Propiedades Mecánicas, Magnéticas y Eléctricas de los Materiales

Ensayos de Dureza y Resiliencia

Ensayos de Dureza

• Brinell: Utilizado para materiales no muy duros. Emplea una bola de acero. Ofrece mayor precisión, aunque menor rapidez. Si las deformaciones son pequeñas, el margen de error es grande. Se utiliza un microscopio para la medición.
• Vickers: Ideal para materiales muy duros. Utiliza una pirámide regular de diamante. Ofrece mayor precisión que el método Brinell, aunque es más lento y costoso.
• Rockwell:
  • HRB: Para materiales blandos, utiliza una bola de acero. Mide la profundidad; es más rápido pero tiene menor precisión.
  • HRC: Para materiales duros, utiliza un cono de acero con punta de diamante. Mide la profundidad de forma similar al HRB.

Resiliencia y Método Charpy

A menor temperatura, disminuye la ductilidad y la resiliencia. A mayor velocidad de impacto y menor temperatura, la resiliencia disminuye. Los aceros presentan mayor resistencia al enfriarse bruscamente que lentamente.

Nota: El efecto fibra es máximo cuando el eje de la probeta coincide con la dirección de la fibra y mínimo cuando es transversal.

• Método Charpy: Utiliza tres tipos de péndulos: 100J (probetas 10x10mm), 300J (probetas 10x10mm) y 3000J (probetas 30x30mm). Los materiales dúctiles requieren entalladuras más agudas y profundas.

En materiales metálicos, el módulo elástico disminuye al aumentar la temperatura. Cuando un material se deforma por fluencia en caliente, la deformación es dependiente del tiempo.

Longitud y Orientación de Fibra

• Longitud de fibra: La carga máxima se sitúa en el centro del eje de la fibra.
  • Si l >> lc (fibras continuas): el esfuerzo aplicado es igual a la resistencia de la fibra.
  • Si l << lc (fibras discontinuas o cortas): el reforzamiento es menor.
• Orientación de fibra:
  • Continuas y alineadas (anisotrópicas): Carga longitudinal (isodeformación) y carga transversal (isotensionado).
  • Discontinuas y alineadas: El reforzamiento es menor que en fibras continuas.
  • Discontinuas al azar: Se utiliza el parámetro k de eficiencia de fibra (k < 1).

Propiedades Avanzadas de los Materiales

Superconductividad

A mayor temperatura, mayor resistividad y menor campo crítico. Si T < Tc, el material es superconductor (diamagnético); si T > Tc, es normal. La superconductividad ocurre cuando no hay dispersión de electrones y la resistividad es cero. Se prefiere el tipo II por su comportamiento ante la temperatura y el campo magnético.

Piezoelectricidad

Utilizada en transductores y agujas de tocadiscos. Estos materiales carecen de centro de simetría y convierten energía eléctrica en deformación mecánica y viceversa.

Ferroelectricidad

Poseen dipolos eléctricos permanentes en ausencia de campo eléctrico. Presentan polarización espontánea. Se dividen en:

• Orden-desorden: Sin propagación ni fonones; incluyen cristales con enlaces de hidrógeno.
• Desplazamiento: Con propagación; incluyen cristales iónicos relacionados con perovskita e ilmenita.

Ferromagnetismo e Histéresis

El ferromagnetismo se diferencia del ferrimagnetismo por el origen de sus momentos magnéticos. Al aumentar la temperatura, aumentan las vibraciones térmicas, disminuye la magnetización y los momentos magnéticos quedan libres. Al superar la Temperatura de Curie, el material se vuelve paramagnético.

Ciclo de histéresis:

• Punto de saturación máxima: T = 0K.
• Inducción remanente: Valor de inducción magnética cuando H = 0.
• Campo coercitivo: Intensidad de campo necesaria para que B = 0.