovs4itas. Las perovs4itas son !idos metlicos quee!#ien una razn estequiomtrica de : tomos de o!igeno por cada ; tomos demetal) son tamin tpicamente mezclas de muc#os diferentes metales. Lasperovs4itas comparten muc#as propiedades con otros cermicos.

-or ejemplo, un caso es el superconductor % 67a;"u:? @ /lo que es superior a la temperatura del nitrgeno lquido, ==@0. La xde la frmula se refiere al #ec#o que dee ser ligeramente deficiente eno!geno, con un xpor lo general cercano a ?.:.

El otro conjunto de cermicas superconductoras es el dioruro de magnesio. $uspropiedades no son particularmente destacales, pero son qumicamente muydistintos a cualquier otro superconductor en que no es un complejo de !ido decore ni un metal. 5eido a esta diferencia se espera que el estudio de este

material conduzca a la interiorizacin del fenmeno de la superconductividad.

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3.1." M*/($'*,(+ 0*2/'%+

En algunos materiales, a los que llamaremos materiales magnticos, se oservaque sus tomos o iones se comportan como si fuesen peque'os imanes queinteractan entre s. En estos casos se dice que los tomos tienen un momento

magntico diferente de cero, el cual se caracteriza por su magnitud y la direccinen la que est orientado. En lo sucesivo, a estos peque'os imanes losdenominaremos espines magnticos o simplemente espines.

-ero no todos estos materiales se comportan de la misma manera, deido a quesus propiedades magnticas dependen de dos factores. Estos son2 la magnitud desus espines individuales, y la orientacin relativa de stos.

E!isten diversos tipos de comportamiento de los materiales magnticos, siendolos principales el ferromagnetismo, el diamagnetismo y el paramagnetismo.

Los materiales ferromagnticos son fuertemente atrados por los camposmagnticos son los aceros suaves /ajos en carono0 y aleaciones que contengan#ierro.

En los materiales diamagnticos, la disposicin de los electrones de cada tomoes tal, que se produce una anulacin gloal de los efectos magnticos. $inemargo, si el material se introduce en un campo inducido, la sustancia adquiereuna imantacin dil y en el sentido opuesto al campo inductor.

$i se sita una arra de material diamagntico en el interior de un campo

magntico uniforme e intenso, esta se dispone transversalmente respecto deaquel.

Los materiales paramagnticos no presentan la anulacin gloal de efectosmagnticos, por lo que cada tomo que los constituye acta como un peque'oimn. $in emargo, la orientacin de dic#os imanes es, en general, aritraria, y elefecto gloal se anula.

&simismo, si el material paramagntico se somete a la accin de un campomagntico inductor, el campo magntico inducido en dic#a sustancia se orienta enel sentido del campo magntico inductor.

Esto #ace que una arra de material paramagntico suspendida liremente en elseno de un campo inductor se alinee con este.

El magnetismo inducido, aunque dil, es suficiente intenso como para imponer alefecto magntico. -ara comparar los tres tipos de magnetismo se emplea la raznentre el campo magntico inducido y el inductor.

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Los materiales se pueden clasificar dependiendo de la reaccin que tengan alinteractuar con un campo magntico.

T'&% )(0*/($'*,

C*$*/($9+/'*+

o magnticoo afecta el paso de las lneas de "ampo magntico.Ejemplo2 El vaco.

5iamagntico(aterial dilmente magntico. $i se sita una arra magnticacerca de l, sta lo repele.Ejemplo2 7ismuto /7i0, -lata /&g0, -lomo /-0, &gua /A;


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(ateriales no magnticos2 (adera, -lsticos, (ateriales de algodn, ocas desilicatos, (aderas.

(ateriales diamagnticos2 7ismuto /7i0, -lata /&g0, -lomo /-0, &gua /A;10


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3.1.; P$%&'()*)(+ 0*2/'*+ 0*$%+


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En los tomos donde el nivel de energa de los electrones est completamentellenos, todos los momentos se cancelan. Estos materiales no pueden sermagnetizados permanentemente /Gases inertes y algunos materiales inicos0.

5e acuerdo a sus propiedades magnticas y cuando los materiales se someten a

un campo magntico, estos se pueden clasificar en2

5iamagnticos2 los materiales diamagnticos son Idilmente repelidosJ

por las zonas de campo magntico elevado. "uando se someten a uncampo, los dipolos se orientan produciendo campos magnticos negativos,contrarios al campo aplicado.*amin estos materiales son una forma muydil de magnetismo, la cual es no permanente y persiste no solamentecuando se aplica un campo e!terno.

-aramagnticos2 los materiales paramagnticos son dilmente atrado por

las zonas de campo magntico intenso. $e oserva frecuentemente en

gases. Los momentos dipolares se orientan en direccin al campo, y tienepermeailidades pr!imas a la unidad y su susceptiilidad es peque'a peropositiva. Este efecto desaparece al dejar de aplicar el campo magntico.

Berromagnticos2 se caracterizan por ser siempre metlicos, y su intenso

magnetismo no es deido a los dipolos. Este magnetismo puede serconservado o eliminado segn se desee, los : materiales ferromagnticosson el #ierro, el coalto y el nquel. La causa de este magnetismo son loselectrones desapareados de la capa :d, que presentan estos elementos.

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3.1.= M*/($'*,(+ 0*2/'%+ >,*2)%+

n material magntico lando es aquel que es fcil de imanar y desimanar. Ladureza fsica de un material magntico no necesariamente indica que seamagnticamente lando o duro. $e caracterizan por un ciclo de #istresis

estrec#o, alto y de peque'a rea. $on los usados normalmente en generadores,motores y transformadores.-ara que un material ferromagntico sea lando, suciclo de #istresis deera tener una fuerza coercitiva tan peque'a como seaposile. Esto significa que su ciclo de #istresis deera ser tan delgado comofuera posile para que el material se imane fcilmente y tenga una altapermeailidad magntica. -ara la mayora de las aplicaciones, una induccin desaturacin alta significa adems una importante propiedad de los materialesmagnticos landos.

Los materiales magnticos landos son fcilmente imanales y desimanales

presentando curvas de #istresis de apariencia estrec#a con ajos camposcoercitivos y alta saturacin, figura /a0 y teniendo por tanto altas permeailidadesmagnticas m. Este #ec#o es deido a la presencia de pocas imperfecciones ydefectos que constituyen ostculos al movimiento de paredes de los dominiosmagnticos o al giro de la imanacin dentro de un dominio. 1gualmente, y parafavorecer estos movimientos, se requieren ajas constantes de anisotropa y demagnetostriccin. El uso de estos materiales est centrado en ncleos paratransformadores, motores, generadores, equipos de comunicacin de altasensiilidad, etc. La tala enuncia algunas propiedades de los materialesmagnticos landos #aitualmente utilizados.

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En el proceso de imanacin3desimanacin del material magntico acaecen unas

prdidas energticas sicamente deidas a dos fenmenos.

-rdidas por #istresis2 son deidas a la disipacin de energa requerida paradesplazar las paredes de los dominios magnticos durante la imanacin ydesimanacin del material. Estas prdidas aumentan por la presencia deimpurezas, imperfecciones, precipitados, dislocaciones, etc., que actan comoarreras que impiden el desplazamiento de las paredes de dominios durante elciclo de imanacin, incrementando las prdidas de energa de #istresis. El reaencerrada por la curva de #istresis es una medida de la energa perdida deida ala #istresis magntica.

-erdidas por corrientes parsitas2 son corrientes inducidas por variaciones en elflujo magntico, y se pueden reducir con un aumento de la resistividad delmaterial. Esto se consigue por ejemplo a'adiendo impurezas sustitucionales. ,*2)%+ ++ *&,'*'%2(+

3&leaciones de Be y $i2 Los materiales magnticos landos de ms ampliautilizacin, por ejemplo en motores, transformadores o generadores, son lasaleaciones de Be con :3HK en peso de $i. &l a'adir $i en solucin slida al Be, laaleacin resultante presenta unas prdidas de energa por #istresis menores,volvindose ms lando magnticamente, como consecuencia de variosfenmenos.

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3Los vidrios metlicos2 $on una clase relativamente nueva de materiales metlicoscuya caracterstica dominante es una estructura no cristalina /amorfa0. $e faricanpor un proceso de solidificacin rpida /6?MC"Ns0. Los vidrios metlicos tienenunas propiedades notales2 son muy fuertes, muy duros con alguna fle!iilidad, ymuy resistentes a la corrosin. (agnticamente son materiales muy landos, y

esa es una de las principales razones de su importancia. "onsisten esencialmenteen cominaciones de los metales ferromagnticos Be, "o y i con los metaloides7 y $i. Este tipo de materiales encuentra aplicaciones en transformadores deenerga, sensores magnticos de posicin o deformacin y caezas de graacin.

La tala muestra una recopilacin de los vidrios metlicos ms conocidos y de suspropiedades.

3&leaciones de Be y i2 -oseen energas magnetocristalina y magnetostrictiva muyajas, y por eso tienen mayores permeailidades a campos ajos que lasaleaciones de Be3$i, tala H.6. Los materiales ms conocidos son el -ermalloy /BeO HPKi0 y el $upermalloy /=>K i0. $u aplicacin ms importante es lacomunicacin de alta sensiilidad, en la que el equipo #a de reciir o transmitirpeque'as se'ales.

3Aierro comercial 3$upermalloy3Aierro purificado 3-ermendur3Berro3silicio 3Berrita (n3Qn3-ermalloy 3Berrita i3Qn

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3.1.7 M*/($'*,(+ 0*2/'%+ )$%+

Los materiales magnticos duros se caracterizan por una alta fuerza coercitiva A cy una alta induccin magntica remanente 7r) de este modo, los ciclos de#istresis de estos materiales son anc#os y altos, figura /0.

Estos materiales se imanan en un campo magntico lo suficientemente fuerte

como para orientar sus dominios magnticos en la direccin del campo aplicado.na parte de la energa aplicada del campo se convierte en energa potencial quese almacena en el imn permanente producido. n imn permanente, porconsiguiente, se encuentra en un estado de energa relativamente alto, comparadocon un imn que no est imanado. Los materiales magnticos duros son difcilesde desimanar, una vez imanados deido sicamente a sus altas constantes deanisotropa cristalina y a defectos que imposiilitan el movimiento de las paredesde dominio. -ara comparar las fuerzas de los imanes permanentes se escoge elcuadrante izquierdo superior de la curva de #istresis, y a partir de ella se calcula

el producto energtico m!imo, /7A0 m!., que es el m!imo valor del producto de 7por A. Este producto es una medida de la energa potencial magntica de unmaterial magntico duro por unidad de volumen y tericamente se demuestra queno puede superar el valor m?(;sN;. -or tanto, y con el ojetivo de ma!imizar elproducto energtico m!imo es interesante traajar con materiales de altaimanacin de saturacin.

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La tala resume los materiales magnticos duros comnmente utilizados y suspropiedades ms relevantes.

E?(0&,%+ )( 0*/($'*,(+ 0*2/'%+ )$%+ ++ *&,'*'%2(+3&lnico /aleaciones de &l, i y "o02 Las aleaciones alnico son aleaciones de &l, iy "o ms Be como material ase, y son los ms importantes materialesmagnticos duros que se utilizan #oy en da. En EE cuentan con un :PK delmercado de los materiales magnticos. Estas aleaciones se caracterizan por unproducto /7A0m!.muy alto, una alta imanacin remanente y una fuerza coercitivamoderada.

Las aleaciones de alnico son frgiles y se farican mediante fundicin o procesosde metalurgia de polvos. Los polvos de alnico se usan principalmente para

producir grandes cantidades de peque'os artculos con formas complejas. Encuanto a su estructura, por encima de la temperatura de tratamiento trmico porsolucin /6;P?C"0, las aleaciones alnico son de fase sencilla, con estructuracristalina 7"". 5urante el enfriamiento a =P?3RP?C" se descomponen en otrasdos fases 7"", /a0 y /aS0. La matriz de la fase /a0 es rica en i y &l y pocomagntica, mientras que el precipitado /aS0 es rico en Be y "o y por lo tanto poseeuna imanacin ms alta que la fase /a0. La fase /aS0 se asemeja a una varillaalineada en las direcciones T6??U, y tiene dimensiones apro!imadas de unos6?nm de dimetro y 6??nm de longitud. $i el tratamiento trmico se #ace en

presencia de un campo magntico, el precipitado /aS0 forma minsculas partculasdelgadas y alargadas en la direccin del campo magntico en una matriz de fase/a0. La alta coercitividad de los alnicos se atriuye a la dificultad de rotacin de laspartculas de dominio sencillo de la fase /aS0, deido a su anisotropa geomtrica."uanto mayor sea la relacin de aspecto /longitudNanc#ura0, mayor ser lacoercitividad de la aleacin.

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3&leaciones de las *ierras aras2 Las aleaciones de tierras raras se estnempezando a producir a gran escala y tienen propiedades magnticas superioresa las de cualquier material magntico comercial. -resentan los mayores productosde energa, /7A0m!., y fuerzas coercitivas muy altas. El origen del magnetismo enlos elementos de las tierras raras se dee casi completamente a sus electrones

desapareados Hf. Aay dos grupos principales de materiales magnticos asadosen tierras raras2 unos asados en una fase nica de $m"o P, y otros asados enaleaciones endurecidas por precipitacin, de composicin apro!imada $m/"o,"u0=,P.

Los imanes asados en la fase simple $m"oP son los de uso ms comn. Elmecanismo de coercitividad se asa en la nucleacin y fijacin de las paredes dedominio de las superficies y fronteras de grano. Estos materiales se faricanmediante tcnicas de metalurgia de polvos usando partculas finas /636? mm0. &laplicarles presin durante la compactacin, las partculas son alineadas en un

campo magntico. n posterior tratamiento de sinterizacin previene elcrecimiento de las partculas prensadas.

Los imanes $m3"o son usados en dispositivos mdicos tales como motoresligeros en omas implantales y vlvulas. *amin se utilizan para motores depaso de relojes electrnicos de pulso y tuos electrnicos que crean ondas deradiofrecuencia. "orriente continua, motores sincronizados y generadores sonproducidos a partir de imanes de tierras raras, otenindose una notalereduccin de tama'o.

3&leaciones magnticas de d3Be372 Estas aleaciones fueron descuiertas en6>RH, y tienen los productos /7A0m!. ms altos que se conocen. $e puedenconsiderar como un caso e!tremo de las aleaciones anteriores. $u altacoercitividad y producto /7A0m!.resultan de la dificultad de invertir los dominiosmagnticos, que normalmente nuclean en las juntas de grano con fasesintergranulares ricas en d no ferromagnticas, formados y alineados en losgranos constitutivos de la matriz d ;Be6H. Este proceso ma!imiza tanto Ac como/7A0m!. para el conjunto de agregados del material. Las aplicaciones ms#aituales son todo tipo de motores elctricos, especialmente los de arranque deautomocin, deido a la reduccin en peso y a la posiilidad de faricacin

compacta.

3&cero al carono 3&lnico +1113&cero al cromo 3Berrita 7a /Berro!dure03&lnico + 3"oalto3$amario

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3.! PROPIEDADES T#RMICAS DE LOS MATERIALES

Las -ropiedades trmicas de los materiales son las que determinan elcomportamiento de los materiales frente al aumento de temperatura, es decir, elcomportamiento de stos frente al calor.

La temperatura es un factor e!terno de enorme importancia, ya que afectaprcticamente a todas las caractersticas de los materiales.

Las propiedades mecnicas, elctricas o magnticas sufren importantes camioscuando la temperatura vara. La energa puede transportarse de las regionescalientes a las regiones ms fras.

5een tenerse en cuenta los efectos trmicos a la #ora de dimensionar oseleccionar el material idneo ya que algunas aplicaciones industriales requierenla utilizacin de materiales con propiedades trmicas especficas.

"uando un slido recie energa en forma de calor, el material asore calor, lotransmite y se e!pande.

Estos tres fenmenos dependen respectivamente de tres propiedadescaractersticas del material2

D',*/*'',')*)2 "apacidad de un material para soldarse, consigo mismo o

con otro material. Los materiales que tienen uena fusiilidad suelen tener,como es lgico, uena soldailidad.

3.!.1 D',*/*'


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La dilatacin trmica es el camio de dimensin /dL0 de un slido, por unidad delongitud y por grado centgrado /o asoluto0 de temperatura est dado por lae!presin2

V WXXdLXX YC"36

Z "oeficiente de e!pansin trmica o de dilatacin unidimensional Ld*

n aumento de la temperatura origina una mayor viracin trmica de los tomosdel material y un aumento de la distancia media de separacin entre tomosadyacentes. La dimensin gloal del material en dic#a direccin aumentar al#acerlo la temperatura.

Aay una correlacin entre la temperatura de fusin y el coeficiente de dilatacin.&l aumentar las fuerzas de enlace la temperatura de fusin aumenta y el

coeficiente de dilatacin disminuye.

Los coeficientes de dilatacin de los materiales cermicos y vidrios songeneralmente inferiores a los de los metales, que son a su vez menores que los delos polmeros.

En algunas cermicas V es anisotrpico, incluso algunas cermicas puedencontraerse en una determinada direccin al ser calentadas mientras ocurre locontrario en otras direcciones.

5esde el punto de vista atmico, la dilatacin trmica se refleja en un aumento enla distancia interatmica.

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a0 &l calentar, la distancia interatmica aumenta desde !6 a !P y la energaviracional desde &6 a &P sucesivamente.

0 -ara una curva simtrica, no #ay aumento en la distancia interatmica alaumentar la temperatura /!6 W !; W !:0.

V*,%$(+ )(, %(@''(2/( )( )',*/*'M;


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&cero 6.6 ! 6?3P

Aierro 6.; ! 6?3P

-lata ;.? ! 6?3P

! 6?3P

-ara cada clase de materiales /metales, cermicos y polmeros0, cuanto mayor es

la energa del enlace interatmico, ms profundo y estrec#o es el pozo de energapotencial, -or consiguiente, el aumento en la separacin interatmica deido a undeterminado aumento de temperatura ser menor y tendr un valor al menor.

(etales

Los metales tienen un coeficiente de dilatacin entre P!6?3My ;P!6?3M /C"360. Enalgunas aplicaciones es necesario un alto grado de estailidad dimensional conrespecto a las fluctuaciones de temperatura.

"ermicos

En muc#os cermicos los enlaces son relativamente fuertes, como se refleja enlos coeficientes de dilatacin relativamente ajos, los valores se encuentrantpicamente en los intervalos entre ?.P!6?3M y 6P!6?3M /C"360. Los materialescermicos sometidos a camios de temperatura deen tener coeficientes dedilatacin trmica relativamente ajos y, adems, deen ser isotrpicos. En casocontrario, estos materiales frgiles pueden e!perimentar fractura comoconsecuencia de los camios dimensionales no uniformes, lo cual se denominac#oque trmico.

-olmeros E!perimentan dilataciones muy elevadas tal como se espera de sus coeficientesentre P?!6?3My :??!6?3M /C"360. Los ms altos Vlse encuentran en los polmeroslineales y ramificados y los menores en los termoestales.

3.!.! C*,%$ (+&('@'%

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"uando se calienta un material slido, este e!perimenta un aumento detemperatura, indicando con ello que asore energa. La capacidad calorfica/calor especfico0 es una propiedad que indica la capacidad de un material deasorer calor de su entorno) representa la cantidad de energa necesaria paraaumentar la temperatura en una unidad /6C"0. En trminos matemticos, la

capacidad calorfica /calor especfico0 " puede e!presarse2

&l multiplicar por la masa molecular de la sustancia se otendra la capacidadcalorfica molar, menos usada en ingeniera. El calor no es una funcin de estadodel sistema, sino que depende del camino, por tanto #ay dos modos de medir el

calor especfico. no manteniendo el volumen constante, "v, y el otro,manteniendo la presin constante, "p. El valor de "pes siempre mayor que el de"v, pero su diferencia es peque'a para la mayora de los slidos a temperaturaamiente o inferiores. En ingeniera se traaja a presin constante. Bormalmentese definen en funcin de la energa interna y la entalpa, que son funciones deestado, como2

&dems son asolutamente necesarios para otener la ecuacin energtica deestado del sistema termodinmico.

M*/($'*,(+ M(/5,'%+ C&6J-1-1 C&6J0%,-1-1

&luminio >?? ;H.;?"ore :RP ;H.H= ;P.H;Aierro HHH ;P.6?

-lomo 6P> 3quel HHH 3-lata ;:= 3*itanio P;: 3[olframio 6:: 3M*/($'*,(+ C($50'%+ C&6J-1-1 C&6J0%,-1-1

&l;


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$i" :HH 35iamante /"0 P6> 3Grafito /"0 =66 3M*/($'*,(+ P%,90($%+ C&6J-1-1 C&6J0%,-1-1ylon MM 6;M?3;?>? 3

Benlicos 6HM?36M=? 3-olietileno 6>;?3;:?? 3-olipropileno 6RR? 3-olitetrafluoretileno 6?P? 3A* C&6J-1-1 C&6J0%,-1-1Gas a 6??C" ;?R? :=.H=Lquido a ;PC" H6R6 =P.:;=$olido a ?C" ;66H :R.?>

C*&*')*) *,%$9@'* 4'>$*'%2*,

En la mayora de los slidos el modo principal con que se asore la energatrmica es mediante el aumento de la energa viracional de los tomos. Lostomos en los slidos estn virando constantemente a frecuencias muy altas ycon amplitudes relativamente peque'as. Las viraciones no son independientesunas de otras, sino que las viraciones de tomos adyacentes estn acopladas envirtud del enlace qumico. Estas viraciones estn coordinadas de tal manera quese producen ondas viajeras. $e puede imaginar que estas ondas son como ondaselsticas o simplemente como ondas de sonido que se propagan a travs delcristal a la velocidad del sonido. La energa trmica viracional de un material

consiste en una seria de estas ondas elsticas, que tienen un intervalo dedistriuciones y frecuencias. $olamente ciertos valores de frecuencias estnpermitidos /se dice que la energa esta cuantizada0 y un cuanto de energaviracional se denomina fonn. /n fonn es anlogo al cuanto de radiacinelectromagntica, el fotn0.


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La dispersin trmica de electrones lires durante la conduccin electrnica sedee a estas ondas viracionales, y estas ondas elsticas tamin participan en eltransporte de energa durante la conduccin trmica.

D(&(2)(2'* )( ,* *&*')*) *,%$'@'* $(+&(/% )( ,* /(0&($*/$*

25


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C%2)/'4')*) /$0'*

Es el coeficiente que controla la velocidad de transferencia de calor porconduccin /d\Ndt0 a travs de un rea &, deido a un gradiente de temperatura/d*Nd!0. $e define mediante la ley de Bourier2

El signo menos en la e!presin indica que el flujo de calor va en sentido contrarioal gradiente de temperatura. -or lo que 4 se define positiva.

& partir de la ley de Bourier y de la ecuacin de alance para la energa se otienepara un slido incompresile y sin disipacin en el slido, la ecuacin general deconduccin del calor2

3.!.3 T(0&($*/$* )( @+'


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"uando un slido cristalino se calienta, sus tomos viran con ms energa. Encierto momento se alcanza una temperatura a la que estas viraciones alteran elorden de la estructura cristalina, los tomos pueden deslizarse unos sore otros, elslido pierde su forma definida y se convierte en un lquido. Este proceso sellama fusin y la temperatura a la que sucede es la temperatura de fusin. El

proceso inverso, la conversin de un lquido en slido, se llama solidificacin ocongelacin y la temperatura a la que sucede temperatura de congelacin. Elpunto de fusin de un slido y el punto de solidificacin de un lquido sonidnticos. "omo ya se indic anteriormente, a la temperatura de fusin el slido yel lquido coe!isten en equilirio.

El punto de fusin es la temperatura a la cual la materia pasa de estado slido aestado lquido, es decir, se funde.

La *emperatura de fusin se define como la temperatura a la que se produce la

transicin de fase del estado slido al lquido a presin atmosfrica normal) estatemperatura corresponde idealmente a la temperatura de congelacin. 5ado quela transicin de fase de numerosas sustancias se e!tiende en una amplia gama detemperaturas, sta se designa muc#as veces con el nomre de intervalo de fusin.

-or lo tanto la temperatura de fusin y el punto de fusin tienen en comn quedependen de la temperatura y de la presin.

Los materiales tienen una temperatura y punto de fusin definida o siempre es lamisma a condiciones normales de presin y temperatura /"-*0 que es a ;PC" auna presin de 6atm /atmosfera0.

& que se dee que dependen de estas condiciones, pues ien se sae que elcalor #ace que las molculas se e!citen, es decir, se agitan o se mueven. &lelevarse la temperatura las molculas se empiezan a separar deido a que latemperatura al elevarse va deilitando el enlace que las une.

*amin se sae que cuando se eleva la presin las molculas de los materialesse juntan ms deido a que la presin las aplasta unas contra otras. ora si yaque saemos esto se determina que al incrementar la presin ser mayor laenerga calorfica o temperatura necesaria para poder separar las molculas del

material y poder fundirlo. -ero es mnimo el camio ya que no se ve muy afectadocomo el punto de eullicin donde la presin afecta muc#o.

5eido a esto los materiales a diferentes presiones tienen diferentestemperaturas de fusin y puntos de fusin.

T(0&($*/$*+ )( @+'


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M(/*,FA,(*'%,% 90'% C(2/9$*)%+

&cero 3 6:=PC 3 6MP?C&leaciones de &l 3 PMM 3 MP?C&luminio &l MM?C&ntimonio $ M:?C7erilio 7e 6;RPC7ismuto 7i ;=6C7oro 7 ;:HRC7ronce 3 >R;C"admio "d :;6C"irconio Qr 6RPPC"oalto "o 6H>PC"ore "u 6?R:C"romo "r 6RPMC 3 6>??CEsta'o $n ;;PC 3 ;H?C

Germanio Ge >:HC 3 >RPCAierro colado 3 6;??CAierro puro Be 6P:PC1no!idale 6RNR 3 6H;?C1ridio 1r ;HPHCLatn 3 >??C 3 >:?CLatn rojo 3 >>MC 3 66P?C(agnesio (g MP?C(anganeso (n 6P6RC(olideno (o ;M;:Cquel i 6HPPC

M;C-latino -t 6=MRC-lomo - :;RCodio 3 6>M?C$elenio $e ;;6C$ilicio $i 6H66C*antalio *a :?6MC*itanio *i 6MMRC*ungsteno /[olframio0 [ :H;;C+anadio + 6>?;CQinc Qn H;?C

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Materiales Centgrados

ABS 88 - 125

Acrlicos 90 - 105

Cloruro de polivinilo 75 - 105

Cuaro !Si"2# 1$682 - 1$700

%adrillo re&rac'ario 1$638 - 1$650

()lon 176 - 265

*olies'ireno 120 - 160

*olie'ileno 122 - 135

*orcelana 1$550

+idrio 593 - 1$427


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3.!." M()')*+ )( )',*/*'


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$i la longitud de esta dimensin lineal es L o, a la temperatura toy se aumenta latemperatura a t, como consecuencia de este camio de temperatura, quellamaremos ]t se aumenta la longitud de la arra o del alamre produciendo unincremento de longitud que simolizaremos como ]LE!perimentalmente se encuentra que el camio de longitud es proporcional al

camio de temperatura y la longitud inicial /Lo0.

-odemos entonces escriir2]L ,Lo. ]t o ien que ]L WVot. Lo. ]t

3.3 PROPIEDADES UMICASna propiedad qumica es cualquier propiedad evidente durante una reaccinqumica) es decir, cualquier cualidad que puede ser estalecida solamente alcamiar la identidad o estructura qumica de una sustancia.

En otras palaras, las propiedades qumicas no se determinan simplemente porver o tocar la sustancia, la estructura interna dee ser afectada para que suspropiedades #ayan sido modificadas.Las propiedades qumicas pueden ser contrarrestadas con las propiedades fsicas,

las cuales pueden discernirse sin camiar la estructura de la sustancia.Las -ropiedades qumicas pueden ser usadas para crear clasificaciones de loselementos qumicos. Las propiedades qumicas se determinan por ensayosqumicos y estn relacionadas con la reactividad de las sustancias qumicas.

Las propiedades qumicas pueden ser usadas para crear clasificaciones y laidentificacin de los elementos qumicos. -or ejemplo los metales

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alcalinos reaccionan con el agua para formar #idr!idos) la plata no reacciona conel cido clor#drico pero s con el cido ntrico) los gases noles presentan comopropiedad la inercia qumica.


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slidos son calificados como duros y resistentes, y en ellos las fuerzas deatraccin son mayores que las de repulsin.

Las sustancias en estado slido tienen las siguientes caractersticas2

Borma definida. 1ncompresiilidad /no pueden comprimirse0

esistencia a la fragmentacin.

+olumen tenso.

Estado Lquido

$e produce cuando dic#o material adquiere el punto de fusin y su principal

caracterstica es la capacidad de fluir y adaptarse a la forma del recipiente que locontiene.

El estado lquido presenta las siguientes caractersticas2

Buerza de co#esin menor.

*oma la forma del envase que lo contiene.

En fro se comprime.

-osee fluidez.

Estado Gaseoso

$e alcanza esto punto aumentando la temperatura de dic#o material para llegar#asta su eullicin. Los tomos o molculas del gas se encuentran lires de modoque son capaces de ocupar todo el espacio del recipiente que lo contiene, aunquecon mayor propiedad deera decirse que se distriuye o reparte por todo elespacio disponile.

El estado gaseoso presenta las siguientes caractersticas2

Buerza de co#esin casi nula.

$in forma definida.

*oma el volumen del envase que lo contiene.

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$e puede comprimir fcilmente.

Ejerce presin sore las paredes del recipiente que los contienen.

Los gases se mueven con liertad.

5entro de las propiedades fsicas e!isten otros tipos de propiedades2

6. -ropiedades (ecnicas

;. -ropiedades Dpticas

:. -ropiedades &csticas

H. -ropiedades Elctricas

P. -ropiedades *rmicas

M. -ropiedades (agnticas

3.3.1 P2/% )( @+'


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& diferencia del punto de eullicin, el punto de fusin de una sustancia es pocoafectado por la presin y, por lo tanto, pueden ser utilizados para caracterizarcompuestos orgnicos y para comproar su pureza.

El punto de fusin de una sustancia pura es siempre ms alto y tiene una gama

ms peque'a de variacin que el punto de fusin de una sustancia impura. "uantoms impura sea, ms ajo es el punto de fusin y ms amplia es la gama devariacin. Eventualmente, se alcanza un punto de fusin mnimo. El cociente de lamezcla que da lugar al punto de fusin posile ms ajo se conoce como el puntoeutctico, perteneciente a cada tomo de temperatura de la sustancia a la cual sesometa a fusin.

El punto de fusin de un compuesto puro, en muc#os casos se da con una solatemperatura, ya que el intervalo de fusin puede ser muy peque'o /menor a 6^0.En camio, si #ay impurezas, stas provocan que el punto de fusin disminuya y

el intervalo de fusin se ample. -or ejemplo, el punto de fusin del cido enzoicoimpuro podra ser2

pf W 66=C _ 6;?^

Los puntos de fusin se #an medido a una presin de 6? Ppascales /6 atm0, por logeneral 6 atm de aire. /La soluilidad del aire en el lquido es un factor que

complica las mediciones de precisin.0 &l fundirse, todas las sustancias asorencalor y la mayor parte de dilatan) en consecuencia, un aumento en la presinnormalmente eleva el punto de fusin. &lgunas sustancias, de las cuales el aguaes el ejemplo ms notale, se contraen al fundirse) as, al aplicar presin al #ielo a?^" /:;^B0, se provoca su fusin. -ara producir camios significativos en el puntode fusin se requieren grandes camios en la presin.

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En soluciones de dos o ms componentes el proceso de fusin ocurrenormalmente dentro de un intervalo de temperaturas y se #ace una distincinentre el punto de fusin, la temperatura a la que aparece la primera traza delquido y el punto de congelamiento, es decir, la temperatura ms alta a la quedesaparece la ltima traza de slido, o, en forma equivalente, si se est enfriando

en vez de calentar, la temperatura a la que aparece la primera traza de slido.

P2/% )( @+'


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-or eso, para estos cuerpos amorfos, se #ala generalmente de punto defusin IpastosaJ, que es, de #ec#o, el punto ms ajo en el cual estos cuerpospasan por un estado parecido al estado propiamente lquido.

&dems, se pueden indicar dos temperaturas entre las cuales se produce la

fusin en condiciones normales, es lo que se llama intervalo de fusin.

&nlogamente, si se #ace descender la temperatura de un lquido, se otienesu cristalizacin, se dice entonces que el lquido se solidifica.

& continuacin puntos de fusin de algunos elementos2

E,(0(2/% P2/% )( @+'Ritrgeno 36>P.MH

&luminio MM?.;"romo 6RP=Aierro 6P:P"ore 6?R:.M7romo 3=.6(olideno ;M6=-lata >M?Esta'o ;:;.;%odo 66:.=

-latino 6==;


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"onformacin de materiales en estado liquido "onformacin de materiales en estado solido "onformacin de materiales en estado granular

C%2@%$0*'


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Busin de un metal Busin del vidrio

La conformacin consiste en darle la forma a l lquido fundido para ello se colocaen un molde que soporte la temperatura y tome su forma. En el caso del vidrio sesopla para enfriarlo y se moldea.

La solidificacin consta de dejar enfriar el material para que pase al estado slidoy tome la forma del molde.

5espus de la solidificacin el componente se enfra a temperatura amiental,producindose una contraccin uniforme determinada por la diferencia entre latemperatura de fusin y la amiental, multiplicada por la dilatacin trmica media.Esta contraccin #acia el estado slido se dee compensar utilizando un moldeligeramente mayor para que el componente enfriado tenga las dimensionescorrectas.

"omo se mencion, la magnitud del intervalo de temperaturas de fusindesempe'a un papel importante en la solidificacin del material. El incremento enel intervalo de temperaturas de solidificacin aumenta los riesgos de porosidadinterna, desgarramiento por calor y segregaciones. La porosidad interna se creacuando una porcin del material semisolidificado interrumpe el adecuado vaciadode material fundido por el eedero. Los desgarres por calor se deen a las altastemperaturas del molde, lo que impide fsicamente la contraccin y da porresultado grandes deformaciones por tensin. La segregacin, distriucinirregular de los constituyentes del material, generalmente es producida por unintervalo grande de temperaturas de solidificacin y en ella la composicin delmaterial fundido restante camia gradualmente conforme se reduce latemperatura.


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En la conformacin de metales, el proceso sico primario es la deformacinplstica de tipo mecnico. La capacidad de un material para e!perimentardeformacin plstica est determinada primordialmente por su ductilidad /medidapor la reduccin de rea en la pruea de tensin0. La cantidad de deformacinplstica necesaria para producir el componente deseado depende del principio

que se elija para la creacin de superficie y del incremento esperado en lainformacin de forma. En otras palaras, la ductilidad de un material determina elprincipio do creacin de superficie y el incremento de informacin otenile sinfractura.

5eformacin plstica de un metal

Las curvas de esfuerzo3deformacin son la fuente de informacin ms importanteal evaluar la idoneidad de un material para ser sometido a deformacin plstica.La deformacin por inestailidad, la elongacin porcentual y la reduccin de reason las caractersticas soresalientes. En casi todos los procesos de conformacin#ay una uena correlacin entre la reduccin de rea y la `conformailidad` delmaterial. Las curvas de esfuerzo3deformacin tamin revelan los esfuerzosnecesarios para producir la deformacin deseada. Los esfuerzos y deformaciones,as como las fuerzas, el traajo y la energa resultantes tienen importancia en eldise'o de #erramientas o moldes y en la eleccin de maquinaria para el proceso.

"omo se mencion antes, las condiciones en que se realiza un proceso puedeninfluir en gran medida sore, la `conformailidad`. Los parmetros importantes sonel estado de tensin, la viscosidad de deformacin y la temperatura. En cuanto alestado de tensin se puede afirmar que la conformacin ajo esfuerzos decompresin generalmente es ms fcil que ajo esfuerzos de tensin ya que sesuprimen las tendencias #acia la inestailidad y la fractura por tensin. (s an

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una presin #idrosttica como carga adicional incrementa la conformailidad/ductilidad0, por lo cual se utiliza en ciertos casos.

En la mayora de procesos, el estado de tensin vara a lo largo de la zona dedeformacin) por tanto, a veces puede ser difcil identificar el estado m!imo de

tensin.

La velocidad de deformacin tamin influye en la ductilidad de un metal. namayor velocidad de deformacin provoca una menor ductilidad y un incremento enlos esfuerzos necesarios para producir cierta deformacin.

Los procesos industriales ms utilizados tienen lugar a temperatura amiental) enconsecuencia, la velocidad de deformacin no ocasiona prolemas. $in emragoen aquellos procesos que se efectan a temperaturas elevadas se deen tomar encuenta los efectos de la viscosidad de deformacin.

Las altas temperaturas pueden dar por resultado un material con un esfuerzoconstante de cedencia, el cual es independiente de la deformacin. En este estadoel material puede soportar deformaciones muy grandes, ya que la temperatura essuperior a la de cristalizacin, donde se producen continua y casiinstantneamente nuevos granos lires de deformacin. Estos Iprocesos detraajo en calienteJ no causan prolemas graves en la fase de deformacin,cuando la velocidad de dic#a deformacin est controlada.

-rocesos de reduccin de masa.

Los procesos sicos del tipo de reduccin de masa son mecnicos /fracturadctil o frgil0, qumicos /disolucin y comustin0 o trmicos /fusin0.

Los procesos de reduccin de masa asados en la fractura son los msimportantes industrialmente, ya que incluyen todos los procesos de corte. Laadaptailidad de un material a los procesos de corte se conoce frecuentementecomo maquinailidad. La maquinailidad, la cual depende de muc#as propiedadesdiferentes del material, es una medida de qu tan uena es la interaccin entre la#erramienta de corte y el material. Los parmetros que cure un ndice demaquinailidad pueden ser desgaste de la #erramienta, calidad de la superficie,

fuerzas de corte o forma de la viruta. $e suele considerar que el desgaste de la#erramienta es el criterio principal y se #an desarrollado procedimientosestandarizados de pruea.

La maquinailidad depende primordialmente de2

-ropiedades mecnicas de un material /ductiilidad y dureza0

$u composicin qumica

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$u tratamiento *rmico /estructura0.

En cuanto a las propiedades mecnicas se puede afirmar que una aja ductilidad,un ajo endurecimiento por deformacin y una aja dureza equivalen a una uenamaquinailidad. &nlogamente, esto significa que los materiales de alta ductilidad

y alto endurecimiento por deformacin son difciles de maquinar. En muc#osmateriales /p.e., el #ierro gris0 la dureza es una indicacin razonalemente uenade la facilidad con que se pueden maquinar.

La composicin de un material tiene una gran influencia en su maquinailidad.&'adiendo peque'as cantidades de plomo, manganeso, azufre, selenio o telurio,se puede incrementar consideralemente la maquinailidad sin alterar laspropiedades mecnicas.

especto a la estructura de un material dee ser lo ms #omognea posile sin

partculas arasivas ni inclusiones duras, ya que stas aumentan el desgaste delas #erramientas y dan por resultado superficies defectuosas. En aquellosprocesos de conservacin de masa que son sicos y de tipo qumico, laspropiedades mecnicas desempe'an un papel mnimo o nulo, siendo laspropiedades qumicas y electroqumicas las que tienen una funcin primordial.Esto significa que un material templado es tan fcil de procesar como otro sintemple.

La comustin, que se utiliza en el corte con soplete, por ejemplo, requiere que seuse un suministro de o!geno para que sea posile quemar el material. Es posile

cortar acero y #ierro gris /T ;.PK "0) sin emargo, el acero ino!idale no se puedecortar con este proceso.

Los procesos sicos trmicos de fusin /corte y maquinado por electroerosin,por ejemplo0 requieren que el material pueda fundirse usando una fuente deenerga apropiada. 5espus de la fusin, el material dee ser retirado de la zonade maquinado. Estos procesos estn muy influidos por las propiedades trmicasdel material /p.e.2 conductividad trmica, capacidad calorfica y calor especfico0.La aja conductividad trmica, as como la aja capacidad calorfica, disminuye losrequerimientos de energa y minimiza la zona afectada por el calor.

-rocesos de unin.

$lo so considera aqu el tipo principal de proceso de unin, que es la soldadurapor fusin. La soldailidad de un material es difcil de definir, al igual que las otraspropiedades tecnolgicas.

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(uc#os factores como los mencionados ajo conformacin de materiales enestado lquido, influyen en las propiedades de soldadura de un material. Lacomposicin qumica y la afinidad de los constituyentes por su entorno tienen unagran influencia, ya que las contaminaciones, asorciones de gas, estructura yotros aspectos dependen de estos factores.

&dems, las condiciones de enfriamiento influyen en los esfuerzos internosresultantes y en la dureza final del material.

$oldadura por fusin

C%2@%$0*'


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Los materiales se usan principalmente en la conformacin de asa y su3ase deestructuras de pavimentacin fle!iles.

3.3.3 S%,')'@'*'


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Ejemplo de esto es cuando colocamos en el congelador agua, como latemperatura es muy aja esto #ace que se #aga #ielo, o en pocas palaras,aumenta el volumen al solidificarse, aunque no sucede en todos los casos.

La solidificacin es el proceso desde el estado fundido /lquido0 a un estado

slido. Es un importante proceso industrial, ya que muc#os metales se fundenpara moldearlos #asta darles una forma acaada o semi3acaada.

En general, los productos metlicos se originan en una primera etapa en estadolquido, luego del cual se pasa al estado slido mediante moldes o por coladacontinua.

El proceso de solidificacin es determinante para la calidad del producto final,porque si un material queda defectuoso en esta etapa, ser muy difcil efectuar lascorrecciones en el procesamiento posterior.

$i el metal no se encuentra ien lquido, ser difcil solidificarlo, a#ora, si el metalest ien `licuado` transformarlo en el metal que nosotros conocemos /slido0, vaa ser muc#o ms fcil.

5efectos de solidificacin

&unque son muc#os los defectos que potencialmente se pueden generar durantela solidificacin, la contraccin y la porosidad merecen mencin especial.

-orosidad2 $i una pieza vaciada contiene poros /agujeros peque'os0, esa piezapuede fallar catastrficamente si se usa en aplicaciones de carga.

-orosidad gaseosa2 (uc#os metales disuelven una gran cantidad de gas cuandose funden. -or ejemplo, el aluminio disuelve #idrogeno. $in emargo, cuando elaluminio se solidifica el metal solido solo retiene en su estructura cristalina unafraccin del #idrogeno dado que la soluilidad es notalemente menor que la dellquido. El e!ceso de #idrogeno que no puede incorporarse en la estructuracristalina del metal o aleacin slida forma urujas que pueden quedarseatrapadas en el metal slido, produciendo porosidad gaseosa.

"ontraccin2 "asi todos los materiales son ms densos en su estado slido queen el lquido. 5urante la solidificacin, el material se contrae, o encoge, #asta un=K. La mayor parte de las contracciones ocurren como cavidades) si lasolidificacin comienza en las caras de la pieza, o con los rec#upes) si lasolidificacin ocurre de manera ms lenta.

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"ontraccin interdendrtica2 "onsiste en poros por contraccin peque'os entre lasdendritas. Este defecto, tamin llamado micro contraccin, es difcil de prevenirpor medio de uso de mazarotas. Las rapideces de enfriamiento rpidas puedenreducir los prolemas con la contraccin.

3.3." C%2+($4*'


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deformacin plstica est determinada primordialmente por su ductilidad /medidapor la reduccin de rea en la pruea de tensin0.

La cantidad de deformacin plstica necesaria para producir el componentedeseado depende del principio que se elija para la creacin de superficie y del

incremento esperado en la informacin de forma. En otras palaras, la ductilidadde un material determina el principio de creacin de superficie y el incremento deinformacin otenile sin fractura.

Las curvas de esfuerzo3deformacin son la fuente de informacin ms importanteal evaluar la idoneidad de un material para ser sometido a deformacin plstica.La deformacin por inestailidad, la elongacin porcentual y la reduccin de reason las caractersticas soresalientes. En casi todos los procesos de conformacin#ay una uena correlacin entre la reduccin de rea y la `conformailidad` delmaterial.

Las curvas de esfuerzo3deformacin tamin revelan los esfuerzos necesariospara producir la deformacin deseada. Los esfuerzos y deformaciones, as comolas fuerzas, el traajo y la energa resultantes tienen importancia en el dise'o de#erramientas o moldes y en la eleccin de maquinaria para el proceso.

"omo se mencion antes, las condiciones en que se realiza un proceso puedeninfluir en gran medida sore, la `conformailidad`. Los parmetros importantes sonel estado de tensin, la viscosidad de deformacin y la temperatura.

En cuanto al estado de tensin se puede afirmar que la conformacin ajoesfuerzos de compresin generalmente es ms fcil que ajo esfuerzos de tensinya que se suprimen las tendencias #acia la inestailidad y la fractura por tensin.(s an una presin #idrosttica como carga adicional incrementa laconformailidad /ductilidad0, por lo cual se utiliza en ciertos casos. En la mayorade procesos, el estado de tensin vara a lo largo de la zona de deformacin) portanto, a veces puede ser difcil identificar el estado m!imo de tensin.

La velocidad de deformacin tamin influye en la ductilidad de un metal. na

mayor velocidad de deformacin provoca una menor ductilidad y un incremento enlos esfuerzos necesarios para producir cierta deformacin.

Los procesos industriales ms utilizados tienen lugar a temperatura amiental) enconsecuencia, la velocidad de deformacin no ocasiona prolemas. $in emragoen aquellos procesos que se efectan a temperaturas elevadas se deen tomar encuenta los efectos de la viscosidad de deformacin /vase la figura P del apunteI-ropiedades de los metales de 1ngenieraJ0.

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Las altas temperaturas pueden dar por resultado un material con un esfuerzoconstante de cedencia, el cual es independiente de la deformacin.

En este estado el material puede soportar deformaciones muy grandes, ya que latemperatura es superior a la de cristalizacin, donde se producen continua y casi

instantneamente nuevos granos lires de deformacin. Estos Iprocesos detraajo en calienteJ no causan prolemas graves en la fase de deformacin,cuando la velocidad de dic#a deformacin est controlada. Lo anterior es vlido,para todos los metales, con algunas e!cepciones2 por ejemplo el latn paracartuc#os, que presenta tendencia a la fragilidad a temperaturas por arria de latemperatura de recristalizacin.

Ejemplos tpicos de procesos de conservacin de masa2

Laminacin E!trusin Estirado en caliente Borja, E!traccin Emutido "onformacin con #ule &ocardado epujado -legado "onformacin por estirado

5olado con rodillos "lculo de esfuerzos y energas Laminacin determinacin de las

fuerzas de laminacin momento ypotencia

E!trusin determinacin de la

presin *refilado determinacin de la fuerza

de estiramiento y reduccin m!imade rea en una pasada.

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U2')*) 3:-ropiedades de Los (ateriales.

L*0'2*'?C sore su costado para conservar la seccin uniforme y

refinar el metal completamente. $e requieren alrededor de :? pasadas parareducir un lingote grande a una lupia. Los rodillos superior e inferior estnprovistos de ranuras para alojar las diferentes reducciones de la seccintransversal de la superficie. El laminador de dos rodillos es astanteverstil, dado que posee un amplio rango de ajustes segn el tama'o depiezas y relacin de reduccin. Est limitado por la longitud que puede

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laminarse y por las fuerzas de inercia, las cuales deen ser superadas cadavez que se #ace una inversin.

E/$+'


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T$(@',*)%

La trefilacin consiste en camiar yNo reducir la seccin de una arra

#acindola pasar por traccin a travs de un dado cnico. Este proceso serealiza en fro. En general este proceso es econmico para arras demenos de 6?mm de dimetro.

*refilacin de una arra circular

Este mtodo se asa en plantear el equilirio de macro elementos del

material, suponiendo una distriucin de tensiones uniformes, ms laaplicacin posterior de la condicin de fluencia.

Los materiales ms empleados para su conformacin mediante trefilado

son el acero, el core, el aluminio y los latones, aunque puede aplicarse acualquier metal o aleacin dctil.

El trefilado propiamente dic#o consiste en el estirado del alamre en fro,

por pasos sucesivos a travs de #ileras, dados o trefilas de caruro detungsteno cuyo dimetro es paulatinamente menor. Esta disminucin deseccin da al material una cierta acritud en eneficio de sus caractersticasmecnicas.

La disminucin de seccin en cada paso es del orden de un ;?K a un ;PK

lo que da un aumento de resistencia entre 6? y 6P 4gNmm;. &lcanzadocierto lmite, variale en funcin del tipo de acero, no es aconsejale

continuar con el proceso de trefilado pues, a pesar que la resistencia atraccin sigue aumentando, se pierden otras caractersticas como la fle!in.

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E+/'$*)%

El estirado y el trefilado son dos procedimientos de conformacin demateriales dctiles que se realizan estirndolos a travs de orificioscalirados, denominados #ileras.

La operacin consiste en deformar el metal mediante la aplicacin de una

fuerza delantera que oliga al metal a pasar por la aertura de la matriz,que controla la geometra, y el tama'o de la seccin de salida.

El estirado incluye operaciones en las que se estira el metal, en

#erramientas contenedoras adecuadas, a partir de lminas o lancos

planos, para formar tazas cilndricas o formas rectangulares o formasirregulares, de muc#a o poca profundidad. En este proceso grandescantidades de arras, tuos, alamres y secciones especiales sonterminadas mediante estirado en fro.

La relacin entre la forma o dimetro antes de estirar y la forma o dimetro

despus de estirar, determina la magnitud de los esfuerzos.

Las operaciones intensas de estirado en fro requieren material muy dctil

y, como consecuencia de la cantidad de deformacin plstica, endurecen elmetal con rapidez y se necesita recocido para restaurar la ductilidad paratraajo adicional.

El traajo de estirado es, ms o menos, el producto de la longitud del

estiramiento y la presin m!ima del punzn, porque la carga se eleva conrapidez #asta su m!imo, permanece constante y tiene un rusco descensoal final del estiramiento, salvo que #aya friccin contra la pared.

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E0>/''


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En el caso ms simple, el metal es comprimido entre martillo y un yunque y

la forma final se otiene girando y moviendo la pieza de traajo entre golpey golpe. -ara produccin en masa y el formado de secciones grandes, elmartillo es sustituido por un martinete o dado deslizante en un astidor eimpulsado por una potencia mecnica, #idrulica o vapor.

n dispositivo utiliza directamente el empuje #acia aajo que resulta de la

e!plosin en la caeza de un cilindro sore un pistn mvil. Los dados que#an sustituido al martillo y al yunque pueden variar desde un par de#erramientas de cara plana, #asta ejemplares que tiene cavidadesapareadas capaces de ser usadas para producir las formas ms complejas.

$i ien, el forjado puede realizarse ya sea con el metal caliente o fro, el

elevado gasto de potencia y desgaste en los dados, as como larelativamente peque'a amplitud de deformacin posile, limita las

aplicaciones del forjado en fro. n ejemplo es el acu'ado, donde losmetales superficiales son impartidos a una pieza de metal por forjado enfro. El forjado en caliente se est utilizando cada vez ms como un mediopara eliminar uniones y por las estructuras particularmente apropiadas upropiedades que puede ser conferida al producto final.

Es el mtodo de formado de metal ms antiguo y #ay muc#os ejemplos

que se remontan #asta 6??? a'os &. ".

Borjado.

-roceso de modelado del #ierro y otros materiales maleales golpendolos

o troquelndolos despus de #acerlos dctiles mediante aplicacin de calor.

Las tcnicas de forjado son tiles para traajar el metal porque permiten

darle la forma deseada y adems mejoran la estructura del mismo, soretodo porque refinan su tama'o de grano. El metal forjado es ms fuerte ydctil que el metal fundido y muestra una mayor resistencia a la fatiga y elimpacto.

Borja manual La forja manual es la forma ms sencilla de forjado y es uno de los

primeros mtodos con que se traaj el metal. -rimero, el metal se calientaal rojo vivo en el fuego de una fragua, y despus se golpea sore unyunque para darle forma con grandes martillos denominados mac#os defragua. 8sta es un #ogar aierto construido con una sustancia refractaria yduradera, como ladrillo refractario, y dotado de una serie de aerturas por

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las que se fuerza el aire mediante un fuelle o un ventilador. En la fragua seemplean como comustile diversos tipos de carn, entre ellos coque ocarn vegetal. El #errero adems de martillos, emplea otras #erramientasen las diferentes operaciones de forja.

Borja con martinete.


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-ropiedades mecnicas

Estn relacionadas con la forma en que reaccionan los materiales al actuar

fuerzas sore ellos.

Ejemplos de propiedades mecnicas son2

3 Elasticidad "apacidad que tienen algunos materiales para recuperar su forma, una vez

que #a desaparecido la fuerza que los deformaa. 3 -lasticidad. Aailidad de un material para conservar su nueva forma una vez deforma3

do. Es opuesto a la elasticidad. 3 5uctilidad Es la capacidad que tiene un material para estirarse en #ilos /por ejemplo,

core, oro, aluminio, etctera0. 3 (aleailidad &ptitud de un material para e!tenderse en lminas sin romperse /por

ejemplo, aluminio, oro, etc.0. 3 5ureza


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"apacidad de los materiales landos de deformarse mediante

descompresin sin romperse.

3.".1 D$(* $(+'+/(2'* /(2*')*) @$*',')*) (,*+/'')*)

&,*+/'')*) 0*,(*>',')*) )/'>',')*).

D$(*

La dureza es la oposicin que ofrecen los materiales a alteraciones como la

penetracin, la arasin, el rayado, la cortadura, las deformacionespermanentes) entre otras. *amin puede definirse como la cantidad de

energa que asore un material ante un esfuerzo antes de romperse odeformarse. -or ejemplo2 la madera puede rayarse con facilidad, estosignifica que no tiene muc#a dureza, mientras que el vidrio es muc#o msdifcil de rayar.

Escalas de uso industrial

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En metalurgia la dureza se mide utilizando un durmetro para el ensayo de

penetracin. 5ependiendo del tipo de punta empleada y del rango decargas aplicadas, e!isten diferentes escalas, adecuadas para distintosrangos de dureza.

El inters de la determinacin de la dureza en los aceros estria en lacorrelacin e!istente entre la dureza y la resistencia mecnica, siendo unmtodo de ensayo ms econmico y rpido que el ensayo de traccin, porlo que su uso est muy e!tendido.

Aasta la aparicin de la primera mquina 7rinell para la determinacin de

la dureza, sta se meda de forma cualitativa empleando una lima de acerotemplado que era el material ms duro que se empleaa en los talleres.

Las escalas de uso industrial actuales son las siguientes2

5ureza 7rinell2 Emplea como punta una ola de acero templado o caruro

de [. -ara materiales duros, es poco e!acta pero fcil de aplicar. -ocoprecisa con c#apas de menos de Mmm de espesor. Estima resistencia atraccin.

5ureza @noop2 (ide la dureza en valores de escala asolutas, y se valoran

con la profundidad de se'ales graadas sore un mineral mediante unutensilio con una punta de diamante al que se le ejerce una fuerzaestndar.

5ureza oc4ell2 $e utiliza como punta un cono de diamante /en algunos

casos ola de acero0. Es la ms e!tendida, ya que la dureza se otiene pormedicin directa y es apto para todo tipo de materiales. $e suele considerarun ensayo no destructivo por el peque'o tama'o de la #uella.

oc4ell superficial2 E!iste una variante del ensayo, llamada oc4ell

superficial, para la caracterizacin de piezas muy delgadas, como cuc#illasde afeitar o capas de materiales que #an reciido algn tratamiento deendurecimiento superficial.

5ureza osial2 (ide en escalas asoluta de durezas, se e!presa como la

resistencia a la arasin medias en prueas de laoratorio y tomando comoase el corindn con un valor de 6???.

5ureza $#ore2 Emplea un escleroscopio. $e deja caer un indentador en la

superficie del material y se ve el reote. Es adimensional, pero consta devarias escalas. & mayor reote 3U mayor dureza. &plicale para control de

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calidad superficial. Es un mtodo elstico, no de penetracin como losotros.

5ureza +ic4ers2 Emplea como penetrador un diamante con forma de

pirmide cuadrangular. -ara materiales landos, los valores +ic4ers

coinciden con los de la escala 7rinell. (ejora del ensayo 7rinell paraefectuar ensayos de dureza con c#apas de #asta ;mm de espesor.

5ureza [ester2 Emplea mquinas manuales en la medicin, siendo apto

para piezas de difcil manejo como perfiles largos e!truidos. El valorotenido se suele convertir a valores oc4ell.

Escala usadas en mineraloga

En mineraloga se utiliza la escala de (o#s, creada por el &lemn Briedric#

(o#s en 6R;?, que mide la resistencia al rayado de los materiales.

D

$(*

M'2($*,

C%0&%+''


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8 *opacio &l;$i


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La tenacidad es la energa total que asore un material antes de alcanzar

la rotura, por acumulacin de dislocaciones. En mineraloga la tenacidad esla resistencia que opone un mineral u otro material a ser roto, molido,dolado, desgarrado o suprimido.

(edida de la tenacidad

$i se somete una proeta de seccin constante a un ensayo de traccin

cuasiesttico la tenacidad puede medirse como2

5nde2 W Es la tensin m!ima del material W Es la deformacin m!ima del material W Es la deformacin de rotura del material

K$*',')*)

La fragilidad se relaciona con la cualidad de los ojetos y materiales de

romperse con facilidad. &unque tcnicamente la fragilidad se define mspropiamente como la capacidad de un material de fracturarse con escasadeformacin. -or el contrario, los materiales dctiles o tenaces se rompentras sufrir acusadas deformaciones, generalmente de tipo deformacionesplsticas, tras superar el lmite elstico. Los materiales frgiles que no sedeforman plsticamente antes de la fractura suelen dan lugar a `superficiescomplementarias` que normalmente encajan perfectamente.

Ejemplos tpicos de materiales frgiles son los vidrios comunes /como los

de las ventanas, por ejemplo0, algunos minerales cristalinos, los materialescermicos y algunos polmeros como el polimetilmetacrilato /-((&0,el poliestireno /-$0, o el policidolactico /-L&0, entre otros. Es importantemencionar que el tipo de rotura que ofrece un material /frgil o dctil0depende de la temperatura. &s mientras algunos materiales como los

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plsticos /polietileno, polipropileno u otros termoplsticos0 que suelen darlugar a roturas dctiles a temperatura amiente, por deajo de sutemperatura de transicin vtrea dan lugar a roturas frgiles.

E,*+/'')*)

En fsica el trmino elasticidad designa la propiedad mecnica de ciertos

materiales de sufrir deformaciones reversiles cuando se encuentransujetos a la accin de fuerzas e!teriores y de recuperar la forma original siestas fuerzas e!teriores se eliminan.

P,*+/'')*)

La plasticidad es la propiedad mecnica de un material anelstico, natural,

artificial, iolgico o de otro tipo, de deformarse permanente eirreversilemente cuando se encuentra sometido a tensiones por encima desu rango elstico, es decir, por encima de su lmite elstico. En los metales,

la plasticidad se e!plica en trminos de desplazamientos irreversilesde dislocaciones.

En los materiales elsticos, en particular en muc#os metales dctiles,

un esfuerzo unia!ial de traccin peque'o lleva aparejado uncomportamiento elstico. Eso significa que peque'os incrementos en latensin de traccin comporta peque'os incrementos en la deformacin, si la

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carga se vuelve cero de nuevo el cuerpo recupera e!actamente su formaoriginal, es decir, se tiene una deformacin completamente reversile. $inemargo, se #a comproado e!perimentalmente que e!iste un lmite,llamado lmite elstico, tal que si cierta funcin #omognea de las tensionessupera dic#o lmite entonces al desaparecer la carga quedan

deformaciones permanentes y el cuerpo no vuelve e!actamente a su forma.Es decir, aparecen deformaciones no3reversiles.

Este tipo de comportamiento elasto3plstico descrito ms arria es el que

se encuentra en la mayora de metales conocidos, y tamin en muc#osotros materiales. El comportamiento perfectamente plstico es algo menosfrecuente, e implica la aparicin de deformaciones irreversiles porpeque'a que sea la tensin, la arcilla de modelar y la plastilina seapro!iman muc#o a un comportamiento perfectamente plstico.


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La maleailidad es la propiedad de un material lando de adquirir

una deformacin acuosa mediante una descompresin sin romperse. &diferencia de la ductilidad, que permite la otencin de #ilos, la maleailidadfavorece la otencin de delgadas lminas de material.6

El elemento conocido ms maleale es el oro, que se puede malear #astalminas de una diezmilsima de milmetro de espesor. *amin presentanesta caracterstica otros metales como el platino, la plata, el core,el #ierro y el aluminio.

D/'>',')*)

La ductilidad es una propiedad que presentan algunos materiales, como

las aleaciones metlicas o materiales asflticos, los cuales ajo la accin deuna fuerza, pueden deformarse sostenilemente sin romperse, permitiendo

otener alamres o #ilos de dic#o material. & los materiales que presentanesta propiedad se les denomina dctiles. Los materiales no dctiles seclasifican de frgiles. &unque los materiales dctiles tamin pueden llegara romperse ajo el esfuerzo adecuado, esta rotura slo se produce trasproducirse grandes deformaciones.

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http://es.wikipedia.org/wiki/Maleabilidad#cite_note-Anusavice-1http://es.wikipedia.org/wiki/Maleabilidad#cite_note-Anusavice-1


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En otros trminos, un material es dctil cuando la relacin entre el

alargamiento longitudinal producido por una traccin y la disminucin dela seccin transversal es muy elevada.

En el mito de la metalurgia se entiende por metal dctil aquel que sufre

grandes deformaciones antes de romperse, siendo el opuesto almetal frgil, que se rompe sin apenas deformacin.

o dee confundirse dctil con lando, ya que la ductilidad es una

propiedad que como tal se manifiesta una vez que el material estsoportando una fuerza considerale) esto es, mientras la carga seapeque'a, la deformacin tamin lo ser, pero alcanzado cierto punto elmaterial cede, deformndose en muc#a mayor medida de lo que lo #aa#ec#o #asta entonces pero sin llegar a romperse.

En un ensayo de traccin, los materiales dctiles presentan una fase de

fluencia caracterizada por una gran deformacin sin apenas incremento dela carga.

5esde un punto de vista tecnolgico, al margen de consideraciones

econmicas, el empleo de materiales dctiles presenta ventajas2

En la faricacin2 ya que son aptos para los mtodos de faricacin por

deformacin plstica.

En el uso2 presentan deformaciones notorias antes de romperse. -or el

contrario, el mayor prolema que presentan los materiales frgiles es quese rompen sin previo aviso, mientras que los materiales dctiles sufrenprimero una acusada deformacin, conservando an una cierta reserva de

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resistencia, por lo que despus ser necesario que la fuerza aplicada sigaaumentando para que se provoque la rotura.

La ductilidad de un metal se valora de forma indirecta a travs de

la resiliencia.

La ductiilidad es la propiedad de los metales para formar alamres o #ilos

de diferentes grosores. Los metales se caracterizan por su elevadaductiilidad, la que se e!plica porque los tomos de los metales sedisponen de manera tal que es posile que se deslicen unos sore otros ypor eso se pueden estirar sin romperse.

3.".! P$%&'()*)(+ 0(52'*+ )( ,%+ &%,90($%+

$on una consecuencia directa de su composicin as como de la estructura

molecular tanto a nivel molecular como super molecular. &ctualmente laspropiedades mecnicas de inters son las de los materiales polmeros ystas #an de ser mejoradas mediante la modificacin de la composicin omorfologa por ejemplo, camiar la temperatura a la que los polmeros sealandan y recuperan el estado de slido elstico o tamin el grado gloaldel orden tridimensional. ormalmente el incentivo de estudios sore las

propiedades mecnicas es generalmente deido a la necesidad decorrelacionar la respuesta de diferentes materiales ajo un rango decondiciones con ojeto de predecir el desempe'o de estos polmeros enaplicaciones prcticas.

5urante muc#o tiempo los ensayos #an sido realizados para comprender el

comportamiento mecnico de los materiales plsticos a travs de ladeformacin de la red de polmeros reticulados y cadenas molecularesenredadas, pero los esfuerzos para descriir la deformacin de otrospolmeros slidos en trminos de procesos operando a escala molecular

son ms recientes. -or lo tanto se considerarn los diferentes tipos derespuesta mostrados por los polmeros slidos a diferentes niveles detensin aplicados) elasticidad, visco elasticidad, flujo plstico y fractura.

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$e #ala muc#o de polmeros `resistentes` /o `fuertes`0, `duros`, y #asta

`dctiles`. La resistencia, la dureza y la ductilidad son propiedadesmecnicas. -ero qu significan en realidad estas palaras "mo

podemos determinar lo `resistente` que es un polmero \u diferenciae!iste entre un polmero `resistente` y un polmero `duro`.

R(+'+/(2'*

La resistencia es una propiedad mecnica que usted podra relacionar

acertadamente, pero no sara con e!actitud qu es lo que queremossignificar con la palara `resistencia` cuando #alamos de polmeros. Enprimer lugar, e!isten varios tipos de resistencia.

3Est la resistencia tensil2 n polmero tiene resistencia tensil si soporta unestiramiento similar a ste2

La resistencia tensil es importante para un material que va a ser e!tendido

o va a estar ajo tensin. Las firas necesitan tener uena resistenciatensil.

Los polmeros suelen ser estirados con una mquina llamada 1nstron, esta

mquina sujeta cada e!tremo del polmero y la estira. (ientras se estira lamuestra se va midiendo la fuerza que est ejerciendo. "uando saemos la

fuerza la dividimos por el rea de la muestra y as otenemos la tensin quee!perimenta la muestra.

3esistencia a la compresin2 n polmero tiene este tipo de resistencia si

es capaz de soportar ser comprimido, es decir, de soportar un peso encimade s mismo.

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3esistencia a la fle!in2 n polmero tiene este tipo de resistencia si es

capaz de soportar una fle!in.

3esistencia a la torsin2 n polmero tiene este tipo de resistencia si es

capaz de soportar una torsin.

3esistencia al impacto2 n polmero tiene este tipo de resistencia si esfuerte cuando se le golpea de repente.

E,%2*'


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-ero las propiedades mecnicas de un polmero no se remiten

e!clusivamente a conocer cun resistente es. La resistencia nos indicacunta tensin se necesita para romper algo. -ero no nos dice nada de loque ocurre con la muestra mientras estamos tratando de romperla. esdonde corresponde estudiar el comportamiento de elongacin de la muestrapolimrica. La elongacin es un tipo de deformacin. La deformacin essimplemente el camio en la forma que e!perimenta cualquier cosa ajotensin. "uando #alamos de tensin, la muestra se deforma porestiramiento, volvindose ms larga.


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resistencia tensil. 1ncrementamos lentamente la tensin y medimos laelongacin que e!perimenta la muestra en cada nivel de tensin, #asta quefinalmente se rompe.

Luego graficamos la tensin versus elongacin, de este modo2

Este grfico se denomina curva de tensin3estiramiento. /Estiramiento es

todo tipo de deformacin, incluyendo la elongacin. Elongacin es eltrmino que usamos cuando #alamos especficamente de estiramientotensil0. La altura de la curva cuando la muestra se rompe, representaoviamente la resistencia tensil, y la pendiente representa el mdulo tensil.$i la pendiente es pronunciada, la muestra tiene un alto mdulo tensil, lo

cual significa que es resistente a la deformacin. $i es suave, la muestraposee ajo mdulo tensil y por lo tanto puede ser deformada con facilidad.

Aay ocasiones en que la curva tensin3estiramiento no es una recta, como

vimos arria. -ara algunos polmeros, especialmente plsticos fle!iles,otenemos curvas e!tra'as, como sta2

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& medida que la tensin se incrementa, la pendiente, es decir el mdulo, no

es constante, sino que va e!perimentando camios con la tensin. Encasos como ste, generalmente tomamos como mdulo la pendiente inicial,

como puede verse en la curva de arria.

En general, las firas poseen los mdulos tensiles ms altos, y los

elastmeros los ms ajos, mientras que los plsticos e!#ien mdulostensiles intermedios.

El mdulo se mide calculando la tensin y dividindola por la elongacin.

-ero dado que la elongacin es adimensional, no tiene unidades por cualdividirlas. -or lo tanto el mdulo es e!presado en las mismas unidades quela resistencia, es decir, en Ncm;.

D$(*

El grfico de tensin versus estiramiento puede darnos otra valiosa

informacin. $i se mide el rea ajo la curva tensin3estiramiento,coloreada de rojo en la figura de aajo, el nmero que se otiene es algollamado dureza.

La dureza es en realidad, una medida de la energa que una muestra

puede asorer antes de que se rompa. -inselo, si la altura del tringulodel grfico es la resistencia y la ase de ese tringulo es el estiramiento,entonces el rea es proporcional a resistencia por estiramiento. 5ado que laresistencia es proporcional a la fuerza necesaria para romper la muestra yel estiramiento es medido en unidades de distancia /la distancia que lamuestra es estirada0, entonces resistencia por estiramiento es proporcionala fuerza por distancia, y segn recordamos de la fsica, fuerza por distanciaes energa. $e entiende

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En qu se diferencia la dureza de la resistencia 5esde el punto de vista

fsico, la respuesta es que la resistencia nos dice cunta fuerza esnecesaria para romper una muestra, y la dureza nos dice cunta energa#ace falta para romper una muestra. -ero en realidad no nos dice culesson las diferencias desde el punto de vista prctico.

Lo importante es saer que justamente, dado que un material es resistente,

no necesariamente dee ser duro. +eamos algunos otros grficos paracomprender mejor esto.


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deformacin permite que la muestra pueda disipar energa. $i una muestrano puede deformarse, la energa no ser disipada y por lo tanto se romper.

En la vida real, generalmente deseamos materiales que sean duros y

resistentes. 1dealmente sera genial tener un material que no se dolara ni

rompiera, pero este es el mundo real. 5een #acerse trueques.


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enfrentados provocando la rotura del enlace0, este #ec#o supone una granlimitacin en su nmero de aplicaciones. Esta fragilidad se intensifica por lapresencia de imperfecciones.

$on deformales a elevadas temperaturas ya que a esas temperaturas se

permite el deslizamiento de ordes de grano.

Los materiales cermicos son generalmente inicos o vidriosos. "asi

siempre se fracturan ante esfuerzos de tensin y presentan pocaelasticidad, dado que tienden a ser materiales porosos. Los poros y otrasimperfecciones microscpicas actan como entallas o concentradores deesfuerzo, reduciendo la resistencia a los esfuerzos mencionados.

El mdulo de elasticidad alcanza valores astante altos del orden de :66

G-a en el caso del "aruro de *itanio /*i"0. El valor del mdulo de

elasticidad depende de la temperatura, disminuyendo de forma no lineal alaumentar sta.

Estos materiales muestran deformaciones plsticas. $in emargo, deido a

la rigidez de la estructura de los componentes cristalinos #ay pocossistemas de deslizamientos para dislocaciones de movimiento y ladeformacin ocurre de forma muy lenta. "on los materiales no cristalinos/vidriosos0, la fluidez viscosa es la principal causa de la deformacinplstica, y tamin es muy lenta. &un as, es omitido en muc#asaplicaciones de materiales cermicos.

*ienen elevada resistencia a la compresin y son capaces de operar en

temperaturas altas.

7ajo cargas de compresin las grietas incipientes tienden a cerrarse,

mientras que ajo cargas de traccin o cizalladura las grietas tienden asepararse, dando lugar a la fractura.

Los valores de tenacidad de fractura en

PROPIEDADES ELECTICAS Y MAGNÉTICAS

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