Propiedades de los Materiales, Técnicas de Medida y Ensayo en Tecnología

Introducción a las Propiedades de los Materiales

Al ver una determinada pieza de un material con cierto detenimiento podemos diferenciar que tipo de material es, pero sólo con esa información no podemos saber todas las propiedades de dicha pieza. Hay veces que para conocer determinadas características o propiedades de un material debemos recurrir a procedimientos conocidos como ensayos de materiales. Cada material tiene unas propiedades dominantes. La importancia de los ensayos es enorme, ya que permite elegir con seguridad que materiales seleccionar para un fin determinado.

Estructura y Distribución Atómica en la Materia

Para conocer las propiedades de la materia es necesario conocer su estructura. Todas las sustancias están constituidas por los mismos componentes fundamentales: protones, neutrones y electrones, que forman los átomos. La distribución de estos átomos en un material posee una gran influencia sobre sus propiedades. Según se agrupen, el material tendrá una estructura molecular amorfa o cristalina.

Propiedades de los Materiales

Generalidades de las Propiedades

Definimos las propiedades de un material como las características de las reacciones exteriores que tienden a alterar su equilibrio. Todos los materiales gozan de todas las propiedades, aunque se dice que un material tiene una determinada propiedad cuando la calidad de esta es superior a cierto límite. Las propiedades de los materiales pueden clasificarse en cinco grandes grupos: Organolepticas, físicas, mecanicas, químicas y tecnológicas.

Propiedades Organolépticas

Son aquellas referentes al aspecto, color, tamaño y demás circunstancias que se puedan apreciar por el simple ejercicio de los sentidos o con el auxilio de útiles sencillos. Las más importantes son: Aspecto exterior: Es la primera impresión que produce la contemplación del material que nos permite apreciar su forma, sus dimensiones, sus imperfecciones, su geometría. Color: Los cuerpos en sí no tienen coloración alguna, sino una mayor o menor capacidad de reflexión de uno o varios de los 7 colores primitivos del espectro solar. Esta propiedad tiene mucha importancia en aquellos materiales que tienen que quedar a la vista. [Escriba aquí]TEMA 29. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES. TÉCNICAS DE MEDIDA Y ENSAYO DE PROPIEDADES Fractura: Al romper un material nos da una idea de su uniformidad y cohesión. Íntimamente ligado a su estructura y su homogeneidad, esta fractura puede ser plana, astillosa, ondulada, hojosa ... Homogeneidad: Un material es homogéneo cuando tiene constitución uniforme en toda su masa, pudiendo apreciarse por lo general por simple observación. Suele ser una propiedad fundamental para materiales de construcción.

Propiedades Físicas

Son las relacionadas con su peso, volumen, configuración cristalográfica y comportamiento ante agentes físicos. Estructura: En cada material, debido al proceso de creación o fabricación, existe una diferente ordenación de las moléculas, se pueden apreciar a simple vista o con un microscopio. Existen dos grupos de estructuras: Las cristalinas y las vítreas o amorfas. La estructura cristalina se caracteriza por la perfecta ordenación de sus moléculas que forman cristales. La estructura vítrea o amorfa es aquella en la que o existe ordenación molecular, aun pudiendo existir algún cristal. Densidad y Peso específico: Se entiende por densidad de un cuerpo, a la masa contenida por unidad de volumen. Sus unidades son el Kg y m3. Si el cuerpo es homogéneo vendrá dado por el cociente de la masa (m) del cuerpo y el volumen (v) que ocupa. El peso específico es el cociente entre el peso del material y el volumen que ocupa en el espacio. Porosidad y compacidad: Se define porosidad como la relación entre el volumen ocupado por los poros del cuerpo y el volumen total envolvente, pudiendo ser absoluta o relativa según se consideren los poros totales o solamente los accesibles. La compacidad es el grado de porosidad de un material, a mayor compacidad menor porosidad. La porosidad y compacidad tienen importancia en la posibilidad de absorción del agua y en su cantidad. Absorción y permeabilidad: La permeabilidad es la capacidad que tiene un material de permitirle a un fluido que lo atraviese sin alterar su composición. La propiedad de absorber líquidos viene dada por el coeficiente de absorción de cada material. Calor específico: Es la energía requerida para hacer variar en un grado la temperatura de la unidad de masa de un material. Este coeficiente tendrá un valor característico para cada tipo de material. Conductividad térmica: Expresa la mayor o menor facilidad con que los cuerpos transmiten la energía calorífica a través de su propia materia. La cantidad de calor que atraviesa un cuerpo depende de la diferencia de temperatura, de la superficie, del espesor y de la naturaleza del cuerpo. [Escriba aquí]TEMA 29. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES. TÉCNICAS DE MEDIDA Y ENSAYO DE PROPIEDADES Esta dependencia se expresa mediante el coeficiente de conductividad térmica (C), definido como la cantidad de calor que atraviesa una placa de 1 cm2 de superficie y 1 cm de espesor, en la unidad de tiempo cuando la diferencia de temperatura entre ambas caras es de 1°C. Conductividad eléctrica: Representa la facilidad con la que un cuerpo deja pasar la corriente eléctrica a través de su masa. Esta depende de la estructura del material. Atendiendo a su conductividad se clasifican en: Conductores: Dejan traspasar a través de ellos la electricidad. Aislantes: No permiten el paso de la corriente eléctrica. Semiconductores: Dependiendo de las circunstancias pueden ser conductores o aislantes.

Propiedades Mecánicas

Las propiedades mecánicas de un material describen su comportamiento bajo la acción de fuerzas externas. Elasticidad y plasticidad: Es la capacidad que presentan determinados materiales de recobrar su forma original después de haber sido deformados y una vez que cesa la acción exterior que los deformó. El Límite de elasticidad es aquel punto donde las fuerzas exteriores, comienzan a producir deformaciones permanentes en el material. Los cuerpos que no recuperan su forma inicial se llaman inelásticos o plásticos. Ductilidad: Es la capacidad de un metal para deformarse ante una fuerza de tracción y ser estirado y convertido en hilo. Maleabilidad: Capacidad del metal para deformarse y cambiar de forma cuando se lamina. Dureza: Resistencia que opone un cuerpo al ser rayado o penetrado por otro. Fragilidad: Facilidad de los materiales a romperse cuando una fuerza impacta sobre ellos. Resistencia a la rotura: Oposición de un material a romperse ante la acción continuada de diferentes esfuerzos (tracción, compresión, flexión, torsión y cizalladura). Resiliencia: Es la resistencia opuesta por un cuerpo a los choques o a los esfuerzos bruscos, es la característica mecánica contraria a la fragilidad, a mayor resiliencia, menor fragilidad. Tenacidad: Propiedad se absorber o soportar sin romperse, los esfuerzos bruscos que se le apliquen. Fatiga: Desgaste y posterior ruptura de un material, al soportar cargas repetitivas, aún cuando estas cargas están por debajo de su tensión de rotura. [Escriba aquí]TEMA 29. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES. TÉCNICAS DE MEDIDA Y ENSAYO DE PROPIEDADES Cohesión: Es la resistencia que oponen los átomos de los metales a separarse entre sí. Acritud: Propiedad que adquiere un metal que tras someterse a deformaciones en frio aumenta de dureza, fragilidad o resistencia.

Propiedades Químicas

Son las propiedades referidas ante la acción de un agente químico o atmosférico. Las más representativas son: Acidez y alcalinidad: Depende de las sustancias que forman iones en el agua, así las que forman ión hidronio son ácidas y las que dan hidroxilaciones son alcalinas. Las neutras no dan iones. La acidez se expresa con el pH, si es mayor que 7 es básico, si es menor de 7 es ácido y si es igual a 7 neutro. Corrosión y oxidación: La corrosión es definida como el deterioro de un material metálico a consecuencia de un ataque químico por su entorno y la oxidación es una reacción química en la que un metal o un no metal cede electrones. Este acaba ejerciendo una acción protectora.

Propiedades Tecnológicas

Estas propiedades nos indican el comportamiento de cada material al ser trabajado. Colabilidad: Se denominan colables los materiales que se funden y pueden colarse en moldes a diferentes temperaturas. Mecanizabilidad: Se dice que son mecanizables por corte o arranque de viruta aquellos materiales en los que, aplicando fuerzas tecnológicamente razonables, puede romperse la cohesión de las partículas. Soldabilidad: Soldables son los materiales en los que, por unión de las sustancias respectivas pueden conseguirse una cohesión local. Templabilidad: Indica que la dureza del material puede modificarse por transposición de partículas.

Técnicas de Medida y Ensayos de Propiedades

Los ensayos son procedimientos normalizados con los que se miden las propiedades de los materiales. Estos intentan simular las condiciones de trabajo para determinar la idoneidad del material o pieza. Debido a la diversidad de propiedades y a las diferentes formas de determinarlas, es necesario realizar una clasificación de los ensayos.

Clasificación de los Ensayos

Los ensayos se pueden clasificar en: Según la rigurosidad del ensayo

• Ensayos científicos: Son ensayos que se realizan en laboratorios especializados y nos permiten obtener valores precisos y reproducibles de las propiedades ensayadas, ya que las condiciones a las que se somete el material están convenientemente normalizadas.
• Ensayos tecnológicos Se hacen en fábrica, durante el proceso productivo. Se caracteriza por su rapidez y simplicidad. Dentro de estos ensayos se engloban: Según a la forma de realizar los ensayos

Ensayos Destructivos

Ensayos destructivos: Los materiales sometidos a este tipo de experimento ven alteradas su forma y presentación final. Encontramos los mecánicos y tecnológicos. ENSAYOS MECÁNICOS Según la velocidad de aplicación de los esfuerzos pueden ser: Ensayos estáticos: Son aquellos en los que la velocidad de aplicación de la fuerza no influye en el resultado. Dentro de estos están:

• Ensayos mecánicos
  • Ensayos Estáticos: Dureza, Tracción, Compresión, Cortadura, Pandeo, Torsión, Flexión.
  • Ensayos Dinámicos: Resiliencia, Fatiga.
• Ensayos tecnológicos: Embutición, Doblado, Forja, Chispa/corte, Soldadura.

Ensayos de Dureza

Ensayos de dureza - Ensayo de dureza al rayado, Método de abrasión o escala de Mosh: Los primeros procedimientos que se utilizaron, se basaron en la resistencia que oponen los cuerpos a ser rayados. Fue Mohs, en 1822, el que estableció la primera escala de dureza con 10 materiales, donde cada uno de ellos es rayado por el siguiente en la escala. Esta comienza por el talco como el más blando, y termina con el diamante como el más duro. - Ensayos de dureza a la penetración: Método Brinell: Emplea como penetrador una bola de acero templado. Al comprimir la bola contra la superficie del material, con una carga determinada, se produce una huella en forma de D casquete esférico. La dureza Brinell queda determinada por: HB=F/S = S= f D es el diámetro del penetrador en mm, f la profundidad de la huella en mm, d el diámetro de la huella en mm, F la d [Escriba aquí]

Ensayos No Destructivos

• Ensayos Estructurales: Micrográficos y Macrográficos.
• Ensayos de defectos: Sónicos, Ultrasónicos, Magnéticos, Eléctricos, rayos X, Rayos gamma, Líquidos penetrantes