1. Unidad 5. Los materiales y sus propiedades

2. 1 Clasificacin de los materiales Edad de Piedra. Esta poca comenz hace un milln de aos, aproximadamente, y de ella se han encontrado herramientas de piedra y huesos de distintas formas y tamaos (hachas, flechas, hoces, etc.).Edad de Bronce. La etapa comienza en el 3000 a.C. El bronce se fabricaba mediante la unin de cobre y estao fundidos. Las herramientas de bronce eran ms duras y sencillas de fabricar.Edad de Hierro. En los aos 1200 a 500 a.C., el hierro se calentaba para separar las impurezas mediante un agujero en el suelo, que se calentaba por la parte inferior. Ms tarde se emple una bomba de pieles y madera para insuflar aire. As se comenzaron a fabricar nuevas herramientas. poca actual. Nuestra poca podra llamarse Edad del Silicio, ya que es un material que se emplea en multitud de componentes electrnicos que estn provocando un cambio en nuestra sociedad. 2Evolucin en el uso de los materiales. 3. 1 Clasificacin de los materialesClasificacin de los materiales.3 4. 2 Propiedades de los materiales SensorialesTrmicasLos materiales pueden elegirse segn el efecto que produzcan en alguno de nuestros sentidos. El tacto, el olor, la forma, el brillo, la textura y el color pueden influir en la eleccin.4pticas El material reacciona cuando sobre l incide la luz. Hay materiales opacos (que no permiten que la luz les atraviese), transparentes (que dejan pasar la luz) y translcidos (que permiten que penetre la luz pero no dejan ver ntidamente a travs de ellos).Los metales son buenos conductores de calor, aunque algunos son aislantes y evitan que el calor los atraviese con facilidad.Magnticas La propiedad magntica es la capacidad que tiene un material ferroso para ser atrado por un imn.Propiedades de los materiales.Qumicas La oxidacin y corrosin son las propiedades qumicas. 5. 2 Propiedades de los materiales MecnicasElasticidad. Capacidad de algunos materiales para recuperar su forma, una vez que ha desaparecido la fuerza que los deformaba.Dureza. Oposicin que ofrece un cuerpo a dejarse rayar o penetrar por otro, es decir, resistencia al desgaste.Maquinabilidad. Facilidad que tiene un cuerpo para dejarse cortar por arranque de viruta.Plasticidad. Capacidad de un material para conservar su nueva forma una vez deformado. Es opuesto a la elasticidad.Fragilidad. Es opuesta a la resiliencia. El material se rompe en aicos cuando una fuerza impacta sobre l.Ductilidad. Es la capacidad que tiene un material para estirarse en hilos.Tenacidad. Resistencia que opone un cuerpo a su rotura cuando est sometido a esfuerzos lentos de deformacin.Acritud. Aumento de la dureza, fragilidad y resistencia en ciertos metales como consecuencia de la deformacin en fro.Maleabilidad. Capacidad de un material para extenderse en lminas sin romperse.Fatiga. Deformacin (que puede llegar a la rotura) de un material sometido a cargas variables, inferiores a la rotura, cuando actan un cierto tiempo o un cierto nmero de veces.Colabilidad. Capacidad que tiene un material fundido para llenar un molde.5Propiedades de los materiales (continuacin).Resiliencia. Resistencia que opone un cuerpo a los choques o esfuerzos bruscos. 6. 3 Esfuerzos fsicos a los que pueden someterse los materialesTraccin. La fuerza tienda a alargar el objeto y acta de manera perpendicular a la superficie que lo sujeta.Compresin. La fuerza tienda a acortar el objeto. Acta perpendicularmente a la superficie que lo sujeta.Torsin. La fuerza tienda a retorcer el objeto. Las fuerzas (que forman un par o momento) son paralelas a la superficie de fijacin.Cortadura. La fuerza es paralela a la superficie que se rompe y pasa por ella.6Tipos de esfuerzos fsicos.Flexin. La fuerza es paralela a la superficie de fijacin. Tiende a curvar el objeto.Pandeo. Es similar a la compresin, pero se da en objetos con poca seccin y gran longitud. La pieza se pandea. 7. 4 Introduccin a los ensayos de materiales 1. Ensayo de traccin. Consiste en estirar lentamente una probeta (pieza del material a utilizar, con una longitud y seccin normalizadas) hasta que se rompe. A continuacin se analizan los alargamientos producidos a medida que aumenta la fuerza. Tensin de rotura: R = FR/S. FR = Fuerza de rotura; S = Seccin de la probeta en cm2. 2. Ensayo de fatiga. Consiste en hacer girar rpidamente una probeta normalizada del material a analizar, al mismo tiempo que se deforma (flexin) debido a la fuerza F. Al nmero de revoluciones que ha girado antes de romperse se le denomina lmite de fatiga. 3. Ensayo de dureza. Consiste en ejercer una determinada fuerza con un diamante o bola de acero sobre la pieza a analizar y ver las medidas de la huella dejada. Luego se aplica una frmula y se calcula el grado de dureza. Las escalas ms importantes son la de Brinell y la de Rockwell.74. Ensayo de resiliencia. Consiste en determinar la energa necesaria para romper una probeta normalizada del material a analizar, mediante un impacto. Se usa un pndulo (pndulo de Charpy) que lleva una velocidad de entre 5 y 7 m/s. Para calcular esta energa se anota la altura a la que se suelta. Esta ser una energa potencial. Despus de haber roto la probeta, la energa sobrante har ascender el pndulo un ngulo . Ensayos de materiales. 8. 5 Estructura interna de los materialesTipos de redes cristalinas.8 9. 5 Estructura interna de los materiales5.1 Caractersticas de las redes cristalinas metlicasCaractersticas de las redes cristalinas metlicas (R = radio del tomo y a = longitud de la red cristalina).9 10. 5 Estructura interna de los materiales5.2 Solidificacin de los metales Fase 1: nucleacin10Proceso de nucleacin. 11. 5 Estructura interna de los materiales Fase 2: crecimiento a)Velocidad de enfriamiento muy lenta.Crecimiento a velocidad de enfriamiento lenta.b)Velocidad de enfriamiento rpida.Crecimiento a velocidad de enfriamiento rpida. 11 12. 5 Estructura interna de los materiales5.3 Propiedades de los metales segn la velocidad de solidificacin 5.4. Mtodo para disminuir el tamao del grano 5.5. Transformaciones al enfriar o calentar hierro puroTransformaciones en la estructura cristalina al enfriar una masa de hierro. 12 13. 5 Estructura interna de los materiales5.6 Algunos constituyentes de los aceros Cementita Martensita Bainita Perlita Ferrita Diagrama hierro-carbono con sus constituyentes.13 14. 6 Modificacin de las propiedades de los metales Temple Consiste en un enfriamiento brusco, siguiendo la curva 1, que corresponder al exterior de la pieza. El interior de la pieza se enfriar un poco ms lentamente (curva 2). El resultado es una pieza muy dura, ya que toda la austenita se ha transformado en martensita. En la parte externa de la pieza se ha obtenido martensita ms dura que en el interior. Cuanto ms a la izquierda se desplacen los puntos a-b y a - b , ms dureza tendr. Se obtendr martensita mientras se cruce la curva por la zona azulada de la figura.Tratamientos trmicos ms importantes. 14 15. 6 Modificacin de las propiedades de los metales Recocido En este caso el enfriamiento se hace muy lentamente. Con ello se liberan tensiones internas y se permite a los tomos ocupar la posicin que les correspondera en la red cristalina. Evidentemente, no todos los tomos van a poder colocarse hacia donde tienden, ya que los tomos de carbono y de otras impurezas se lo van a impedir. El constituyente final obtenido ser mucha perlita y un poco de cementita (que depender de la proporcin que tenga de carbono). Si el acero tiene ms carbono, tendr ms cementita. El resultado es un material blando que se puede mecanizar sin dificultad. Tratamientos trmicos ms importantes. 15 16. 6 Modificacin de las propiedades de los metales Revenido Es un tratamiento trmico complementario al temple. Su objetivo es aumentar la tenacidad, disminuyendo la fragilidad y dureza del metal templado. El constituyente obtenido es martensita de grano grueso (la martensita ms blanda de todas).Tratamientos trmicos ms importantes.16 17. 6 Modificacin de las propiedades de los metales Normalizado Consiste en aportar al acero una estructura que correspondera a lo que se considera normal, segn su composicin. Con ello se eliminan tensiones internas y se uniformiza el tamao del grano. La velocidad de enfriamiento se sita entre el recocido y el normalizado. En el punto aa comienza la austenita a convertirse en bainita. Al sobrepasar los puntos b-b solamente existir bainita, ms la parte proporcional de cementita.Tratamientos trmicos ms importantes.17 18. 7 Criterios para la eleccin adecuada de los materiales7.1 Propiedades que deben cumplir los materiales 7.2. Tipos de esfuerzosEsfuerzos simultneos en una pieza (flexin y torsin).7.3. Diseo de piezasInfluencia de la forma en la resistencia de un objeto. 18 19. 8 Uso racional de los materiales8.1 Agotamiento prematuro de los materiales Renovables No renovables8.2 Soluciones adoptadas Nuevos diseos Reciclado Reutilizacin 19 20. 9 Residuos industriales9.1 Tipos de residuos Residuos inertes Residuos txicos y peligrosos20 21. 9 Residuos industriales9.2 Operaciones a realizar con los residuos Reduccin en origen Tratamiento Tratamientos fsicosTratamientos qumicosTratamientos biolgicosIncineracin Vertido controlado 21