Ensayos de Materiales

5. Ensayo de Materiales.

Se usa para saber si un material es mas adecuado para soportar alguno o varios de los esfuerzos físicos, se le someten a una serie de pruebas en las que se determina cada una de las propiedades mecánicas y la resistencia a un esfuerzo.

Ensayo de Tracción.

Consiste en estirar lentamente una probeta, de longitud y sección normalizadas, del material a analizar, hasta que se rompe. A continuación se analizan los alargamientos producidos a medida que aumenta la fuerza.


Ensayo de fatiga.

Consiste en hacer girar rápidamente una probeta normalizada del material a analizar, al mismo tiempo que se deforma (flexión) debido a la fuerza F. Al numero de revoluciones que ha girado antes de romperse se le llama límite de fatiga.



Ensayo de Dureza.

Consiste en ejercer una determinada fuerza con un diamante o bola de acero sobre la pieza a analizar y ver las medidas de la huella dejada. Luego se aplica una fórmula y se calcula el grado de dureza. Las escalas mas importantes son Brinell y Rockwell.




Ensayo de Resiliencia.

Consiste en determinar la energía necesaria para romper una probeta normalizada del material a analizar , mediante un impacto. Se usa un péndulo (Péndulo de Charpy) que lleva una velocidad entre 5 m/s y 7 m/s. Para calcula la energía se anota la altura a la que se suelta. Ésta será una energía potencial. Después de haber roto la probeta, la energía sobrante hará ascender el péndulo un ángulo (Beta)

Tipos de Esfuerzos Físicos.

4.Tipos de Esfuerzos Físicos.

Una fuerza sobre un objeto tiende a deformarlo, la deformación producida dependerá de la dirección, sentido y punto de aplicación donde esté colocada esa fuerza.

Tracción.

Es el esfuerzo al que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actú
an en sentido opuesto, y tienden a estirarlo.

Se considera que las tensiones que tienen cualquier sección perpendicular a dichas fuerzas: son normales a esa sección, son de sentidos opuestos a las fuerzas que intentan alargar el cuerpo.La tracción produce un alargamiento sobre el eje "X" produce a su vez una disminución sobre los ejes "Y" y "Z". Esto se conoce como módulo de Poisson.

Cuando se trata de cuerpos sólidos, las deformaciones pueden ser permanentes: en este caso, el cuerpo ha superado su punto de fluencia y se comporta de forma plástica, de modo que tras cesar el esfuerzo de tracción se mantiene el alargamiento; si las deformaciones no son permanentes se dice que el cuerpo es elástico, de manera que, cuando desaparece el esfuerzo de tracción, aquél recupera su primitiva longitud.

Compresión.

Es la resultante de las tensiones o presiones que existe dentro de un sólido deformable o medio continuo, caracterizada porque tiene a una reducción de volumen o un acortamiento en determinada dirección. En general, cuando se somete un material a un conjunto de fuerzas se produce tanto flexión, como cizallamiento o torsión, todos estos esfuerzos conllevan la aparición de tensiones tanto de tracción como de compresión.

En un prisma mecánico el esfuerzo de compresión puede caracterizarse más simplemente como la fuerza que actúa sobre el material de dicho prisma, a través de una sección transversal al eje baricéntrico, lo que tiene el efecto de acortar la pieza en la dirección de eje baricéntrico.

Flexión.

Es el tipo de deformación que presenta un elemento estructural alargado en una dirección perpendicular a su eje longitudinal. El término "alargado" se aplica cuando una dimensión es dominante frente a las otras. Un caso típico son las vigas, las que están diseñas para trabajar, principalmente, por flexión. También se extiende a elementos estructurales superficiales como placas o láminas.

El rasgo más destacado es que un objeto sometido a flexión presenta una superficie de puntos llamada fibra neutra tal que la distancia a lo largo de cualquier curva contenida en ella no varía con respecto al valor antes de la deformación. El esfuerzo que provoca la flexión se denomina momento flector.

Torsión.

Es la solicitación que se presenta cuando se aplica un momento sobre el eje longitudinal de un elemento constructivo o prisma mecánico, como pueden ser ejes o, en general, elementos donde una dimensión predomina sobre las otras dos, aunque es posible encontrarla en situaciones diversas.

La torsión se caracteriza geométricamente porque cualquier curva paralela al eje de la pieza deja de estar contenida en el plano formado inicialmente por la dos curvas. En lugar de eso una curva paralela al eje se retuerce alrededor de él.

Cortadura.

Es el esfuerzo que soporta una pieza cuando sobre ella actúan fuerzas contenidas en la propia superficie de actuación. Un ejemplo de esfuerzo de cortadura sería el que soportan los roblones después de colocados.

Generalmente, el esfuerzo de cortadura no se presenta aislado, suele ir acompañado de algún otro esfuerzo. En el caso de los roblones, por ejemplo, están sometidos además de a la tensión de cortadura, a otra tensión de tracción necesaria para mantener unidas dos chapas metálicas.

Pandeo.

Es un comportamiento típico de los elementos estructurales sometidos a esfuerzos de compresión. Cuando la carga de compresión aumenta progresivamente llega a un valor en el cual el elemento esbelto, en lugar de limitarse a cortar su altura, curva su eje; una vez que esto ocurre aunque no se incremente el valor de la carga el elemento continúa curvándose hasta el colapso definitivo

.

Propiedades de los Materiales

3. Propiedades de los Materiales.

Se necesita sopesar las ventajas e inconvenientes de cada uno de los materiales y elegir adecuadamente aquel que se adapte a las necesidades requeridas. Para elegirlo adecuadamente hay que tener en cuenta las siguientes propiedades.

Propiedad Sensorial:

Es la elección de materiales a través de los sentidos, es decir, el tacto, el olor, la forma, el brillo, la textura y el color. Un ejemplo sería a la hora de de comprar prendas de vestir, se eligen por el tacto, es mejor llevar algodón que es más agradable al tacto.

Propiedad Óptica:

Se refieren esta propiedad a la resistencia o reacción del material cuando la luz incide sobre él. Los materiales pueden ser opacos (No permiten que la luz los atraviese), translúcidos (permiten que penetre la luz pero no dejan ver nitidamente tras ellos) o transparentes (dejan pasar la luz).

Propiedad Térmica.

Esta propiedad se describe como la reacción o el comportamiento de los materiales ante el calor. Los metales son buenos conductores del calor y los aislantes como los vidrios, fibra de carbono.


Propiedad magnetica

El magnetismo es el fenómeno por el cual los materiales muestran una fuerza atractiva ó repulsiva ó influyen en otros materiales, ha sido conocido por cientos de años. Sin embargo, los principios y mecanismos que explican el fenómeno magnético son complejos y refinados y su entendimiento fue eludido hasta tiempos relativamente recientes. Muchos de nuestros dispositivos modernos cuentan con materiales inagnéticos; estos incluyen generadores eléctricos y transformadores, motores eléctricos, radio y TV., teléfonos, computadores y componentes de
sistemas de reproducción de sonido y video.

El hierro, algunos aceros y la magnetita son ejemplos bien conocidos de materiales que exhiben propiedades magnéticas.

Propiedad química.

Se divide en dos principales partes (oxidación y corrosión). Ya que no es lo mismo usar un instrumento para el uso cotidiano o para fabricas.

Oxidación. Es una reacción química donde un metal o un no metal cede electrones, y por tanto aumenta su estado de oxidación. La reacción química opuesta a la oxidación se conoce como reducción, es decir cuando una especie química acepta electrones. Estas dos reacciones siempre se dan juntas, es decir, cuando una sustancia se oxida, siempre es por la acción de otra que se reduce. Una cede electrones y la otra los acepta.

Corrosión. la interacción de un metal con el medio que lo rodea, produciendo el consiguiente deterioro en sus propiedades tanto físicas como químicas. Las características fundamental de este fenómeno, es que sólo ocurre en presencia de un electrólito.

Propiedades Mecánicas.

Elasticidad. Capacidad que tienen algunos materiales para recuperar su forma, una vez que ha desaparecido la fuera que los deformaba.

Plasticidad. Es la propiedad mecánica de un material, biológico o de otro tipo, deformarse permanentemente e irreversiblemente cuando se encuentra sometido tensiones por encima de su rango elástico es decir, por encima de su límite elástico.
En los metales, la plasticidad se explica en términos de desplazamientos irreversibles dislocaciones.

Ductilidad. Es la propiedad que presentan algunos metales y aleacciones cuando, bajo la acción de una fuerza, pueden deformarse sin romperse permitiendo obtener alambres o hilos. A los metales que presentan esta propiedad se les denomina dúctiles.

Maleabilidad. Capacidad de un material para extenderse en laminas sin romperse. Especialmente usado con el papel de aluminio (Tetra Brick). También son maleables el oro...

Dureza. Oposición que ofrece un cuerpo a dejarse rayar o penetrar por otro, o lo que es igual, la resistencia al desgaste.

En metalurgia la dureza se mide utilizando un durómetro para el ensayo de penetración. Dependiendo del tipo de punta empleada y del rango de cargas aplicadas, existen diferentes escalas, adecuadas para distintos rangos de dureza.

El interés de la determinación de la dureza en los aceros estriba en la correlación existente entre la dureza y la resistencia mecánica, siendo un método de ensayo más económico y rápido que el ensayo de tracción.


Fragilidad. La capacidad de un material de fracturarse con escasa deformación, a diferencia de los materiales ductiles que se rompen tras sufrir acusadas deformaciones plásticas. La rotura frágil tiene la peculiaridad de absorber relativamente poca energía.


Tenacidad. es la resistencia que opone un mineral u otro material a ser roto, molido, doblado, desgarrado o suprimido, siendo una medida de su cohesión cuando está sometido a esfuerzos lentos de deformación.


Fatiga. Es un fenómeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinámicas cíclicas se produce mas facilmente que con cargas estáticas. Un ejemplo de ello se tiene en un alambre: flexionandolo repetidamente se rompe con facilidad. La fátiga es una forma de rotura que ocurre en estructuras sometidas a tensiones muy dinámicas y fluctruantes (puentes, aviones, etc...). Puede ocurrir a una tensión menor que la resistencia a tracción o el límite elástico para una carga estática. Es muy importante ya que es la primera causa de rotura de los materiales metalicos (aproximadamente el 90%) aunque también ocurre en polímeros y cerámicas.


Maquinabilidad. Es una propiedad de los materiales que permite compar la facilidad con que pueden ser mecanizados por arranque de viruta. Los materiales con mejor maquinabilidad requieren potencias y fuerzas de corte reducidas, con un desgaste lento de los filos de corte y pueden mecanizarse obteniendo superficies menos rugosas y con un mejor acabado. Otro factor que indica una buena maquinabilidad es la posibilidad de controlar facilmente la longitud de la viruta resultante. Las virutas largas y delgadas pueden enrendarse y dificultar las operaciones de corte.


Acritud. Aumento de la dureza, fragilidad y resistencia en ciertos materiales como consecuencia de la deformación en frío.


Colabilidad. Es la capacidad de un metal fundido para producir piezas fundidas completas y sin defectos. Para que un metal sea colable debe poseer gran fluidez para poder llenar completamente el molde. Los metales más fusibles y colables son la fundición de hierro, de bronce, de latón y de aleaciones ligeras.

Resiliencia. Resistencia que opone a los choques o esfuerzos bruscos.

Clasificación de los Materiales.

2. Clasificación de los materiales.

Segun de donde se obtengan los materiales se pueden clasificar en tres grandes grupos.

Materiales naturales.

Son el tipo de materiales que se encuentran en la naturaleza, son básicos y a partir de ellos se fabrican los demás productos. Han ido mejorando la forma de extraerlos segun el paso de los años, son naturales la madera, lana, esparto, arcilla, oro, plata.

Madera: Proviene de los arboles.
Lana: De las ovejas.
Esparto: Es una planta.
Arcilla: Tierra.
Oro: Minas/Yacimientos
Plata: Minas/Yacimientos.


Materiales artificiales.

Son aquellos que se obtienen a partir de materiales naturales que se encuentran en la naturaleza (materiales naturales) y no han tenido una transformación previa. Son también materiales artificiales un producto que este fabricado con varios materiales naturales.

Hormigón
Tornillos
Copas
Pilas

Materiales SIntéticos.

Son el tipo de materiales que están fabricados por el hombre a partir de materiales artificiales. No se encuentran en la naturaleza ni ellos ni ninguno de los materiales que los componen.

Plástico
DVD
Boligrafos

Los Materiales: Tipos y Propiedades.

1. Introducción Histórica.

El ser humano ha utilizado diversos materiales desde sus origenes, aunque no sabían su composición. Empezaron con materiales mas sencillos y mas fragiles y fueron evolucionando hacia materiales mas complejos y con mas características, esto favoreció una evolución del hombre positiva y una mejora de su calidad de vida ya que les permitió alimentarse, relacionarse y reproduccirse con mayor facilidad.


Edad de Piedra.

Hace aproximadamente 1 millón de años que surgió esta edad, en esta época crearon instrumentos de piedra porque no tenían tecnología mas avanzada, también usaban materiales como la madera, los huesos... para hacer instrumentos como hachas, flechas, hoces. No solo cazaban sino que también descubrieron el fuego, haciendo chispas con dos piedras y poniendo paja o madera vieron que se encendía y que daba calor, también usaros las pieles de los animales para protegerse del tiempo, lo cortaban con duras rocas como el silex que es uno de los materiales mas usados en esta época y se puede encontrar facilmente.


Edad de Bronce.

Empezó aproximadamente en el año 3000 a.c , en esta época trabajan el bronce (aleación estaño y cobre), estas herramientas eran mas duras y mas sencillas de fabricar que las que son solo de cobre, esto supone una gran mejoría de la calidad de vida de las personas, crean mejores instrumentos para cazar y todo conlleva a una evolución del hombre. Hay que destacar que no en todos los lugares surgió en el mismo tiempo, los primeros en conocerla fueron por la actual zona de Tailandia (4500 a.c.), luego asia menor (3000 a.c) y mas adelante Grecia y China (3000 a.c y 1800 a.c.) .


Edad de Hierro.

Surge entre los años 1200-500 a.c aprox. El método para obtener instrumentos hechos de hierro era mas complejo que en los anteriores porque hay que separar las impurezas y calentar el material a una temperatura mucho mas grande. Pero tenía ventajas como su gran abundancia y la dureza de este material. Se tenía que calentar en un horno con carbón, aunque no completaba su proceso, se hacía una pequeña pasta que dandole golpes con un martillo lo amoldaban y formaban el objeto deseado. Supuso un gran cambio en los instrumentos usados en la agricultura.