PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Transcripción

1 PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

2 TIPOS DE MATERIALES Materiales: Son sustancias que, a causa de sus propiedades, resultan de utilidad para la fabricación de estructuras, maquinaria y otros productos. Tipos: Metales y aleaciones Polímeros Cerámicos y vidrios Materiales compuestos

3 CLASIFICACIÓN N DE LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES Propiedades químicas Propiedades físicas Propiedades mecánicas Propiedades estéticas y económicas Propiedades de fabricación

4 PROPIEDADES QUÍMICAS Oxidación: Material + Oxígeno Óxido de material + Energía La oxidación depende de: Energía de oxidación liberada en el proceso Velocidad de oxidación. Depende de: Oposición de la capa de óxido a la difusión Temperatura a la que se encuentra expuesto el material

5 PROPIEDADES QUÍMICAS Corrosión: Cuando la oxidación de un material concreto se produce en un ambiente húmedo o en presencia de otras sustancias agresivas. No se produce de manera uniforme, sino que existen puntos del material donde el ataque es mayor.

6 PROPIEDADES FÍSICASF Densidad y peso específico Propiedades eléctricas Materiales aislantes Materiales conductores Materiales semiconductores Propiedades térmicast Dilatación n térmicat Calor específico Temperatura de fusión Difusión Conductividad térmicat Propiedades magnéticas Materiales diamagnéticos Materiales paramagnéticos Materiales ferromagnéticos Propiedades ópticas Materiales opacos Materiales transparentes Materiales translúcidos

7 PROPIEDADES FÍSICASF Densidad y peso específico fico: Densidad: Relación n entre la cantidad de material y el volumen que ocupa. Unidad de medida en S.I.:.: Kg/m 3 Volumen específico: Inversa de la densidad Peso específico: Relación n entre el peso de una cantidad de material y el volumen que ocupa. Unidad de medida en S.I.:.: N/m 3

8 PROPIEDADES FÍSICASF Propiedades eléctricas ctricas: Resistividad: Resistencia que ofrece al paso de la corriente un elemento de ese material de 1 m de longitud y de 1 m 2 de sección. Unidad de medida en S.I.:.: x m Los materiales, en función n de la resistividad, se clasifican en: Aislantes Conductores Semiconductores

9 PROPIEDADES FÍSICASF Propiedades térmicast rmicas: Dilatación n térmicat rmica: Aumento de tamaño o del material al aumentar la temperatura, siempre que no se produzcan cambios de fase. En general: X=X 0 (1+K t) Dilatación n lineal: L=L 0 (1+ t) Dilatación n superficial: S=S 0 (1+ t) Dilatación n cúbica: c V=V 0 (1+ t) = coeficiente de dilatación n lineal = coeficiente de dilatación n superficial = coeficiente de dilatación n cúbicac

10 PROPIEDADES FÍSICASF Propiedades térmicast rmicas: Calor específico (c): Es la cantidad de energía calorífica que es preciso aportar a la unidad de masa de una sustancia para elevar su temperatura en un grado, sin que se presenten cambios de fase. Q = m C (T 2 - T 1 ) Unidad de medida en S.I.:.: J / Kg K Otras unidades de medida: cal / g ºC

11 PROPIEDADES FÍSICASF Propiedades térmicast rmicas: Temperatura de fusión: Temperatura a la que el número n de vibraciones de las partículas de un sólido s es tal que la estructura del material no se puede mantener y se produce su fusión. Supone: En casi todas las sustancias la fusión va acompañada ada de aumento de volumen. El punto de fusión será mayor cuanto mayores son las fuerzas que mantienen unidas sus partículas constituyentes. Si no se modifica la presión, mientras dura la fusión la temperatura permanece constante. Calor latente de fusión n (J/mol): Calor que es preciso comunicar a la unidad de masa que se encuentra a tª de fusión n para que pase de estado sólido s a líquido. l

12 PROPIEDADES FÍSICASF Propiedades térmicast rmicas: Difusión: Fenómeno por el que se desplazan los átomos en un sólido s como consecuencia de su agitación n térmica. t Si en una zona sólo s hay átomos de impurezas, con el paso del tiempo se reparten a través s de toda la masa del sólido. A mayor tª,, mayor difusión, pues se incrementa la agitación n térmica. t

13 PROPIEDADES FÍSICASF Propiedades térmicast rmicas: Difusión:

14 PROPIEDADES FÍSICASF Propiedades térmicast rmicas: Conductividad térmica t (K): Es un parámetro indicativo del comportamiento de cada cuerpo frente a la transmisión n de calor por conducción. n. Unidad de medida: W / (m K) Densidad de flujo de calor (J): es la energía a térmica t transmitida por unidad de tiempo (potencia) y por unidad de superficie. J = K (T 1 -T 2 )/L La conductividad térmica t depende de: La naturaleza de los cuerpos La fase en la que se encuentran La composición La temperatura

15 PROPIEDADES FÍSICASF Propiedades magnéticas ticas: Materiales diamagnéticos ticos: se oponen al campo magnético aplicado de tal forma que en su interior el campo magnético es más m s débil. d Por tanto no pueden interactuar magnéticamente con otros materiales. Ejemplos: bismuto, mercurio, oro, plata, cobre, sodio, hidrógeno, nitrógeno, etc.

16 PROPIEDADES FÍSICASF Propiedades magnéticas ticas: Materiales paramagnéticos ticos: el campo magnético en su interior es algo mayor que el aplicado. Por tanto, son atraídos por campos magnéticos al estar cerca de ellos, pero no se imantan. Ejemplos: aluminio, magnesio, platino, paladio, oxígeno etc.

17 PROPIEDADES FÍSICASF Propiedades magnéticas ticas: Materiales ferromagnéticos ticos: en su interior el campo magnético es mucho mayor que en el exterior. Se utilizan como núcleos n magnéticos en transformadores y bobinas en circuitos eléctricos y electrónicos. Ejemplos: hierro, cobalto, níquel n y sus aleaciones, óxidos de hierro (ferritas), etc.

18 PROPIEDADES FÍSICASF Propiedades ópticas: La luz sobre la superficie de un cuerpo: Una parte se refleja. Una parte se difunde (reflexión n no especular en múltiples m direcciones). La parte restante la absorbe el cuerpo (aumentando su energía interna). Tres comportamientos de los cuerpos: Opacos: absorben o reflejan totalmente la luz. Transparentes: Transmiten la luz. Translúcidos: dificultan la visión n de los objetos a su través.

19 PROPIEDADES MECÁNICAS Ensayo de tracción: consiste en estirar una probeta de dimensiones normalizadas, por medio de una máquina, m a velocidad lenta y constante, obteniéndose ndose de esta forma la curva de tensión- alargamiento.

20 PROPIEDADES MECÁNICAS Ensayo de tracción: Tensión n ( ): Fuerza aplicada a la probeta por unidad de sección. Unidad de medida: N / m 2 = F / S 0 ; S 0 = Sección n inicial Alargamiento o deformación n unitaria ( ): Tanto por uno en que se ha incrementado la longitud de la probeta. Unidad adimensional = (L - L 0 ) / L 0 ; L 0 = Longitud inicial L = Longitud en un determinado momento del ensayo

21 PROPIEDADES MECÁNICAS Ensayo de tracción: Diagrama tensión-deformaci deformación n unitaria: Contiene tres zonas: Zona elástica: La relación n tensión-deformaci deformación n es lineal. Cumpliéndose la ley de Hooke: = E ; E = ; E = Módulo de Young o de elasticidad longitudinal (N/m 2 ) Límite elástico ( e ): Punto hasta el que la probeta recupera su longitud inicial al detenerse el ensayo. Zona plástica: En ella los alargamientos son permanentes. Se recupera el alargamiento elástico ( e ) quedando el remanente o plástico ( p ). Si se reinicia el ensayo se consigue el endurecimiento por deformación. Resistencia a la tracción n ( R ): Punto en el que termina la zona plástica. Zona de estricción: A partir de la carga de rotura, la deformación n se localiza en una zona determinada, la tensión n disminuye y la probeta termina por romperse en esa zona.

22 PROPIEDADES MECÁNICAS Ensayo de tracción: Diagrama tensión-deformaci deformación n unitaria:

23 PROPIEDADES MECÁNICAS Ensayos de dureza: Métodos de determinación n de la dureza: Métodos de rayado: se entiende como la resistencia del material a ser rayado. La escala de Mohs consta de 10 grados de dureza: talco (1), yeso (2), calcita (3), fluorita (4), apatito (5), feldespato (6), cuarzo (7), topacio (8), corindón n (9) y diamante (10). Métodos de retroceso: se mide la dureza dinámica o elástica. Se calcula la energía a que se consume en el choque de una pieza que se deja caer desde una cierta altura contra el material cuya dureza se quiere determinar. Dureza a la penetración: n: se mide la resistencia que presenta un cuerpo a ser penetrado por otro. Ensayos Brinell, Vickers y Rockwell (se usan distintos penetradores con distintas fuerzas).

24 PROPIEDADES MECÁNICAS Ensayo de resiliencia (Charpy): Definición n de resiliencia: capacidad que tiene un material para almacenar energía, en forma de deformación n plástica, antes de romperse.

25 PROPIEDADES MECÁNICAS Ensayo de resiliencia (Charpy): La resiliencia KCU o KCV (según n sea la entalla) se calcula dividiendo la energía a consumida por el material en la rotura (diferencia de energías potenciales gravitatorias en las posiciones inicial y final de la bola) entre la sección n de la probeta en la zona de entalla (80 mm 2 ). KCV = W / S 0 ; W = P h = P L (cos 1 cos 2 ) P = Peso del péndulo; p L = Longitud del péndulop Unidad de medida en el Sistema Internacional: J / m 2 Péndulo Charpy: normalizado. Tiene una energía a en la posición n inicial de 300 J y en el momento de impacto con la probeta se mueven a una velocidad de 5 m/s.

26 PROPIEDADES MECÁNICAS Ensayo de resiliencia (Charpy):

27 PROPIEDADES MECÁNICAS Fractura: Separaci Separación n en dos o más m s partes como consecuencia de los efectos de una tensión. n. Dos tipos: Fractura dúctil: d se produce una importante deformación n plástica en la zona de rotura. Superficies de fractura mates. Fractura frágil o fractura de clivaje: el material se separa según un plano y sin que apenas se produzca deformación n plástica. Superficies de fractura brillantes.. La fractura frágil se debe a las fisuras de diminuto tamaño existentes en un elemento del material, que pueden estar presentes desde su fabricación.

28 PROPIEDADES MECÁNICAS Fatiga Fatiga: Situación n en la que se encuentran elementos sometidos a cargas cíclicas c clicas de valor inferior al crítico de rotura de material. Datos que más m s interesan: Amplitud del ciclo: Tensión n media: Tipos de fatiga: Fatiga en elementos sin defectos: Dos etapas: nucleación n de fisuras y crecimiento de las mismas hasta alcanzar un tamaño crítico que produce la rotura frágil. Fatiga en elementos con defectos: No existe fase de nucleación n de fisuras y la duración n del elemento está limitada por la velocidad de crecimiento de la fisura.

29 PROPIEDADES MECÁNICAS Ensayo de fatiga: Se mide el n Se mide el número (N) de ciclos de amplitud (sólo se tiene en cuenta la parte del ciclo de carga que produce tracción) que se deben producir para que se produzca la rotura por fatiga. Este nº será tanto menor cuanto mayor sea la amplitud del ciclo de carga. En componentes no agrietados, la fatiga de alto número n de ciclos será: N a = b a y b = ctes características del material

30 PROPIEDADES MECÁNICAS Fluencia Fluencia: Es la lenta y continuada deformación plástica que sufre un material a alta temperatura bajo la acción n de una carga constante. Es propia de elementos sometidos a altas temperaturas como turbinas, calderas, reactores, etc. Depende de : Temperatura. Carga aplicada. Tiempo que la carga ha estado actuando. La fluencia comienza a ser importante a partir de 0,4 veces la tª de fusión n en kelvin.

31 PROPIEDADES MECÁNICAS Fricción: Es la acci Es la acción n producida cuando dos materiales se encuentran en contacto y se deslizan entre sí. s Para que comiencen a deslizarse, la fuerza a vencer será: F = e N ; N = fuerza normal entre las dos piezas e = coeficiente de rozamiento estático tico Una vez comenzado el deslizamiento, la fuerza necesaria será: F = d N ; N = fuerza normal entre las dos piezas d = coeficiente de rozamiento dinámico El coeficiente de rozamiento estático tico es mayor que el coeficiente de rozamiento dinámico.

32 PROPIEDADES ESTÉTICAS TICAS Y Textura ECONÓMICAS Color Olor Brillo Precio Costes de transporte Disponibilidad

33 Maleabilidad PROPIEDADES DE FABRICACIÓN Maleabilidad: Indica si un material puede estirarse en láminas l sin romperse. Ductilidad: Se hilos. Forjabilidad Señala si se puede estirar en forma de Forjabilidad: Capacidad de un material para ser forjado. Maquinabilidad Maquinabilidad: Indica si se pueden aplicar procesos de arranque de viruta al material. Otras propiedades: Extrusión, soldadura, etc.