ESTADO Y PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Estructura y Propiedades de los
Materiales
Por:
QBA MIGUEL ANGEL CASTRO RAMÍREZ

Unidad 1 Introducción a las Propiedades de los Materiales.

Los materiales son los productos útiles para la
actividad tecnológica, y que obtienen de las materias
primas (los recursos naturales).


CLASIFICACIÓN


CLASIFICACIÓN
Buena conductividad eléctrica y térmica, alta
resistencia, rigidez, ductilidad. Son útiles en
aplicaciones estructurales o de carga. Las aleaciones
METALES permiten una mejor combinación de propiedades.
Son usados a menudo como aislantes. Fuertes y
duros, aunque frágiles y quebradizos. Usualmente se
CERÁMICOS utilizan como materiales de construcción. Ejemplos:
Ladrillo, vidrio, porcelana, etc.
Grandes estructuras moleculares creadas a partir de
moléculas orgánicas. Baja conductividad eléctrica y
térmica, reducida resistencia y debe evitarse su uso a
temperaturas elevadas. Tienen múltiples
POLÍMEROS aplicaciones, entre ellas están los dispositivos
electrónicos.

Formados a partir de dos o más materiales de
distintos grupos, produciendo propiedades que no
COMPUESTOS se encuentran en ninguno de los materiales de
forma individual.


ENLACES
• Metálicos. Son de tipo metálico. Los átomos de los
metales tienen pocos electrones en su última capa,
así que los pierden fácilmente esos y éstos se
convierten en iones positivos.

• Cerámicos. Es principalmente iónico o covalente, en
general una mezcla de ambos. El carácter iónico
aumenta con la diferencia en electronegatividad de
los átomos que se unen.

• Polímeros. Los electrones de valencia toman parte
en enlaces covalentes; por ello, su conductividad
eléctrica es bien baja. Este tipo de enlace es la
fuerza que mantiene unidos entre sí los átomos no
metálicos.

CRISTALINO Y AMORFO
Todos los materiales
sólidos pueden CLASIFICACIÓN
clasificarse, de acuerdo a
su estructura molecular,
en cristalinos y amorfos.

Cristalino Amorfo

Las moléculas están
Las moléculas se enmarañan
ordenadas en 3 dimensiones,
en un completo
que se llama ordenamiento
desorden.
periódico.


Unidad 2 Metalurgia. Aleaciones ferrosas y no ferrosas.

La metalurgia es la
ciencia y técnica de la
obtención y
tratamiento de los
metales, desde
minerales metálicos,
hasta los no
metálicos.

También estudia la
producción de
aleaciones, el control
de calidad de los
procesos vinculados
así como su control
contra la corrosión.

dad 2 Metalurgia. Aleaciones ferrosas y no ferrosas.

• METALURGIA EXTRACTIVA: Obtención comercial de
metales a partir de sus menas y preparación de los
metales para su uso.

ETAPAS:
• Extracción de la mena.
• Pretratamiento de menas.
• Reducción a metales libres.
• Afino o purificación.

Menas

• El hierro es el metal más utilizado de la corteza terrestre,
siendo su principal aleación el acero.


Las aleaciones son productos
homogéneos de propiedades
metálicas de dos o mas
elementos.

Estas aleaciones pueden ser:

 Ferrosas.
 No ferrosas.


ALEACIONES FERROSAS
• Las aleaciones ferrosas son las
que contienen un porcentaje
muy alto de hierro, como el
acero o los hierros fundidos.

Se dividen en tres grupos
principales:

• Aceros simple.
• Aceros inoxidables. Son duros o livianos,
resistentes a la
• Hierros fundidos. corrosión y tienen
resistencia mecánica.

Aceros
• La aleaciones ferrosas tienen al hierro como su
principal metal de aleación; mientras que las
aleaciones no ferrosas, tienen un metal distinto del
hierro.

• Los aceros que son aleaciones ferrosas son los más
importantes, principalmente por su costo
relativamente bajo y la variedad de aplicaciones por
sus propiedades mecánicas.


Aceros Inoxidables
• Los aceros inoxidables son las aleaciones
ferrosas más importantes por su alta resistencia a
la corrosión; para ello, debe contener al menos 12%
de Cromo.

• Los elementos de aleación (níquel, cromo y
molibdeno) se añaden a los aceros al carbono para
producir aceros de baja aleación.

• Los aceros de baja aleación presentan alta
resistencia y tenacidad, y son de aplicación común
en la industria de automóviles para usos como
engranajes y ejes.


Hierros para Fundición
• Los hierros para fundición, son otra familia
industrialmente importante de las aleaciones
ferrosas.

• Son de bajo costo y tienen propiedades especiales,
tales como una buena moldeabilidad, resistencia a la
corrosión, al choque térmico, al desgaste y
durabilidad.

• La fundición gris tiene una alta maquinabilidad y
capacidad de amortiguamiento de vibraciones,
debido a las hojuelas de grafito en su estructura.

DIAGRAMA FE-C
• El hierro y el carbono constituyen aleaciones
únicamente hasta un 6,67% en peso de C. Con esta
concentración y superiores, se crea un compuesto
químico denominado Cementita (Fe3C), que no
tiene propiedades metálicas.

• Por lo tanto, únicamente se estudia el diagrama
hasta esa proporción.


Solidificación
• Austenita (hierro-γ). Proporciones inferiores al
1,76% de C.
• Ledeburita. Con 4,30% de C.
• Ferrita (hierro-α). A 723 °C. El cambio de
solubilidad, en estado sólido, forma la Perlita, con
0.89% de C.


• Esto provoca la 1°
clasificación del sistema Fe-
C: se habla de aceros, si el
C es inferior a 1,76%; y de
fundiciones, entre 1,76 y
6,67%.

• A los aceros con proporción
menor que 0,89% de C se
les llama hipoeutectoides;
y si tienen entre 0,89 y
1,76%, hipereutectoides.

• Recopilando todo, el
diagrama Fe-C queda así:


¿Qué es el Acero?

El Acero es básicamente una aleación o combinación de
hierro y carbono (alrededor de 0,05%; hasta menos de un
2%). Algunas veces otros elementos de aleación específicos,
tales como el Cromo) oNíquel.

Ya que el acero es básicamente
hierro altamente refinado (más
de un 98%), su fabricación
comienza con la reducción de
hierro (producción de arrabio); el
cual se convierte más tarde en
acero.


OBTENCIÓN DEL ACERO
• Algunos términos para conocer:

• Se denomina siderurgia, a la técnica del tratamiento
del mineral de hierro para obtener diferentes tipos de
éste, o de sus aleaciones.

• Un tren de laminación de alambre o tren de
alambrón, es un tipo complejo de instalación de la
industria siderúrgica; que permite, mediante un
proceso de laminación en caliente, la obtención de
acero en forma de barras de sección ovalada o
cilíndrica.

• La colada industrial, es una etapa de fundición, en
donde se vierte el material fundido en un molde.


• 9.3. Proceso siderúrgico.


Proceso siderúrgico (Continuación)
A) Materia prima del horno alto:
 Mineral de hierro
 Carbón de coque
 Fundente
B) Funcionamiento del horno alto.


Arrabio a acero (LD)
• C) Procedimiento LD. El torpedo de arrabio
descarga sobre la cuchara, y ésta carga el
convertidor para producir acero.
 Materia prima que emplea el convertidor LD.
 Características del horno convertidor.
 Funcionamiento del convertidor.


Funcionamiento del Convertidor


D) Horno Eléctrico

Unidad 2 Metalurgia. Aleaciones
ferrosas y no ferrosas.

Horno Eléctrico (Continuación)
 Materia prima que utiliza el horno
eléctrico.
 Características del horno eléctrico.
 Funcionamiento del horno eléctrico.


Colada del Acero
 Colada convencional.
 Colada sobre lingoteras.
 Colada continua.
Planta de producción de colada continua. En la fotografía de
la izq., se están produciendo 6 coladas simultáneamente.


Trenes de laminación
 Laminación en caliente.
 Laminación en frío.


Tren de laminación (Continuación)

Esquema de funcionamiento de una instalación de trenes de laminación:
1. Tren desbastador; 2. Sección de enfriamiento; 3. Tren de bandas (para
fabricación de chapa fina).

CLASIFICACIÓN DEL ACERO
Los diferentes tipos de acero se clasifican de
acuerdo a los elementos de aleación que
producen distintos efectos en el Acero.

ACERO

BAJA ALEACIÓN
ALEADO AL CARBONO ULTRARRESISTENTE
INOXIDABLE

ESTRUCTURALES

P/HERRAMIENTAS

ESPECIALES


Aceros al Carbono
• Más del 90% de todos los aceros son aceros al
carbono. Éstos contienen diversas cantidades de
carbono y menos del 1,65% de Manganeso, el 0,60%
de Silicio y el 0,60% de Cu. Entre los productos
fabricados, figuran máquinas, carrocerías de
automóvil, la mayor parte de las estructuras de
construcción de acero, cascos de buques, etc.


Aceros Aleados
Se emplean para diversas
partes de máquinas, tales como
Estructurales engranajes, ejes y palancas.
Además, se usan en
estructuras de edificios. El
contenido de la aleación va
desde 0,25% a 6%.

Aceros de alta calidad que se
emplean en herramientas para
Para herramientas cortar y modelar metales y no-
metales. Como taladros,
escariadores, fresas, etc.

Son los inoxidables y de
contenido de Cr superior al
Especiales 12%. De gran dureza y alta
resistencia a altas temp. Y
corrosión; se usan en turbinas
de vapor, engranajes, etc.


Baja aleación Ultrarresistente
• Esta familia es la más reciente. Son más baratos que
los aleados convencionales, pues contienen cantidades
menores de los costosos elementos de aleación.

• Reciben un tratamiento especial que les da una
resistencia mayor que la del acero al C. Por ejemplo,
los vagones de mercancías fabricados con este acero
pueden transportar cargas más grandes, porque sus
paredes son más delgadas que lo que serían al usar
acero al C.

• Actualmente, se construyen muchos edificios con
estructuras de este acero. Las vigas pueden ser más
delgadas sin disminuir su resistencia, logrando un
mayor espacio interior en los edificios.


Aceros Inoxidables
• Contienen Cr, Ni y otros elementos de aleación, que los
hacen brillantes y resistentes a herrumbre y oxidación; aún
con la humedad, ácidos y gases corrosivos.

• Algunos son muy duros; otros muy resistentes y mantienen
la resistencia por largos periodos a temperaturas extremas.
Por a sus superficies brillantes, en arquitectura se usan
muchas veces para decorar.

• Se usa igual en tuberías y tanques de refinerías de petróleo,
equipos quirúrgicos; fijar o sustituir huesos rotos, pues
resiste a la acción de los fluidos corporales. En cocinas y
zonas de preparación de alimentos, en los utensilios, ya que
no oscurece los alimentos y pueden limpiarse con facilidad.


NOMENCLATURA AISI/SAE
• La microestructura del acero determina la mayoría de sus
propiedades y está dada por el tratamiento y composición
química; uno de los sistemas más generalizados en su
nomenclatura es por composición química.

• En el sistema AISI-SAE, los aceros se clasifican con 4
dígitos. Los primeros 2 se refieren a los 2 elementos de
aleación más importantes; los 2 o 3 últimos dígitos dan la
cantidad de C presente en la aleación.

• Un acero 1040 AISI, es un acero con 0.4%C; un acero
4340 AISI, es un acero aleado que contiene o.4%C, el 43
indica la presencia de otros elementos aleantes.

• AISI, American Iron and Steel Institute (Instituto
Americano del Hierro y el Acero).

• Las convenciones para el primer dígito son:

• 1 - MANGANESO.
2 - NIQUEL (Ni).
3 - Ni-Cr, principal aleante, el cromo.
4 - MOLIBDENO.
5 - CROMO (Cr).
6 - Cr-VANADIO, principal aleante, el cromo.
8 – Ni-Cr-MOLIBDENO, principal aleante, el molibdeno.
9 - Ni-Cr-MOLIBDENO, principal aleante, el níquel.

• No hay aceros numerados 7xxx, porque éstos son
resistentes al calor y prácticamente no se fabrican.

• Se observa entonces que si el primer número es 1, se sabe
que es un acero al carbono; si el dígito siguiente es el 0, o
sea que la designación es 10xx, se trata de un acero
ordinario al carbono (no hay segundo elemento de
aleación).


Estas aleaciones están constituidas por elementos
metálicos en estado elemental (estado de oxidación nulo),
como P, C, Si, S, As.

Las aleaciones generalmente se clasifican teniendo en
cuenta cuál o cuáles elementos se encuentran presentes
en mayor proporción, denominándose a estos elementos
componentes base de la aleación.

Los elementos que se encuentran en menor
proporción, serán componentes secundarios
o componentes traza.


• Las Aleaciones no ferrosas, son aquellas que
carecen de hierro o tienen un bajo nivel de éste.

Los metales no ferrosos se pueden clasificar en:

• Pesados.

• Ligeros.

• Ultraligeros.

Alta resistencia a la corrosión, buenas
propiedades de tensión, muy dúctiles
aún a temperaturas bajas y resistencia
mecánica.


• Las aleaciones de aluminio son las más importantes
entre las no ferrosas, principalmente por su ligereza,
endurecibilidad por deformación, resistencia a la
corrosión y su precio relativamente bajo. Se usan en
aeronáutica y en la fabricación de barcos.

• El cobre no aleado se usa en abundancia por su
conductividad eléctrica, resistencia a la corrosión,
buen procesado y costo relativamente bajo; se alea
con el Zn para formar el latón (más resistente); y con
Sb y P o Al, para crear lo que es el bronce.

• Otras aleaciones son las de magnesio, titanio y
níquel. Las de magnesio son excepcionalmente
ligeras y tienen aplicaciones aeroespaciales.


Es la operación de calentamiento y
enfriamiento de un metal en su estado sólido
para cambiar sus propiedades físicas. Con el
tratamiento térmico adecuado se pueden
reducir los esfuerzos internos, el tamaño del
grano, incrementar la tenacidad o producir
una superficie dura con un interior dúctil.

Unidad 3 Tratamientos Térmicos.

Los tratamientos
térmicos han adquirido
gran importancia en la
industria en general; ya
que con las constantes
innovaciones se van
requiriendo metales con
mayores resistencias,
tanto al desgaste como
a la tensión.


Para conocer a que temperatura debe elevarse el
metal para que se reciba un tratamiento térmico,
es recomendable contar con los diagramas de
cambio de fases, como el de Hierro - Carbono.

En este tipo de diagramas se especifican las
temperaturas en las que suceden los cambios de
fase (cambios de estructura cristalina),
dependiendo de los materiales diluidos.


El proceso de endurecimiento del
acero, consiste en el calentamiento
del metal de manera uniforme a la
temperatura correcta; y luego
enfriarlo con agua, aceite, aire o en
una cámara refrigerada.

El endurecimiento produce una
estructura granular fina que aumenta
la resistencia a la tracción (tensión) y
disminuye la ductilidad.


El acero al carbono para herramientas se puede
endurecer al calentarse hasta su temperatura crítica,
entre los 1450 °F y 1525 °F (790 a 830 °C); lo cual
se identifica cuando el metal adquiere el color rojo
cereza brillante.

Cuando se calienta el acero, la perlita se combina
con la ferrita, lo que produce una estructura de
grano fino llamada austenita. Cuando se enfría la
austenita de manera brusca con agua, aceite o aire,
se transforma en martensita, material que es muy
duro y frágil.


Temple (revenido)
Después que se ha endurecido el acero es muy quebradizo
o frágil lo que impide su manejo pues se rompe con el
mínimo golpe. Para contrarrestar la fragilidad se
recomienda el temple del acero (en algunos textos a este
proceso se le llama revenido y al endurecido temple).

El proceso consiste en limpiar la pieza con un abrasivo
para luego calentarla hasta la temperatura adecuada (ver
tabla), para después enfriarla con rapidez en el mismo
medio que se utilizó para endurecerla.


Tabla de temperaturas para templar acero
endurecido

Color Grados F Grados C Tipos de aceros

Paja claro 430 220 Herramientas como brocas, machuelos

Paja mediano 460 240 Punzones dados y fresas

Paja obscuro 490 255 Cizallas y martillos

Morado 520 270 Árboles y cinceles para madera

Azul obscuro 570 300 Cuchillos y cinceles para acero

Azul claro 600 320 Destornilladores y resortes

Unidad 3 Tratamientos

Recocido
El proceso consiste en calentar al acero por arriba de su
temperatura crítica y dejarlo enfriar con lentitud en el horno
cerrado o envuelto en ceniza, cal, asbesto o vermiculita.

Cementado
Consiste en el endurecimiento de la superficie externa del
acero al bajo carbono, quedando el núcleo blando y dúctil.
Los tres métodos de cementación más comunes son:
empacado para carburación, baño líquido y gas.


Carburización por empaquetado
Este procedimiento consiste en meter al material de acero
con bajo contenido carbónico en una caja cerrada con
material carbonáceo y calentarlo hasta 900 a 927 °C
durante 4 a 6 horas.

En este tiempo el carbono que se encuentra en la caja
penetra a la superficie de la pieza a endurecer. Para evitar
deformaciones y disminuir la tensión superficial se
recomienda dejar enfriar la pieza en la caja para
posteriormente sacarla y volverla a calentar entre 800 y
845 °C.


Carburización en baño líquido
El acero a cementar se sumerge en un baño de cianuro
de sodio líquido. También se puede utilizar cianuro de
potasio pero sus vapores son muy peligrosos. Se
mantiene la temperatura a 845 °C durante 15 minutos a
1 hora, según la profundidad que se requiera. Con este
procedimiento se logran capas con espesores de 0,75
mm.


Carburización con gas
En este procedimiento se utilizan gases carburizantes para
la cementación. La pieza de acero con bajo contenido
carbónico se coloca en un tambor al que se introduce gas
para carburizar como derivados de los hidrocarburos o gas
natural.

El procedimiento consiste en mantener al horno, el gas y la
pieza entre 900 y 927 °C. después de un tiempo
predeterminado se corta el gas carburizante y se deja
enfriar el horno. Luego se saca la pieza y se recalienta a
760 °C y se enfría con rapidez en agua o salmuera.


Carburado, cianurado y
nitrurado
Existen varios procedimientos de endurecimiento
superficial con la utilización del nitrógeno y cianuro
a los que por lo regular se les conoce como
carbonitrurado o cianurado. En todos estos
procesos con ayuda de las sales del cianuro y del
amoniaco se logran superficies duras como en los
métodos anteriores.


Propiedades mecánicas
Los tratamientos térmicos modifican esa estructura cristalina sin
alterar la composición química, dando a los materiales unas
características mecánicas concretas, mediante un proceso de
calentamientos y enfriamientos sucesivos hasta conseguir la
estructura cristalina deseada.

Entre estas características están:

Resistencia al desgaste
Tenacidad
Maquinabilidad
Dureza


Mejora de las propiedades a
través del tratamiento térmico
Los tratamientos térmicos modifican la estructura cristalina que
forman los aceros sin variar la composición química de los
mismos.

Esta propiedad de tener diferentes estructuras de grano con la
misma composición química se llama polimorfismo y es la que
justifica los tratamientos térmicos.

Técnicamente el poliformismo es la capacidad de algunos
materiales de presentar distintas estructuras cristalinas, con una
única composición química, el diamante y el grafito son
polimorfismos del carbono.


Unidad 4 Polímeros, Cerámicos y Materiales Compuestos.

Compuesto orgánico, natural o
sintético, de elevado peso molecular
constituido por unidades
estructurales repetitivas o lo que es
igual cadenas de gran tamaño
formadas por la unión covalente de
varias unidades monoméricas
(macromolécula).

Plástico
Aquellos polímeros cuya propiedad
fundamental es la plasticidad
(termoplásticos). Se deforma
plásticamente bajo acción de presión
y/o calor.


Polímeros Cristalinos y Amorfos

Se distinguen regiones de
dos clases: las cristalinas,
en la que las cadenas
dobladas varias veces en
zigzag están alineadas
formando las
agrupaciones llamadas
cristalitos; y otras regiones
amorfas, en la que las
cadenas se enmarañan
en un completo desorden.


VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL USO DE
POLÍMEROS
• Ventajas de polímeros
• Mejoran el barrido vertical
• Son muy viscosas cuando son altamente diluidas.
• Mejora la razón de movilidad agua-petróleo.
• Son los más aplicables en pruebas de campo.
• Factor económico .

• Desventajas de polímeros
• Son sensibles a la salinidad.
• Taponamiento que se origina en la formación.
• Es muy susceptible al ataque bacterial.
• Son muy costosas al momento de tener problemas..
• Efecto de esfuerzos y altas temperaturas
• Agua de alta calidad


Ceramicos
• Este nombre agrupa un gran número de materiales de
carácter inorgánico, no metálicos ni polímeros, con
diferentes propiedades y aplicaciones. Todos ellos se
obtienen al hornear materiales naturales, como la arcilla o el
caolín, junto con una serie de aditivos, como colorantes,
desengrasantes, etc., todo ello mezclado y cocido en un
horno sucesivas veces.


• Entre los metales cerámicos puros destacan el óxido de aluminio, el
nitruro de silicio y el carburo de tungsteno.

• Estos materiales presentan una estructura atómica formada por enlaces
híbridos iónico-covalentes que posibilitan una gran estabilidad de sus
electrones y les confieren propiedades específicas como la dureza, la
rigidez y un elevado punto de fusión.

• Sin embargo, su estructura reticular tiene menos electrones libres que
la de los metales, por lo que resultan menos elásticos y tenaces que
éstos.

• Según su microestructura, podemos clasificarlos en: cerámicos
cristalinos, cerámicos no cristalinos o vidrios y vitro cerámicos.


Clasificación
• Cerámicos cristalinos
• Vitro cerámicos
Se obtienen a partir de sílice fundida.
Presentan una gran resistencia mecánica
y soportan altas temperaturas, superiores Se fabrican a partir de silicatos de
a la de reblandecimiento de la mayoría aluminio, litio y magnesio con un
de los vidrios refractarios. proceso de enfriamiento también
rápido. Químicamente son similares a
los vidrios convencionales, pero la
• Cerámicos no cristalinos mayor complejidad de sus moléculas
determina la aparición de
Se obtienen también a partir de sílice microcristales que les confieren mayor
pero, en este caso, el proceso de resistencia mecánica y muy baja
enfriamiento es rápido, lo que impide el dilatación térmica.
proceso de cristalización.


Material Compuesto
Son aquellos que se componen de combinaciones
de metales, cerámicos y polímeros. Las
propiedades que se obtiene de estas
combinaciones son características de ellos, lo que
hace que su utilización cada vez sea mas
imponente sobre todo en aquellas piezas que
necesitamos propiedades combinadas en la que un
material (polímero, metal o cerámico) por si solo
no nos puede brindar.


• Un material compuesto presenta 2 elementos
principales: fibra y matriz. La combinación
adecuada de estos componentes origina unos
materiales con mejores propiedades que las partes
que los componen por separado. Además de fibra
y matriz existen otros tipos de componentes como
cargas y adictivos que dotan a los materiales
compuestos de características peculiares para cada
tipo de fabricación y aplicación.


• Fibras. - Las fibras es el componente de
refuerzo del material compuesto. Aporta
resistencia mecánica, rigidez y dureza y va a ser
determinante para obtener las principales
propiedades mecánicas. Las características mas
sobresalientes de las fibras de los materiales
compuestos son su resistencia a la tracción
especifica y su elevado modulo especifico.

Fibras de carbono Fibras orgánicas
Fibra de vidrio Fibra de boro
Fibra de carburo de silicio Fibra de cuarzo
Fibras metálicas Otras fibras cerámicas


Matriz. - Es el volumen donde se encuentra alojado
la fibra, se puede distinguir a simple vista por ser
continuo. Los refuerzos deben estar fuertemente
unidos a la matriz, de forma que su resistencia y
rigidez sea transmitido al material compuesto. El
comportamiento a fractura también depende de la
resistencia de la interfase. Una interfase débil da
como resultado un material con baja rigidez y
resistencia pero alta resistencia a la fractura y
viceversa.

Matrices orgánicas Matrices inorgánicas.


Aplicaciones
CONSTRUCCIONES:
• Andamios NAVAL:
• Bancos •Balizas
• Barandillas de fuentes •Bicheros
•Candeleros y pasamanos
• Barreras •Mástiles y verjas de velas
• Desatascadores
• Escalas
• Estructuras
• Marcos y canales
• Postes de alumbrado
• Postes de cercados
• Refuerzos
• Rejillas
• Tirantes
• Tuberías de baja presión
• Horcas


Unidad 5 Comportamiento Mecánico de los Materiales.

• Son las que están relacionadas con el
comportamiento del material cuando se somete a
esfuerzos.

 Dureza: Un material es duro o blando dependiendo
de si otros materiales pueden rayarlo

 Tenacidad/Fragilidad: Un material es tenaz si
aguanta los golpes sin romperse; es frágil, si cuando
le damos un golpe se rompe.

Unidad 5 Comportamiento
Mecánico de los Materiales.

PROPIEDADES MECÁNICAS
• Son las que están relacionadas con el comportamiento del
material cuando se somete a esfuerzos.
 Elasticidad/Plasticidad: Un material es elástico
cuando, al aplicarle una fuerza se estira, y al
retirarla vuelve a la posición inicial. Un material es
plástico cuando al retirarle la fuerza continua
deformado.

 Resistencia mecánica: Un material tiene resistencia
mecánica cuando soporta esfuerzos sin romperse.


DIAGRAMA ESFUERZO-DEFORMACIÓN
• El diagrama empieza con una línea recta desde O hasta
A. En esta región, el esfuerzo y la deformación son
directamente proporcionales, y se dice que el
comportamiento del material es lineal.

• Después del punto A ya no existe una relación lineal
entre el esfuerzo y la deformación, por lo que el
esfuerzo en el punto A se denomina límite de
proporcionalidad.

• La relación lineal entre el esfuerzo y la deformación
puede expresarse mediante la ecuación σ = Ez ,
donde E es una constante de proporcionalidad
conocida como el módulo de elasticidad del
material.

• El módulo de elasticidad es la pendiente del
diagrama esfuerzo-deformación en la región
linealmente elástica, y su valor depende del material
particular que se utilice.


• Después de sufrir las deformaciones en BC, el material
muestra un endurecimiento por deformación. En este
proceso, sufre cambios en sus estructuras cristalina y
atómica, dando un incremento en la resistencia del
material.

• Un alargamiento requiere de un incremento en la carga
de tensión, y el diagrama esfuerzo-deformación toma una
pendiente (+) desde C hasta D.

• La carga alcanza su valor máximo y el esfuerzo
correspondiente (en el punto D) se denomina esfuerzo
último. De hecho, el alargamiento posterior de la barra se
acompaña de una reducción en la carga y finalmente se
presenta la fractura en un punto E, tal como se indica en
el diagrama.


• La ecuación σ = Ez se conoce comúnmente como
Ley de Hooke.


MEDICIONES
• Ensayo de dureza a la penetración (estáticos):
Por medio de la huella que deja un penetrador al que
le aplicamos un peso constante, el cual se empuja
contra la superficie del material cuya dureza se
quiere determinar.

• Ensayos de resistencia al impacto: Las cargas
aplicadas actúan instantáneamente para medir la
resistencia al choque o tenacidad. Pueden ser de 2
tipos: Tracción por choque (la velocidad de
aplicación de la fuerza es alta) y flexión por choque
(una probeta de sección cuadrada provista de una
entalladura en U o V, es sometida a una carga de
ruptura por un martillo que se desplaza en una
trayectoria circular).


• Ensayos de fatiga: Cuando las piezas son sometidas
a esfuerzos variables, en magnitud y sentido, que se
repiten con cierta frecuencia, se pueden romper con
cargas inferiores a las de rotura; trabajando incluso,
por debajo del límite elástico, siempre que actúen
durante un tiempo suficiente.

• A este fenómeno se le conoce con el nombre de fatiga.
Los ensayos de fatiga más habituales son los de
flexión rotativa y torsión.


ANÁLISIS DE FALLAS (FRACTURAS)
• En general, las fracturas que sufren los
materiales se pueden clasificar en dos tipos:

a) Fractura Dúctil
• b) Fractura Frágil.


• Una fractura dúctil ocurre después de que un material es
sometido a una deformación plástica excesiva.

• Una fractura frágil es aquella que ocurre antes o durante
el momento en el que se presenta una deformación
plástica. Se presenta principalmente en materiales no
cristalinos, en presencia de temperaturas muy bajas.

Para determinar las fallas por fractura se usan:

• Ensayos destructivos: Se produce daño o rotura de la
pieza sometida al ensayo.

• No destructivos: se analizan los defectos del material
mediante métodos de observación directa; empleando
rayos X, ultrasonidos, campos magnéticos, microscopios,
etc.

Unidad 5 Comportamiento Mecánico de los Materiales .

¿Qué es el trabajo en caliente?
El trabajo en caliente incluye tareas como soldar, cortar,
esmerilar y utilizar sopletes en áreas que no están
diseñadas para estas actividades.

Esto genera una gran cantidad de incendios en negocios
e industrias todos los años. Los procedimientos para
trabajar en caliente reducen las posibilidades de que se
produzcan incendios en la instalación.


SOLDADURA ELÉCTRICA DE ARCO
• La fuente de calor es un arco eléctrico. Al frotar
ligeramente el extremo del eléctrodo contra el metal
de las piezas, se produce un cortocircuito. Así
aparece una chispa a altísima temperatura que
calienta el aire entre los 2 puntos de contacto.


CORTE Y SOLDADURA CON GASES
• Este proceso usa una mezcla de gas (acetileno) y
oxígeno obtenido de cilindros a presión; los gases se
envían a un soplete a través de válvulas y
reguladores en la adecuada presión y proporción, se
mezclan en el soplete y se queman generando una
llama de altísima temperatura en la punta del
mismo.


AMOLADO
• El amolado es un proceso de remoción de material,
en el que una rueda compuesta por partículas
abrasivas desgasta una superficie más suave; como
resultado, se desprenden chispas a altísimas
temperaturas que representan pequeños
fragmentos metálicos removidos rápidamente.


¿Qué es el trabajo en frío?
• El trabajo en frío hace referencia a todos aquellos
procesos de Conformado (moldeo de algún
material), realizados a baja temperatura
generalmente ambiente; como son el embutido,
estampado, rolado o laminado, estirado, etc.


EMBUTIDO
• Cavidades de moldes, se produce forzando al macho
(pieza que entra en otra) en un acero blando. El
macho es térmicamente tratado para obtener la
dureza necesaria y la resistencia para soportar las
presiones.


• Un dado sencillo, montado sobre un apisonador, se
coloca entre dos correderas que agarran la hoja
metálica.

• Se realiza únicamente en frío. Cualquier intento de
estirado en caliente, produce en el metal un cuello y
la ruptura.


ESTAMPADO O FORJA EN FRIO
• Se refiere a una fuerza de compresión o impacto, que causa
que el material fluya de alguna forma predeterminada de
acuerdo al diseño de los dados. En el caso más simple, el metal
es comprimido entre un martillo y un yunque; y la forma final se
obtiene girando y moviendo la pieza de trabajo entre golpe y
golpe.

• Puede realizarse ya sea con el metal caliente o frío, aunque
éste último es limitado en sus aplicaciones debido al desgaste
de dados y posibilidad de deformación.


ROLADO O LAMINADO
• Consiste en pasar un material por unos rodillos con una forma
determinada, para que al aplicar presión, el material metálico
adquiera la forma que se necesita. El material metálico puede
estar en forma de lingotes o lupias, y pueden ser secciones
rectangulares, cuadradas o redondas.

• Puede ser usado en caliente y frío. Este último se lleva a cabo
por razones especiales, como la producción de buenas
superficies de acabado o propiedades mecánicas especiales.


ESTIRADO
• El material es estirado por encima de los limites de
elasticidad, para la producción de formas en hojas de
metal. Las hojas se estiran sobre hormas
conformadas, en donde se deforman plásticamente
hasta asumir los perfiles requeridos.

• Es un proceso de trabajo en frío, y es generalmente
el menos usado de todos.


ESTADO Y PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

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