Resumen sobre las principales propiedades presentes en los diferentes materiales conocidos por el hombre, así como su importancia en la ciencia de materiales.

1. Benemérita Universidad
Autónoma de Puebla
Facultad de Ingenieria
Colegio de Ingenieria Industrial
Ciencia de los Materiales
Mtro. Cesar Antonio Arguello Rosales
Resumen de la Unidad 3: Propiedades
Generales de los Materiales
EQUIPO 3:
 Canto García Ricardo
 Cid Gorgonio Irianely
 Cuellar Lobato Paul
 Molina Vicuña Diana Patricia
 Sotarriba Espinoza Luis
 Villanueva Antonio Oscar
Eduardo
Primavera 2014

2. PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES
¿Qué es una propiedad?
La propiedad de un material se puede entender como aquella serie de
características que determinan el comportamiento de ese material ante las
acciones físicas, químicas, mecánicas, etc. Siendo dichas propiedades lo que
diferencian un material de otro y lo que determina que un objeto esta fabricado de
un material determinado.
¿Por qué son necesarios los Materiales?
 Los materiales son necesarios para la fabricación de productos.
 En el diseño de un objeto ha de emplearse el material que mejor se adapta a
sus exigencias de uso, ya que resulta mas económico.
 Es necesario conocer los tipos de materiales susceptibles de ser empleados.
 Para aprovechar los recursos disponibles del entorno como la madera, la
arcilla, metales, etc.
¿De donde se obtienen los Materiales?
Para esto se necesita distinguir entre:
Materias Primas: Son los recursos naturales a partir de los que obtenemos los
materiales usados en la actividad técnica, como la madera.
Materiales: Son los productos útiles para la actividad tecnológica que se obtienen
de la transformación de las materias primas.
Por ejemplo: Petroleo, arena, plástico, cristal, papel, etc.
Evolucion Historica de los Materiales
 Edad de Piedra (piedra, madera, barro, huesos) alrededor de 4,000,000 a.C.
 Edad de Bronce alrededor de 4,000 a.C.
 Edad de Hierro alrededor de 1,500 a.C.
 Época Actual (Edad del silicio). El cual se utiliza en la mayoría de componentes
electrónicos.

3. ¿Cómo se clasifican los Materiales?
Según su Origen, en Materiales Naturales y Materiales Artificiales.
Según su Composición, en elementos y compuestos, homogéneos y
heterogéneos, metálicos y no metálicos, inorgánicos y orgánicos, etc.
Según sus Propiedades, en rígidos y flexibles, tenaces y frágiles, conductores y
aislantes, reciclables y no reciclables, etc.
Propiedades Mecanicas
Están relacionadas con la forma en que reaccionan los materiales cuando actúan
fuerzas sobre ellos.La mecánica de materiales estudia las deformaciones unitarias
y desplazamiento de estructuras y sus componentes debido a las cargas que
actúan sobre ellas, así entonces para determinar las propiedades mecánicas de
los materiales se tiene que relacionar con esta disciplina básica de la ingeniería.
Propiedades Mecanicas de los Materiales
 Elasticidad: Es la capacidad que tienen algunos materiales para recuperar
su forma, una vez que ha desaparecido la fuerza que los deformaba.
 Plasticidad: La plasticidad es la habilidad de un material para conservar su
nueva forma una vez deformado. Es opuesto a la elasticidad.
 Ductilidad: la ductilidad es la capacidad que tiene un material para estirarse
en hilos (por ejemplo: el cobre, oro, aluminio, etc).
 Maleabilidad: Es la aptitud de un material para extenderse en laminas sin
romperse (por ejemplo, aluminio, oro, etc).
 Dureza: La dureza es la oposición que ofrece un cuerpo a dejarse rayar o
penetrar por otro o, lo que es igual, la resistencia al desgaste.
 Tenacidad: la tenacidad es la resistencia que opone un cuerpo a su rotura
cuando esta sometido a esfuerzos lentos de deformación.
 Fluencia: Es la deformación (que puede llegar a rotura) de un material
sometido a cargas variables, inferiores a la de rotura, cuando actúan un
cierto tiempo o un numero de veces.
 Rigidez: La rigidez es cuando no se deforman los materiales, a pesar de
haberles aplicado una fuerza.
 Isotropía: La isotropía es la capacidad de ciertos materiales de producir la
misma resistencia frente a fuerzas en diferentes sentidos. Lo contrario de
esta, es la anisotropía, como la madera.
Diagrama de esfuerzo-Deformación Unitaria

4. ¿Qué es el diagrama de esfuerzo-deformación?
Es la curva usual (también llamada convencional, tecnológica, de ingeniería o
nominal), que expresa tanto el esfuerzo como la deformación en términos de las
dimensiones originales de la probeta, y es un procedimiento de gran utilidad
cuando se quiere determinar los datos de resistencia y ductilidad para el diseño
en la ingeniería.
Elementos del Diagrama
 Limite de Proporcionalidad: Se observa que va desde el origen hasta este,
es un segmento de recta rectilíneo, de donde se deduce la relación de
proporcionalidad entre la tensión y la deformación enunciada por Robert
Hooke.
 Limite de Elasticidad o Limite Elástico: Es la tensión mas allá del cual el
material no recupera totalmente su forma original al ser descargado, sino que
queda con una deformación residual llamada deformación permanente.
 Punto de Fluencia: Es aquel donde en el aparece un considerable
alargamiento o fluencia del material sin el correspondiente aumento de carga
que, incluso, puede disminuir la fluencia.
 Esfuerzo Ultimo: Es la máxima ordenada en la curva esfuerzo-deformación.
 Esfuerzo de Rotura: Verdadero esfuerzo generado en un material durante la
rotura.
El diagrama de Esfuerzo-Deformación es diferente entre los materiales que son
frágiles y los que son dúctiles. Ya que en los primeros su fractura es mas rápida

5. que los otros por lo tanto al recibir el esfuerzo no resistirán mucho tiempo sin
daños.
RELACIÓN DE DUREZA CON RESISTENCIA MECÁNICA
La dureza es la oposición que ofrecen los materiales a alteraciones como la
penetración, la abrasión, el rayado, la cortadura, las deformaciones
permanentes.
Resistencia Mecánica:La resistencia de un elemento se define como su
capacidad para resistir esfuerzos y fuerzas aplicadas sin romperse, adquirir
deformaciones permanentes o deteriorarse de algún modo.
Relación de dureza y resistencia mecánica:Existe una relación directa entre la
resistencia mecánica de un material y su dureza. Ya que dependiendo del grado
de dureza del material, dependerá la capacidad para resistir esfuerzos y fuerzas
aplicadas a el.
Ensayos de Dureza Brinell
Una esfera de acero duro (por lo general de 10mm de diámetro, se oprime sobre
la superficie del material. Se mide el diámetro de la impresión generada,
comúnmente de 2 a 6mm y se calcula el numero de dureza o índice de dureza
Brinell (HB) a partir de la ecuación siguiente:
Donde F es la carga aplicada en
Kilogramos, D es el diámetro del
penetrador en mm, y Di es el diámetro de la impresión en mm.La dureza Brinell
esta relacionada estrechamente con la resistencia a la tención del acero mediante
la relación
Resistencia a la tensión (psi) = 500 HB
Ensayo de Dureza Rockwell
Utilizando una pequeña bola de acero para materiales blandos y un cono de
diamante para materiales duros. La profundidad de la penetración es medida
automáticamente por el instrumento y se convierte a índice de dureza Rockwell
(HR). Se utilizan diversas variantes del ensayo Rockwell, incluyendo las descritas
en la tabla 6-5. la escala Rockwell C (HRC) se utiliza para aceros duros, en tanto
que para medir la dureza del aluminio se selecciona la escala Rockwell F (HRF)

6. Ensayo Vickers (HV y Knoop)
Son pruebas de microdureza; producen penetraciones tan pequeñas que se
requiere de un microscopio para obtener su medición. Los índices de dureza se
utilizan principalmente como base de comparación de materiales; de sus
especificaciones para la manufactura y tratamiento térmico, para el control de
calidad y para efectuar correlaciones con otras propiedades de los mismos.
DISTINCIÓN ENTRE MATERIAL FRÁGIL Y DÚCTIL
Los materiales pueden clasificarse como dúctiles o frágiles dependiendo de sus
características esfuerzo-deformación unitaria.
Materiales Dúctiles:Todo material que pueda estar sometido a deformaciones
unitarias grandes antes de su rotura se llama material dúctil. El acero dulce (de
bajo contenido de carbono), es un ejemplo típico.
Los ingenieros a menudo eligen materiales dúctiles para el diseño, ya que estos
materiales son capaces de absorber impactos o energía y, si sufren sobrecarga,
exhibirán normalmente una deformación grande antes de su falla.
Una manera de especificar la ductilidad de un material es reportar su porcentaje
de elongación o el porcentaje de reducción de área (estricción) en el momento de
la fractura.
El porcentaje de elongación es la deformación unitaria del espécimen en la
fractura expresada en porcentaje. Así, si la longitud original entre las marcas
calibradas de una probeta es L0 y su longitud durante la ruptura es Lf ,entonces:
El porcentaje de reducción de área es otra forma de especificar la ductilidad.
Esta definida dentro de la región de formación del cuello como sigue:
Aquí A0 es el área de la sección transversal original y Af es el área en la fractura.
Un acero dulce tiene un valor típico del 60%.
Además del acero, otros materiales como el latón, el molibdeno y el zinc, pueden
también exhibir características de esfuerzo- deformación dúctiles similares al
acero, por lo cual ellos experimentan un comportamiento esfuerzo- deformación
unitaria elástico, fluyen a esfuerzo constante, se endurecen por deformación y,
finalmente, sufren estricción hasta la ruptura.

7. Materiales Frágiles:Los materiales que exhiben poca o ninguna fluencia antes de
su rotura se llaman materiales frágiles. Un ejemplo es el hierro colado, o hierro
gris, cuyo diagrama de esfuerzo deformación bajo tensión se muestra por la
porción AB de la curva. Aquí la fractura a σf = 22klb/pulg 2 (152 Mpa) tiene lugar
inicialmente en una imperfección o una grieta microscópica y luego se extiende
rápidamente a través de la muestra, ocasionando una fractura completa. Como
resultado de este tipo de falla, los materiales frágiles no tienen un esfuerzo de
ruptura bajo tensión bien definido, puesto que la aparición de grietas en una
muestra es bastante aleatoria.
Comparados con su comportamiento bajo tensión, los materiales frágiles como el
hierro colado exhiben una resistencia mucho más elevada a la compresión axial,
como se evidencia por la porción AC de la curva. En este caso cualquier grieta o
imperfección en la probeta tiende a cerrarse, y conforme la carga aumenta el
material por lo general se abombará o adquirirá forma de barril a medida que las
deformaciones unitarias van siendo más grandes.Puede afirmarse, por lo general,
que la mayoría de los materiales exhiben un comportamiento tanto dúctil como
frágil cuando tiene un contenido de carbono alto, y es dúctil cuando el contenido
de carbono es reducido. También los materiales se vuelven más duros y frágiles a
temperaturas bajas, mientras que cuando la temperatura se eleva, se vuelven más
blandos y dúctiles.
PRUEBAS DE TENACIDAD (CHARPY, IZOD)
Antes que nada definiremos la tenacidad como:La energía total que absorbe un
material antes de alcanzar la rotura en condiciones de impacto, por acumulación
de dislocaciones. Se debe principalmente al grado de cohesión entre moléculas.
George Charpy:diseño un péndulo para determinar la tenacidad de un material
por medio de la siguiente practica:
Péndulo de Charpy:El péndulo cae sobre el dorso de la probeta y la parte. La
diferencia entre la altura inicial del péndulo (h) y la final tras el impacto (h') permite
medir la energía absorbida en el proceso de fracturar la probeta.
Así bien a esto se le llaman pruebas de impacto estas sirven para estudiar la
tenacidad de un material, este puede ser un polímero, un copolímero o un
polímero reforzado.
Existen dos tipos de pruebas de impacto: pruebas de impacto con flexión y
pruebas de impacto con flexión y muesca. Ambas pruebas pueden realizarse con
instrumentos o sin ellos, es decir, con una computadora que mide los diferentes
parámetros implicados en la prueba.
Otras pruebas de impacto son: prueba a la caída y las pruebas de impacto a alta
velocidad.
Debido a las características termoplásticas de los polímeros, las pruebas de
impacto requieren cierta velocidad en su actuación, velocidades lentas producen

8. más bien movimientos de deformación plástica o creep, permitiendo a los
segmentos de las macromoléculas la relajación de esfuerzos. La tenacidad al
impacto se mide en KJ/M^2.
PRUEBA DE FATIGA (VIGA ROTATORIA)
¿Que es la Fatiga?
Efecto generado en el material debido a la aplicación de cargas dinámicas cíclicas.
Los esfuerzos son variables , alternantes o fluctuantes. La gran cantidad de
repetición de esfuerzos conducen a la falla por fatiga de algún elemento, por esta
razón el máximo esfuerzo calculado este dentro del limite permisible.
Señales de Fatiga: La falla por fatiga es repentina y total, las señales son
microscópicas. En las fallas estáticas las piezas sufren una deformación
detectable a simple vista. Para evitar la falla por fatiga se pueden aumentar
considerablemente los factores de seguridad.
La Prueba de Fatiga o Ensayo de Fatiga:Es un método para determinar el
comportamiento de los materiales bajo cargas fluctuantes. Se aplican a una
probeta una carga media especifica (que puede ser cero) y una carga alternante y
se registra el numero de ciclos requeridos para producir la falla del material (vida a
la fatiga).
Viga Rotatoria:
Por lo general, el ensayo se repite con probetas idénticas y varias cargas
fluctuantes. Las cargas se pueden aplicar axialmente, en torsión o en flexión.
Diagrama S-N
Los datos procedentes de los ensayos de fatiga se presentan en un diagrama S-N,
que es un gráfico del numero de ciclos necesarios para provocar una falla en una
probeta contra la amplitud del esfuerzo cíclico desarrollado.
PROPIEDADES TÉRMICAS Y ELÉCTRICAS DE LOS MATERIALES
Propiedades Térmicas:Se refiere al comportamiento del material frente al calor.
 Dilatación térmica o dilatabilidad: (cambio relativo de longitud o volumen).

9.  Calor específico (Ce): (cantidad de calor que necesita una unidad de masa
para elevar su temperatura un grado centígrado).
 Temperatura de fusión: (cambio de estado).
 Conductividad térmica(K): (la transmisión del calor).
 Calor latente de fusión: (transformar del estado sólido al líquido).
Propiedades Eléctricas: Basadas en como reacciona un material ante un campo
eléctrico.
 Constante dieléctrica, que es la relación de la permisividad del material con
la permisividad en el vacío.
 Resistencia dieléctrica. Es el campo dieléctrico máximo que puede
mantener un material entre conductores.
Resistividad
La resistividad o resistencia específica es una característica propia de un
material y tiene unidades de ohmios–metro. La resistividad indica que tanto se
opone el material al paso de la corriente.
La resistividad [ρ] (rho) se define como:
ρ = R *A / L
donde:
A es el área transversal medida en metros al cuadrado
ρ es la resistividad medida en ohmios-metro.
L es la longitud del material medida en metros
R es el valor de la resistencia eléctrica en Ohmios
De la anterior fórmula se puede deducir que el valor de un resistor, utilizado
normalmente en electricidad y electrónica, depende en su construcción, de
la resistividad (material con el que fue fabricado), su longitud, y su
área transversal.
R = ρ * L / A
A mayor longitud y menor área transversal del elemento, más resistencia
A menor longitud y mayor área transversal del elemento, menos resistencia.
La resistividad depende de la temperatura
La resistividad de los metales aumenta al aumentar la temperatura al contrario de
los semiconductores en donde este valor decrece. El inverso de la resistividad se
llama conductividad (σ) [sigma]
σ = 1 / ρ
Constante Dieléctrica Relativa
La Permitividad Relativa o Constante Dieléctrica es una constante física
adimensional (no tiene unidades) que describe como un campo eléctrico afecta un
material.
Dieléctrico de un capacitor:Se sabe que el valor de la capacidad de
un capacitor está dada por la siguiente fórmula: C = Q / V

10. Determinando la capacidad C en función de las características físicas
del condensador.
Cuando un capacitor está formando por dos placas separadas entre si y entre
ellas hay un vacío. El valor de la capacidad es: C = εo a/d.
Donde:
a = área de cada placa en metros cuadrados.
d = distancia entre placas en metros
εo = constante dieléctrica (vacío), cuyo valor es: 8.85 x 10-12 faradio/metro.
Si se introduce un dieléctrico entre las placas, la capacidad aumentará en un
factor εr.
Entonces:
C = εo εr a/d ó
C = ε a/d
εr es la constante dieléctrica relativa y depende de las propiedades físicas de la
sustancia empleada.
ε es la constante dieléctrica absoluta.
Existe gran diferencia entre los valores de las constantes dieléctricas de diferentes
sustancias.
Algunos ejemplos importantes de constantes dieléctricas se muestran en la
siguiente tabla:

11. BIBLIOGRAFÍA:
 Askeland, Donald R., “CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES”,
Ed. International Thomson, 4ª edición, México, D.F, 2004.
 Schaffer, Saxena, Antolovich, Sanders, Warner, “CIENCIA Y DISEÑO DE
INGENIERÍA DE LOS MATERIALES”, CECSA , 5ª edición, México, 2008.
ENLACE DE LA PRESENTACIÓN EN PREZI:
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