Fundamentos de Materiales: Propiedades, Esfuerzos y Ensayos Técnicos

Propiedades Fundamentales de los Materiales

Los materiales poseen diversas propiedades que determinan su comportamiento y aplicaciones. Estas se clasifican en:

• Propiedades Químicas

  • Oxidación: Reacción de un material con el oxígeno.
  • Corrosión: Deterioro de un material debido a reacciones químicas o electroquímicas con su entorno.

• Propiedades Físicas

  • Densidad: Masa por unidad de volumen.
  • Peso Específico: Relación entre el peso de un material y su volumen.
  • Resistencia Eléctrica: Oposición de un material al flujo de corriente eléctrica. Se clasifican en:
    • Conductores: Permiten el paso de corriente fácilmente.
    • Aislantes: Impiden el paso de corriente.
    • Semiconductores: Su conductividad eléctrica puede ser controlada.

• Propiedades Térmicas

  • Dilatación: Aumento de volumen de un material por incremento de temperatura.
  • Calor Específico (CE): Cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una unidad de masa en un grado.
  • Temperatura de Fusión (Tª Fusión): Temperatura a la cual un material cambia de estado sólido a líquido.
  • Conductividad Térmica: Capacidad de un material para transferir calor.

• Propiedades Magnéticas

  • Diamagnéticos: Materiales débilmente repelidos por un campo magnético.
  • Paramagnéticos: Materiales débilmente atraídos por un campo magnético.
  • Ferromagnéticos: Materiales fuertemente atraídos por un campo magnético y capaces de retener magnetización.

• Propiedades Ópticas

  • Translucidez: Permite el paso de luz, pero la dispersa, impidiendo ver objetos claramente.
  • Opacidad: No permite el paso de luz.
  • Transparencia: Permite el paso de luz sin dispersión, permitiendo ver objetos claramente.
  • Reflexión: Cambio de dirección de la luz al incidir sobre una superficie.
  • Refracción: Cambio de dirección de la luz al pasar de un medio a otro.

• Propiedades Mecánicas

  • Elasticidad: Capacidad de un material para recuperar su forma original después de ser deformado.
  • Plasticidad: Capacidad de un material para deformarse permanentemente sin romperse.
  • Ductilidad: Capacidad de un material para deformarse en hilos finos.
  • Maleabilidad: Capacidad de un material para deformarse en láminas delgadas.
  • Dureza: Resistencia de un material a ser rayado o penetrado.
  • Fragilidad: Tendencia de un material a romperse con poca deformación.
  • Tenacidad: Capacidad de un material para absorber energía antes de fracturarse.
  • Fatiga: Deterioro de un material bajo cargas cíclicas repetidas.
  • Maquinabilidad: Facilidad con la que un material puede ser cortado o mecanizado.
  • Acritud: Aumento de la dureza y resistencia de un metal por deformación en frío.
  • Colabilidad: Facilidad con la que un metal fundido puede llenar un molde.
  • Resiliencia: Capacidad de un material para absorber energía elástica y liberarla al cesar el esfuerzo.

Tipos de Esfuerzos en Materiales

Los materiales pueden ser sometidos a diferentes tipos de fuerzas o esfuerzos que provocan deformaciones y tensiones internas:

1. Tracción: La fuerza tiende a alargar el objeto y actúa de manera perpendicular a la superficie que lo sujeta.
2. Compresión: La fuerza tiende a acortar el objeto y actúa perpendicularmente a la superficie que lo sujeta.
3. Flexión: La fuerza es paralela a la superficie de fijación y tiende a curvar el objeto.
4. Torsión: La fuerza tiende a retorcer el objeto. Las fuerzas son paralelas a la superficie de fijación.
5. Cortadura (o Cizallamiento): La fuerza es paralela a la superficie que se rompe y pasa por ella.
6. Pandeo: Es similar a la compresión, pero se da en objetos con poca sección y gran longitud, provocando que la pieza se curve o "pandee".

Ensayos Mecánicos de Materiales

Para determinar las propiedades y el comportamiento de los materiales bajo diferentes condiciones, se realizan diversos ensayos:

1. Ensayo de Tracción: Consiste en estirar lentamente una probeta normalizada hasta que se rompa. A continuación, se analizan los alargamientos producidos a medida que aumenta la fuerza aplicada.
2. Ensayo de Fatiga: Consiste en hacer girar rápidamente una probeta normalizada del material a analizar, al mismo tiempo que se deforma debido a una fuerza cíclica. El número de revoluciones que ha girado antes de romperse se denomina límite de fatiga.
3. Ensayo de Dureza: Consiste en ejercer una fuerza con un indentador (diamante o bola de acero) sobre la pieza a analizar y observar las medidas de la huella dejada. Luego, se aplica una fórmula para calcular el grado de dureza del material.
4. Ensayo de Resistencia al Impacto (o Ensayo de Resiliencia): Consiste en determinar la energía necesaria para romper una probeta normalizada del material mediante un impacto súbito. Se utiliza un péndulo que impacta la probeta a una velocidad de entre 5 y 7 m/s. Para calcular esta energía, se anota la altura a la que se suelta el péndulo (representando una energía potencial inicial). Después de haber roto la probeta, la energía sobrante hará ascender el péndulo un ángulo x, permitiendo calcular la energía absorbida.