Este documento describe las propiedades mecánicas y físicas de los materiales. Explica que las propiedades mecánicas describen cómo los materiales soportan fuerzas aplicadas, mientras que las propiedades físicas dependen de la estructura atómica y no cambian con las fuerzas. Luego procede a definir propiedades mecánicas como dureza, elasticidad y ductilidad, y propiedades físicas como las eléctricas y magnéticas.

1. Yessica Torres García
v-18354933
Ing. Industrial

2. La ciencia de materiales es un campo multidisciplinario que estudia
conocimientos fundamentales sobre las propiedades físicas macroscópicas de los
materiales y los aplica en varias áreas de la ciencia y la ingeniería, consiguiendo
que éstos puedan ser utilizados en obras, máquinas y herramientas diversas, o
convertidos en productos necesarios o requeridos por la sociedad.
A pesar de los espectaculares progresos en el conocimiento y en el desarrollo de
los materiales en los últimos años, el permanente desafío tecnológico requiere
materiales cada vez más sofisticados y especializados.
Refleja las diferentes disciplinas de esta ciencia. Estructura, Proceso,
Funcionamiento y Propiedades
La ciencia de materiales clasifica a todos los materiales en función de sus
propiedades y su estructura atómica. Son los siguientes:
Metales
Cerámicas
Polímeros
Metales
Cerámicas
Polímeros
Materiales compuestos
Semiconductores
La tecnología de materiales es el estudio y puesta en práctica de técnicas de
análisis, estudios físicos y desarrollo de materiales.

3. Propiedades mecánicas
 Dureza: es la resistencia de un cuerpo a ser mellado por otro, la mella puede ser una
deformación u un arañazo o abrasión, un cuerpo es tanto más duro cuanto mayor tenga
que ser la fuerza que lo melle, la propiedad opuesta a duro es blando, el diamante es
duro porque es difícil de mellar o rayar.
 Blando: es la facilidad con la que un cuerpo se mella por otro, un cuerpo es tanto más
blando cuando la fuerza necesaria para mellarlo es tanto más pequeña, la propiedad
opuesta a blando es duro, el yeso es blando porque se raya con facilidad.
 Tenazidad: la tenacidad es la resistencia que opone un cuerpo a romperse por un
impacto, un cuerpo es tanto más tenaz cuando el choque necesario para romperlo tenga
que más fuerte, la propiedad opuesta a tenaz es frágil, ejemplo, la madera es tenaz, dado
que es necesario un choque muy violento para romperla.
 Frágilidad: es la facilidad con la que un cuerpo se rompe por un choque, es la propiedad
opuesta a tenacidad, el vidrio es frágil porque con un pequeño golpe se rompe.
 Elásticidad: la elasticidad es la capacidad de los cuerpos de recuperar su forma original
tras una deformación, un cuerpo elástico se deforma cuando se ejerce una fuerza sobre
él, pero cuando esa fuerza desaparece, el cuerpo recupera su forma original, la
propiedad opuesta a elasticidad es plasticidad, la goma es elástica si se ejerce una
fuerza, por ejemplo sobre una pelota de goma, esta se deforma, cuando deja de ejercer
la fuerza, la pelota recupera su forma original.
 Plásticidad: la plasticidad es la propiedad del cuerpo por la que una deformación se hace
permanente, si sobre un cuerpo plástico ejercemos una fuerza este se deforma, cuando
la fuerza desaparece la deformación permanece, la propiedad opuesta a plasticidad es
elasticidad, ejemplo la arcilla fresca es plástica, si se aplica una fuerza sobre ella se
deforma, cuando deja de ejercer la fuerza la deformación permanece.

4.  Maleabilidad: es la propiedad de la materia, que junto a la ductilidad presentan los cuerpos a
ser labrados por deformación. Se diferencia de aquélla en que mientras la ductilidad se refiere
a la obtención de hilos, la maleabilidad permite la obtención de delgadas láminas de material
sin que éste se rompa, teniendo en común que no existe ningún método para cuantificarlas.
 EL ELEMENTO CONOCIDO MÁS MALEABLE HASTA LA FECHA ES EL ORO, QUE
SE PUEDE MALEAR HASTA LÁMINAS DE DIEZMILÉSIMA DE MILÍMETRO DE
ESPESOR. TAMBIÉN PRESENTA ESTA CARACTERÍSTICA, EN MENOR MEDIDA, EL
ALUMINIO HABIÉNDOSE POPULARIZADO EL PAPEL DE ALUMINIO COMO
ENVOLTORIO CONSERVANTE PARAALIMENTOS ASÍ COMO EN LA FABRICACIÓN
DE TETRA-BRICK. TODO AQUELLO QUE SE PUEDE REDUCIR A LÁMINAS.
 Dúctibilidad : La ductilidad es la propiedad que presentan algunos metales y aleaciones
cuando, bajo la acción de una fuerza, pueden estirarse sin romperse permitiendo obtener
alambres o hilos. A los metales que presentan esta propiedad se les denomina dúctiles.
 En el ámbito de la metalurgia se entiende por metal dúctil aquel que sufre grandes
deformaciones antes de romperse, siendo el opuesto al metal frágil, que se rompe sin apenas
deformación.
 No debe confundirse dúctil con blando, ya que la ductilidad es una propiedad que como tal se
manifiesta una vez que el material está soportando una fuerza considerable; esto es, mientras
la carga sea pequeña, la deformación también lo será, pero alcanzado cierto punto el material
cede, deformándose en mucha mayor medida de lo que lo había hecho hasta entonces pero sin
llegar a romperse.
 En un ensayo de tracción, los materiales dúctiles presentan una fase de fluencia caracterizada
por una gran deformación sin apenas incremento de la carga.

5. Propiedades de los materiales. (Mecánicas)
 La Ciencia de los Materiales se ocupa principalmente de las
propiedades, clasificación, procesamiento y usos de las diversas
manifestaciones de la materia en el Universo. En este curso,
omitiremos lo referente al procesamiento y nos concentraremos en
los otros tres aspectos.
 El comportamiento de los materiales queda definido por su
estructura. a nivel microscópico, la estructura electrónica de un
átomo determina la naturaleza de los enlaces atómicos que a su vez
contribuye a fijar las propiedades de un material dado.
 En forma general, las propiedades se separan para su estudio en dos
grandes ramas: propiedades físicas y propiedades mecánicas.

6. Propiedades mecánicas
Describen la forma en que un material soporta fuerzas aplicadas, incluyendo
fuerzas de tensión, compresión, impacto, cíclicas o de fatiga, o fuerzas a altas
temperaturas. A continuación, se definen las que mencionaremos más
adelante:
 - Tenacidad: Es la propiedad que tienen ciertos materiales de soportar, sin
deformarse ni romperse, los esfuerzos bruscos que se les apliquen.
 - Elasticidad: Consiste en la capacidad de algunos materiales para recobrar
su forma y dimensiones primitivas cuando cesa el esfuerzo que había
determinado su deformación.
 - Dureza: Es la resistencia que un material opone a la penetración.
 - Fragilidad: Un material es frágil cuando se rompe fácilmente por la acción
de un choque.
 - Plasticidad: Aptitud de algunos materiales sólidos de adquirir deformaciones
permanentes, bajo la acción de una presión o fuerza exterior, sin que se
produzca rotura.
 - Ductibilidad: Considerada una variante de la plasticidad, es la propiedad
que poseen ciertos metales para poder estirarse en forma de hilos finos.
 - Maleabilidad: Otra variante de la plasticidad, consiste en la posibilidad de
transformar algunos metales en láminas delgadas.

7. Las anteriores propiedades mecánicas se valoran con exactitud mediante ensayos
mecánicos:
- Ensayo de tracción: Ofrece una idea aproximada de la tenacidad y elasticidad de un
material.
- Ensayos de dureza: Permiten conocer el grado de dureza del material.
- Ensayos al choque: Su práctica permite conocer la fragilidad y tenacidad de un
material.
- Ensayos tecnológicos: Ponen de manifiesto las características de plasticidad que
posee un material para proceder a su forja, doblado, embutido, etc.
Propiedades físicas: Dependen de la estructura y procesamiento del material. Describen
características como color, conductividad eléctrica o térmica, magnetismo y
comportamiento óptico, generalmente no se alteran por fuerza que actúan sobre el
material. Pueden dividirse en: eléctricas, magnéticas y ópticas.
Propiedades eléctricas: Describen el comportamiento eléctrico del metal, el cual en
muchas ocasiones es más crítico que su comportamiento mecánico. Existe también el
comportamiento dieléctrico, propio de los materiales que impiden el flujo de corriente
eléctrica, que va más allá de simplemente proporcionar aislamiento.

8. Los electrones son los portadores de carga en los materiales
conductores, semiconductores y muchos de los aislantes; en los
compuestos iónicos son los iones quienes transportan la mayor parte
de la carga. La movilidad de los portadores depende de los enlaces
atómicos, de las imperfecciones de la red, de la microestructura y,
en los compuestos iónicos, de las velocidades de difusión.
La aplicación de un campo magnético genera la formación y el
movimiento de dipolos contenidos en el material. Estos dipolos son
átomos o grupos de átomos que tienen carga desequilibrada. Dentro
de un campo eléctrico aplicado los dipolos se alinean causando
polarización. Existen cuatro mecanismos de polarización:

9.  - Polarización electrónica. Consiste en la concentración de los electrones en el
lado del núcleo más cercano al extremo positivo del campo. Esto implica una
distorsión del arreglo electrónico, en la que el átomo actúa como un dipolo
temporal inducido. Este efecto, que ocurre en todos los materiales es pequeño
y temporal.
 - Polarización iónica. Los enlaces iónicos tienden a deformarse elásticamente
cuando se colocan en un campo eléctrico. En consecuencia la carga se
redistribuye minúsculamente dentro del material. Los cationes y aniones se
acercan o se alejan dependiendo de la dirección de campo. Estos dipolos
temporalmente inducidos causan polarización y también pueden modificar las
dimensiones generales del material.
 - Polarización molecular. Algunos materiales contienen dipolos naturales, que,
al aplicárseles un campo giran, hasta alinearse con él. En algunos materiales,
como el titanato de bario, los dipolos se mantienen alineados a pesar de
haberse eliminado la influencia del campo externo.

10. Propiedades magnéticas: El comportamiento magnético está
determinado por las interacciones entre dipolos magnéticos, estos
dipolos a su vez están dados por la estructura electrónica del material.
Por lo tanto, al modificar la microestructura, la composición o el
procesamiento se pueden alterar las propiedades magnéticas.
Los conceptos que definen los efectos de un campo magnético en un
material son:
Concepto Definición
Momento
magnético.
Intensidad de campo magnético asociado con el
electrón.
Permeabilidad
magnética.
El material amplifica o debilita el efecto del campo
magnético.
Magnetización.
Representa el incremento en la inducción
magnética debida al material del núcleo.
Susceptibilidad
magnética.
Es la relación entre la magnetización y el campo
aplicado, proporciona la amplificación dada por el
material.

11. Así, cuando se acerca un campo magnético a un conjunto de átomos es posible
observar diversas reacciones:
 - Diamagnetismo: El campo magnético influye en los momentos magnéticos de los
electrones dentro del átomo y produce un dipolo para todos los átomos. Estos
dipolos se oponen al campo magnético, haciendo que la magnetización sea menor a
cero.
 - Paramagnetismo: Debido a la existencia de electrones no apareados, a
cadaátomo se le asocia un momento magnético neto, causado por el giro de los
electrones. Cuando se aplica un campo magnético, los dipolos se alinean con él,
resultando una magnetización positiva. Pero, dado que los dipolos no interactúan,
para alinearlos se requieren campos magnéticos extremadamente grandes. Además,
en cuanto se elimina el campo, el efecto se pierde.
 - Ferromagnetismo: Es causado por los niveles de energía parcialmente ocupados
del nivel 3d del hierro, el níquel y el cobalto. Consiste en la fácil alineación de los
dipolos permanente no apareado con el campo magnético aplicado, debido a la
interacción de intercambio o al refuerzo mutuo de los dipolos. Esto significa que
aún con campos magnéticos pequeños se obtienen magnetizaciones importantes,
con permeabilidad relativa de hasta 106.

12.  - Antiferromagnetismo: Los momentos magnéticos producidos en
dipolos vecinos se alinean en el campo magnético oponiéndose
unos a otros, aún cuando la intensidad de cada dipolo sea muy
alta. Esto produce una magnetización nula.
 - Ferrimagnetismo: Se da principalmente en materiales
cerámicos, donde diferentes iones crean momentos magnéticos
distintos, causando que, en un campo magnético los dipolos de
ion A pueden alinearse con el campo, en tanto que los dipolos del
ion B pueden oponérsele. Como las intensidades de los dipolos
son distintas, el resultado será una magnetización neta. Así, los
materiales con este tipo de comportamiento pueden dar una buena
intensificación del campo aplicado.