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1. 2018
Javier Cabrera Benito
Ciencia de los materiales
2018
Materiales cotidianos

2. Los materiales protagonistas en esta práctica son los metales, cerámicos y plásticos. Se
estudiarán las propiedades mecánicas de tres objetos.
Los objetos elegidos para la ejecución de la práctica son un cuadro de titanio,
aislamiento de cerámica para la ejecución del cable eléctrico en las torres eléctricas y
zapatillas de correr.
• Propiedades
Cuadro de titanio
Este es el ejemplo de objeto con un material metálico.
El titanio se trata de un elemento químico de símbolo Ti y número atómico 22 que se
sitúa en el grupo 4 de la tabla periódica de los elementos. Es un metal de transición de
color gris, baja densidad y gran dureza. Es muy resistente a la corrosión por agua del
mar, agua regia y cloro. El titanio es el elemento metálico que posee la mayor
proporción de dureza-densidad. Es un metal fuerte, con una baja densidad y alta
ductilidad (especialmente en ambientes libres de oxígeno), de color blanco metálico.
Su punto de fusión es relativamente alto, sobre los 1650 °C (1920 K), lo que hace que
sea útil como metal refractario. Es paramagnético y presenta baja conductividad
eléctrica y térmica.
Por ejemplo, las aleaciones comerciales de titanio, con una pureza del 99,2 %, tienen
una tensión de rotura de unos 434 MPa (63 000 psi),
equivalente a la de las aleaciones comunes de acero, pero
con una menor densidad que estas. Sin embargo,
el titanio pierde resistencia cuando se calienta
a temperaturas superiores a los 430 °C (703 K).
El titanio no es tan duro como algunas
graduaciones de acero tratado, y su
trabajo a máquina requiere ciertas
precauciones, ya que puede presentar
uniones defectuosas de no emplearse los métodos
correctos para enfriarlo. Al igual que las hechas de acero, las estructuras de
titanio tienen un límite de fatiga que garantiza la longevidad de sus aplicaciones lo cual
es muy importante en el caso del cuadro de titanio.
A parte de los cuadros de titanio nos podemos encontrar bicicletas que tienen cuadros
de aluminio la cual es una de las opciones más extendidas y el carbono que tiene unas
propiedades físicas muy por encima de la media comparando con otros materiales.

3. Aislamiento de cerámica en
torres eléctricas
El segundo objeto escogido es un aislamiento de cerámica en las torres
eléctricas. La cerámica es un excelente aislante eléctrico y térmico en hornos, en
motores y en blindajes. Los materiales cerámicos son relativamente frágiles. La
resistencia a tracción observada en materiales cerámicos varía enormemente con
rangos que van desde valores muy bajos, menores de 0.69 MPa hasta 7000 MPa para
algunas fibras monocristalinas de Al2O3. Sin embargo, como tal clase de materiales,
pocos cerámicos tienes cargas de rotura superiores a los 172 MPa.
Los materiales cerámicos muestran igualmente grandes diferencias entre
la resistencia a tracción y a compresión, siendo las de compresión alrededor de
5 a 10 veces las de tracción. Muchos materiales cerámicos
son duros y tienen baja resistencia al
impacto debido a sus uniones
iónico-covalentes, aunque como
excepción encontramos el
comportamiento de las arcillas
como materiales fácilmente
deformables debido a fuerzas de
enlaces secundarios débiles
entre las capas de los átomos unidos por
enlaces iónico-covalentes.
El fallo mecánico de los materiales cerámicos se da principalmente por defectos
estructurales.
Los poros también actúan mermando la resistencia del material al disminuir la sección
útil del mismo y por tanto disminuye la tensión que es capaz de soportar éste. Así, el
tamaño y la fracción en volumen de los poros en las cerámicas son factores
importantes que afectan grandemente a su resistencia.
En la actualidad se a implantado de forma masiva la utilización de
materiales cerámicos para el aislante de una torre eléctrica
aunque si que podemos ver como hay otras en las que
sigue utilizándose los plásticos debido a que no
conducen la electricidad al ser un gran aislante.

4. Zapatillas de correr
Las zapatillas de correr es el ejemplo de materiales plásticos que he elegido.
El plástico es el término habitual para describir una amplia gama de materiales
sintéticos o semisintéticos que se utilizan para una inmensa cantidad de aplicaciones.
Miremos donde miremos, vemos plástico. Encontramos plástico en los envases, la
ropa, los edificios, los dispositivos médicos, los coches, los móviles...
Los plásticos son sustancias químicas sintéticas, denominadas polímeros, de estructura
macromolecular que puede ser moldeada mediante calor o presión y cuyo
componente principal es el carbono. Estos polímeros son grandes agrupaciones de
monómeros unidos mediante un proceso químico llamado polimerización. Los
plásticos proporcionan el balance necesario de propiedades que no pueden lograrse
con otros materiales, por ejemplo: color, poco peso, tacto agradable y
resistencia a la degradación ambiental y biológica. Sus principales
propiedades son:
• una gran maleabilidad
• bajo coste de producción
• poseen baja densidad
• suelen ser impermeables
• buenos aislantes eléctricos
• aceptables aislantes acústicos
• buenos aislantes térmicos, aunque la mayoría no resisten temperaturas muy
elevadas
• resistentes a la corrosión y a muchos factores químicos
Las zapatillas de correr se pueden construir con otros materiales como son el caso de
tejidos como el neopreno, piel, etc.
• Clasificación de los objetos

5. Cuadro de
titanio METAL
Aislamiento de
cerámica
Zapatillas de
correr
PLÁSTICO
dureza 2 1 3
rigidez 2 1 3
fragilidad 3 1 2
ductilidad 1 3 2
tenacidad 1 3 2
1. Dureza: propiedad que mide el grado de resistencia a la deformación
permanente que sufre un material bajo la acción directa de una fuerza. Por lo
tanto, el material más duro según lo visto es el cerámico seguido del metal
(titanio) y por último el plástico. Para medir el nivel de dureza se puede utilizar
el método de Vickers además de muchos otros.
2. Rigidez: capacidad de resistencia de un cuerpo a doblarse o torcerse por la
acción de fuerzas exteriores que actúan en la superficie. El objeto más rígido es
el aislamiento cerámico ya que no es capaz de deformarse y se rompe al
carecer de elasticidad. El plástico es el menos rígido y el metal sería el que esta
entre medio. Se mide con el módulo de elasticidad (E).
3. Fragilidad: propiedad que se define como la falta de plasticidad, que es la
capacidad de deformación permanente en un material sin que llegue a
romperse. Podemos confirmar que el material mas frágil es la cerámica ya que
carece de plasticidad y en lugar de deformarse se rompe. El siguiente material
mas frágil es el plástico que se puede deformar bastante sin romperse. Por lo
tanto, el material menos frágil es el titanio (metal) ya que aguanta más
esfuerzo que el plástico.
4. Ductilidad: propiedad que tiene un material para deformarse plásticamente
antes de llegar a su punto de rotura. Es decir, que el material puede ser
estirado considerablemente antes de romperse. El material más dúctil es el
titanio porque se alarga sin romperse. El siguiente objeto sería las zapatillas de
correr de plástico y el menos dúctil tendríamos que es el cerámico que no se
deformaría prácticamente nada.
5. Tenacidad: es la energía de deformación total que puede absorber o acumular
un material antes de alcanzar la rotura en condiciones de impacto, por la

6. acumulación de dislocaciones. Y se debe principalmente al grado de cohesión
entre las moléculas. El metal es el material más tenaz ya que es el que más
energía absorbe sin romperse. El siguiente sería el plástico el cual absorbería
menos energía que el titanio y por último tendríamos las cerámicas las cuales
se romperían con facilidad ya que no absorben mucha energía. Se mide con el
coeficiente (K).
• Cambio de materiales
En el caso del aislamiento eléctrico cerámico de las torres de electricidad no lo
cambiaría de manera absoluta, sino que mejoraría incorporando, por ejemplo,
polvos utilizados de óxido de aluminio que contienen aditivos de óxido de
cromo, óxido de titanio y óxido de magnesio. Los resultados principales de los
estudios son tanto la alúmina pura (Al2O3) como una clase de espinela (Al2O3 –
28MgO), los dos cumplen con los requisitos para el aislamiento eléctrico. Estos
materiales están empezando a ser importantes en muchas industrias por sus
cualidades.
En segundo lugar, para el cuadro de titanio aunque su utilización está en auge
por los distintos beneficios que da el uso de este material, el cambio que le
haría seria por un material el cual tiene en cierto modo, poco tiempo de
utilización y cada vez se esta implantando en más industrias como la
aeroespacial, y la automotriz. Este es el caso de las fibras de carbono las cuales
tienen unas grandísimas cualidades para soportar las fuerzas de un coche, una
nave o una bicicleta además de una gran eficiencia en cuanto al peso debido a
su densidad y la estructura que lo forma.
Por último, en el caso de las zapatillas de plástico utilizaría materiales un poco
menos aislantes ya que si no sería difícil su uso por las condiciones de calor y de
otros efectos perjudiciales y de incomodidad.