clasificación y propiedades de los materiales

1. UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
FRANCISCO DE MIRANDA
ÁREA DE TECNOLOGÍA
DEPARTAMENTO
MECÁNICA Y TECNOLOGÍA DE LA PRODUCCIÓN
MATERIA CS. DE LOS MATERIALES
PROF. ING. FRANCISCO J. HERNANDEZ
TEMA NO
01 LOS MATERIALES Y SU CLASIFICACIÓN
1.1 MATERIALES: En ciencia o ingeniería, un material es una sustancia (elemento o, más
comúnmente, compuesto químico) con alguna propiedad útil, sea mecánica, eléctrica,
óptica, térmica o magnética.
1.2 DEFINICIÓN DE CIENCIAS DE LOS MATERIALES: Se dedica principalmente a la
búsqueda de conocimientos básicos sobre la estructura interna, propiedades y procesado
de los materiales.
1.3 CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES: La mayoría de los materiales utilizados en
ingeniería están divididos de la siguiente manera: materiales metálicos, materiales
poliméricos (plásticos), materiales cerámicos, materiales compuestos, materiales
semiconductores (electrónicos).
1.3.1 MATERIALES METÁLICOS: Son sustancias inorgánicas que están compuestas de uno
o mas elementos metálicos (hierro, cobre, níquel, titanio y aluminio), pudiendo
contener también algunos elementos no metálicos (carbono, nitrógeno y oxigeno).
Los metales se dividen en dos clases: metales férreos: son aquellos que contienen un
alto porcentaje de hierro. Los metales no férreos: son aquellos que carecen de hierro o
solo contienen cantidades relativamente pequeñas. Entre los metales no férreos
tenemos: Aluminio (Al), cobre (Cu), cinc (Zn), titanio (Ti), níquel (Ni).
CARACTERÍSTICAS:
• Buena conductividad térmica y eléctrica.
• resistencia mecánica, alta rigidez, ductilidad y resistencia al impacto (tenacidad).
1.3.2 MATERIALES CERÁMICOS: son materiales inorgánicos no metálicos, constituidos por
elementos metálicos y no metálicos.

2. CARACTERÍSTICAS:
• Son duros y frágiles,
• baja tenacidad y ductilidad.
• se comportan como buenos aislantes eléctricos y térmicos debido a la ausencia de
electrones conductores.
• normalmente poseen temperatura de fusión relativamente alta.
Los materiales cerámicos utilizados en ingeniería se dividen en dos grupos:
Materiales cerámicos tradicionales: son compuestos básicos tales como arcilla, sílice
(Pedernal) SiO2 y feldespato. Materiales fabricados: tejas, ladrillos, porcelana etc.
Y materiales cerámicos de uso especifico en ingeniería: están constituidos típicamente por
compuestos puros o casi puros. Entre ellos tenemos: Al2O3 Oxido de aluminio o Alúmina,
SiC Carburo de silicio, Si3N4 Nitruro de silicio, ZrO2 Circona.
1.3.3 MATERIALES POLÍMEROS: a menudo son llamados plásticos, se elaboran mediante
un proceso conocido como Polimerización, proceso mediante el cual se unen moléculas
orgánicas formando moléculas gigantes, es decir polímeros.
CARACTERÍSTICAS:
• Baja resistencia
• Baja temperatura de fusión
• Pobre conductividad eléctrica
• Son relativamente económicos
1.3.4 MATERIALES COMPUESTOS: Se obtienen al unir dos materiales para conseguir una
combinación de propiedades que no es posible obtener en los materiales originales. Estos
compuestos pueden seleccionarse para lograr combinaciones poco usuales tales como: rigidez,
resistencia, peso, rendimiento a altas temperaturas, resistencia a la corrosión, dureza o
conductividad.
Ejemplo: el concreto es grava mas cemento, la fibra de vidrio contiene fibra de vidrio
incrustada en un polímero, la madera contraenchapada.
1.3.5 MATERIALES SEMICONDUCTORES: Este tipo de material no es buen conductor ni
buen aislante eléctrico, es decir, su capacidad para conducir electricidad es intermedia. La
conductividad eléctrica de estos materiales puede ser controlada para su uso en dispositivos

3. electrónicos como: transistores, computadoras, calculadoras, microprocesador, etc. Los
materiales utilizados comúnmente son el silicio, germanio.
1.4 PROPIEDADES DE LOS MATERIALES: Son aquellas propiedades que describen
características o comportamiento eléctrico, térmico, químico y mecánico.
1.4.1 PROPIEDADES TÉRMICAS: Son las propiedades que demuestra un material cuando
es sometido a la acción del calor y entre ellas tenemos: la expansión térmica, la
conductividad térmica y el calor específico.
1.4.1.1 EXPANSIÓN TÉRMICA: Aumento de tamaño que ocurre en un material cuando este
es calentado. Los metales y las cerámicas con alto punto de fusión tienen una
expansión térmica baja, mientras que los metales con bajo punto de fusión y los
polímeros tienen una expansión térmica alta.
L
t
T
At
Q
∆
×
×
×
=
λ
1.4.1.2 CONDUCTIVIDAD TÉRMICA: Medida de la velocidad a la cual se transfiere calor a
través de un material. Es mayor en metales que en cerámicos o polímeros. La
conductividad térmica esta determinada por la cantidad de calor que fluye a través de
un cuerpo de una zona mas caliente a la menos caliente.
Donde Q= conductividad térmica, λ= coeficiente de conductividad térmica en
KCal/mt*hr*o
C, At= área transversal en mt2
, T= tiempo en hr, ∆t= diferencia de
temperatura en °C.
1.4.1.3 CALOR ESPECIFICO: Es la energía requerida para elevar en un grado la temperatura
de un gramo de material.
Ejemplo calor especifico de un metal Cu 0,092 cal/g* K, para un cerámico Al2O3 0,20 cal/g* K
1.4.2 PROPIEDADES ELÉCTRICAS: Son las que demuestra un material cuando es
sometido a un campo eléctrico, entre ellas tenemos: conductividad eléctrica, la
resistividad eléctrica y la superconductividad.
1.4.2.1 CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA: es la facilidad con que un cuerpo deja pasar la
corriente eléctrica a través de su masa. también puede definirse como la capacidad que
tiene un conductor para transportar carga eléctrica (corriente). Es mayor en metales
que en cerámicos o polímeros (con excepción de algunos casos).

4. L
A
R ×
=
ρ
1.4.2.2 RESISTIVIDAD ELÉCTRICA: Es la magnitud característica que mide la capacidad de
un material para oponerse al flujo de una corriente eléctrica. también recibe el nombre
de resistencia específica. Esta propiedad es constante para un material y una
temperatura dada. Las unidades típicas de la resistividad se expresan en Ω- cm ó µΩ-
cm.
ρ= Resistividad eléctrica, R= resistencia, A= área transversal, L= longitud
Según la ley de Ohm
I
V
R =
V= voltaje, I= Intensidad
C
1
=
ρ
C= conductividad
1.4.2.3 SUPERCONDUCTIVIDAD: Es la capacidad que tiene un material para permitir el flujo
de corriente a través de él, sin oponer resistencia; ocurre a temperaturas muy bajas.
Ej.: tungsteno, estaño, aluminio a temperaturas aproximadamente 20 K (-253 °C)
1.4.3 PROPIEDADES QUÍMICAS: se refiere al comportamiento de un material con otro,
existiendo algunos materiales que reaccionan fácilmente con otros, mientras que otros
materiales no reacciona entre sí en condiciones ordinarias. Ejemplo. El aluminio
reacciona con el oxigeno para formar oxido de aluminio
4 Al + 3O2→ 2Al2O3 , mientras que el sodio no reacciona en absoluto con el helio.
1.4.4 PROPIEDADES MECÁNICAS:
Son las que exhibe un material cuando es sometido a la acción de un carga; muchas
propiedades mecánicas pueden obtenerse a través de una prueba de tensión.
ENSAYO DE TENSIÓN:
Es aquel que mide la resistencia de un material a una fuerza estática o gradualmente aplicada.
El ensayo de tensión describe la resistencia de un material a un esfuerzo aplicado lentamente
hasta su fractura, luego se grafica la curva esfuerzo – deformación.

5. Maquina para ensayo de Tensión
ESFUERZO:
Es la carga o fuerza aplicada dividida entre el área de la sección transversal original del
material.
A
F
=
σ
Las unidades de los esfuerzos son las mismas que para la presión, fuerza dividida por área, se
utilizan con frecuencia: MPa, psi, Kpsi, Kg/mm2
, Kg/cm2
.
DEFORMACIÓN:
Cantidad que se deforma un material por unidad de longitud en un ensayo de tensión.
o
o
l
l
l −
=
ε
LIMITE DE PROPORCIONALIDAD:
Es el esfuerzo mas alto para el cual la relación esfuerzo- deformación es lineal. Punto A de la
curva Esfuerzo – Deformación
LIMITE ELÁSTICO:
Es el esfuerzo mas alto que se puede aplicar al material sin que haya deformación permanente
cuando se remueve la carga. Punto B de la curva Esfuerzo – Deformación.
RESISTENCIA A LA FLUENCIA:
Esfuerzo al cual ocurre una deformación plástica pequeña y específica. Por lo general del 0,2%.
Punto C de la curva Esfuerzo – Deformación

6. RESISTENCIA ÚLTIMA DE TENSIÓN:
Es el esfuerzo máximo alcanzado en la prueba. Punto D de la curva Esfuerzo – Deformación
RESISTENCIA DE FRACTURA:
Es el esfuerzo al cual ocurre la fractura de la probeta. Punto E de la curva Esfuerzo –
Deformación
MODULO DE ELASTICIDAD O MODULO DE YOUNG:
Es una medida de la rigidez del material. Es la relación entre el esfuerzo y la deformación en la
porción elástica de la curva esfuerzo-deformación.
ε
σ
=
E
Curva Esfuerzo – Deformación
ESTRICCIÓN:
Disminución total porcentual del área de la sección transversal de una probeta durante el
ensayo de tensión.
100
% x
A
A
A
Estricción
o
f
o −
=
La figura ilustra una probeta al inicio del ensayo indicando las medidas iniciales necesarias.

7. Analizando las probetas después de rotas, es posible medir dos parámetros: El alargamiento
final Lf y el diámetro final Df , que nos dará el área final Af, como nos muestra la siguiente
figura
ELONGACIÓN:
Incremento porcentual total en la longitud de una probeta durante el ensayo de tensión.
100
% x
l
l
l
Elongación
o
o
f −
=
La figura muestra las condiciones de la probeta inicialmente hasta que se produce la
rotura
FRAGILIDAD:
Propiedad que expresa la falta de plasticidad y por lo tanto de tenacidad.
PLASTICIDAD:
Capacidad de deformación permanente de un material.
Se clasifica en:
MALEABILIDAD: Facilidad a deformarse en láminas.
DUCTILIDAD: Capacidad de un material para ser estirado o encogido sin producir ruptura.
También se puede decir que es la ffacilidad a deformarse en hilos.
DUREZA:
Resistencia que opone un material a ser penetrado por otro.

8. TENACIDAD:
Es una medida de la cantidad de energía que un material puede absorber antes de la fractura.