Para poder estudiar estos materiales, vamos a clasificarlos por familias en función del tipo de material y la naturaleza de sus componentes.
Trateremos también en esta entrada los enlaces atómicos y moleculares y veremos como los átomos influyen directamente en las propiedades de los materiales y como las características químicas y formación de enlaces de los elementos determinan las propiedades físicas y mecánicas del material sólido que se forma.
Por ultimo, explicaremos los diferentes tipos de ensayos de materiales que encontramos, con el fin de encontrar las propiedades mecánicas de un material
Clasificación de los materiales según la naturaleza de sus componentes
-Materiales metálicos: Las características de estos materiales son que están compuestos de sustancias inorgánicas fundamentalmente metales, sin conformar óxidos ni sales metálicas. El tipo de enlace interatómico es metálico conformando estructura cristalina específica de los materiales. La resistencia es aceptable hasta media temperatura. Son buenos conductores del calor y de la electricidad. Son tenaces y deformables en general. Altas densidades. Como ejemplos tenemos los aceros, aluminio, cobre, titanio, superaleaciones, etc.
-Materiales Cerámicos: Compuestos de sustancias inorgánicas fundamentalmente óxidos y sales metálicas, excluyendo metales puros. El tipo de enlace interatómico es iónico conformando estructura cristalina específica de los cerámicos. Estos materiales son malos conductores del calor y de la electricidad. Son frágiles e indeformables. Destacan por su resistencia a altas temperaturas. Poseen densidades medias. Como ejemplos podemos destacar los ladrillos, porcelanas, vidrios, nitruros, etc.
-Materiales polímeros: Compuestos de sustancias orgánicas en base al C, H , O y otros elementos no metálicos. El tipo de enlace es covalente, conformando largas cadenas lineales o redes, con nula o media cristalinidad. Estos materiales son resistentes a bajas temperaturas y son malos conductores del calor y de la electricidad. Poseen bajas densidades. Unos son frágiles y otros son plásticos y tenaces. Como ejemplos destacan el polietileno,el poliester, el nylon, etc.
-Materiales electrónicos: Compuestos de sustancias inorgánicas en base al silicio y germanios. El enlace es covalente conformando la estructura cristalina del tipo metálico. Tiene propiedades de semiconductividad o conductividad condicionada. Podemos destacar entre estos, los diodos, chips , tiristores, etc.
-Materiales compuestos: Estos materiales están compuestos de dos o mas materiales citados anteriormente. Se trata de conseguir mejorar las propiedades débiles en unos y potenciar las fuertes de los otros pero conservando su forma inicial. El material a potenciar de propiedad débil se llama matriz y el que potencia se denomina refuerzo. Podemos hablar del hormigón armado en el que la matriz (el hormigón), es reforzada por el refuerzo( la varilla metálica) para conseguir mejores resistencias a la tracción.
Se pueden componer normalmente polímeros con cerámicos y metálicos con cerámicos
Características de los materiales
Debemos de tener claro que los materiales son los principales elementos para la fabricación de todo aquello que utilizamos. Las divisiones básicas son entre naturales y artificiales y estos luego se pueden clasificar en tangibles e intangibles.
Los materiales tienen siempre diferentes características dependiendo del uso que se les aplique.
Los materiales naturales son todos aquellos que tienen su origen en la naturaleza. Entre ellos están tales como la madera, azucares, frutas, verduras, huesos, pieles, cabello, dientes, plumas, aceites, grasas, etc.
Los materiales artificiales son todos aquellos creados por el ser humano. Entre estos destacan los eléctricos, los elementos químicos, gases, metales, plásticos, telas y vidrios .
Es muy importante elegir bien el material a utilizar y en las empresas sobretodo, pues se deberán adecuar al presupuesto y a los servicios. para que en sentido comercial se produzca el mejor resultado al coste mas bajo y con el menor daño a la naturaleza.
Podemos considerar las diferentes características:
-Tenacidad: Es un aspecto que se presenta en los metales denotando su dureza y resistencia a la fuerza a ser roto, molido , doblado, desgarrado o suprimido. La tenacidad como energía de deformación total que absorbe o acumula un material antes de alcanzar la rotura por acumulaciones de impacto. La tenacidad de un material depende de la temperatura y de la forma.
-Resistencia: Resistencia a la rotura ante esfuerzos bruscos o choques. Destacan el acero y el titanio
-Dureza: Es la forma en que se define la resistencia directa del material, ante golpes, cortaduras y ralladuras. Podemos observar como la madera se raya con facilidad al contrario que el vidrio. Por lo tanto la madera tiene menos dureza.
-Elasticidad: La elasticidad permite que los materiales regresen al punto original y es aprovechado para que el objetivo produzca el efecto deseado. En esta característica hablaríamos de una fuerza que se le aplica a un material y lo deforma de manera que en cuanto deja de actuar esa fuerza, se recupera la posición original.
-Plasticidad: la plasticidad es la característica de los materiales que se deforman cuando se someten a tensiones por encima de su límite elástico. Estos materiales después de pasar ese límite elástico quedan deformados permanentemente e irreversiblemente. Esta característica es importante ya que permite la transformación en artículos diferentes en función de las necesidades y proyectos.
-Fatiga: Hablamos de fatiga cuando un elemento es sometido a esfuerzos de magnitud y sentido variables de forma repetitiva y constante. Este elemento puede sufrir rotura ante cargas mucho más pequeñas a su resistencia normal .
-Fragilidad: La fragilidad es la propiedad de los materiales de romper bajo la acción de un impacto. Aquí hablaríamos de una rotura al superar el límite elástico sin apenas deformación plástica.
-Resiliencia: La resiliencia es la resistencia que opone un cuerpo a la rotura por choque o percusión. Es la propiedad completamente opuesta a la fragilidad.
-Fusibilidad: Conocemos como fusibilidad la capacidad para pasar de estado sólido a líquido por efecto del calor. Destacan como materiales el estaño y el plomo.
-Conductividad térmica: Es la capacidad para transmitir el calor, Es una propiedad general de los metales.
-Conductividad eléctrica: Es la capacidad para transmitir el calor. Es característica del cobre.
-Dilatación: Es la capacidad de aumentar de tamaño con el calor
Ensayos
Ensayo de tracción: En un ensayo de tracción someteremos a una probeta normalizada a un esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se produzca la rotura de la misma. Este ensayo mide la resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada lentamente. Aquí podemos ver un vídeo de un ensayo de tracción.
Ensayo de compresión: El ensayo de compresión es un ensayo técnico para determinar la resistencia de un material o su deformación ante un esfuerzo de compresión. En la mayoría de los casos se realiza en hormigones y metales, sobre todo aceros . Aunque puede realizarse sobre cualquier material. En este vídeo podemos ver como realizan este tipo de ensayo.
El ensayo de dureza Brinell. Este ensayo se utiliza en materiales blandos (de baja dureza) y muestras delgadas. El penetrador usado es una bola de acero templado de diferentes diámetros. Para los materiales más duros se usan bolas de carburo de tungsteno. Este ensayo se considera correcto, cuando el tamaño de la bola no es demasiado pequeño (se clavaría), ni demasiado grande (apenas dejaría marca. Se establece como criterio que el diámetro de la huella obtenida este comprendido entre la mitad y un cuarto del tamaño de la bola del penetrador. Aquí podemos observar como realizan este tipo de ensayo.
Aquí se puede ver un vídeo bastante interesante de un ensayo de dureza Vickers a una probeta de acero.
En el siguiente video podemos ver como realizan el ensayo de dureza Rockwell, paso a paso.
-Ensayo de módulo de Charpy:
Este ensayo nos servirá para determinar la tenacidad de un material. Es un ensayo de impacto de una probeta entallada y ensayada a flexión en tres puntos. 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. En estricto rigor se mide la energía absorbida en el área debajo de la curva de carga, desplazamiento que se conoce como resiliencia.
En el siguiente vídeo podemos ver el ensayo de módulo de charpy en el material bronce.
En esta nueva entrada hemos visto un poco más a fondo las características de los materiales que nos encontramos a diario en nuestra vida cotidiana.
Es posible que hasta ahora no les hayamos dado la importancia que en realidad tienen en todos los procesos fabriles de los que somos conscientes, ocurren en la sociedad.
Una vez más, entramos de lleno en el mundo de los materiales y los estudiamos más a fondo; sus procesos, las características que los definen , con el objetivo de seguir aprendiendo y dotarnos de un amplio conocimiento sobre los mismos, que nos capaciten como buenos técnicos en el sector.
ESTO ES TODO AMIGOS ... nos vemos en la siguiente entrada !