Resistencia, confiabilidad, condiciones

térmicas, corrosión, desgaste, fricción o

rozamiento, procesamiento, utilidad,

costos, seguridad, peso, ruido,

estilización, forma, tamaño, flexibilidad,

control, rigidez, acabado superficial,

lubricación, mantenimiento, volumen,

duración.

Algunos de estos factores se refieren a las dimensiones, al material, al procesamiento, o proceso de fabricación. Otros se refieren a la configuración del sistema.

Dentro de los factores económicos se deben tener en cuenta el empleo de tamaños estándares y el uso de amplias tolerancias en las medidas. Por eso cuando se comparan materiales hay que mirar el punto de equilibrio.

1. Materiales que soportan altas temperaturas, como las súper aleaciones.

2. Materiales más resistentes como los aceros micro aleado.

3. Materiales para aligerar las estructuras móviles como en ferrocarril y automoción. Son en base al aluminio y titanio.

4. Procesos de compactación, en metalurgia de polvos, en caliente e isostático para permitir mayor control en el poro resultante y en sus características.

5. Procesos de soldeo y adhesivos que permitan optimizar la continuidad

6. Materiales poliméricos compuestos, que combinan las mejores propiedades de ellos.

7. Procesos de moldeo por inyección en materiales poliméricos

8. Moldeo por inyección de polvos metálicos que permiten conseguir formas más complejas.

9. Materiales cerámicos que aumentan su tenacidad

10. Procesos de aplicación de recubrimientos cerámicos sobre soporte metálico con el objeto de ganar resistencia al desgaste.

11. Materiales compuestos de matriz polimérica con refuerzos de diversas composiciones que permitan mayor rigidez y características mecánicas.

Por su naturaleza

metálicos

polímeros

compuestoseléctricos

cerámicos

PROPIEDADES FISICAS

MECANICAS

ELECTRICAS

TERMICASQUIMICAS

MAGNETICAS

Estudia y establece las relaciones entre las cargasexteriores aplicadas y sus efectos en el interior delos cuerpos sólidos.

Un cuerpo sólido es cualquier configuracióngeométrica espacial que tiene una masa compuestade un material homogéneo.

Las propiedades del material con que se construyeuna estructura o una maquina afectan tanto suelección como sus dimensiones, ya que debensatisfacer ciertas condiciones de resistencia yrigidez (no debe romperse y no debe deformarse -curvarse- excesivamente).

Fuerza axial: en la dirección del eje x, ejerce una acción de tirar o empujar sobre la sección transversal: produce en el interior del cuerpo un efecto denominado fuerza Px

Fuerza cortante: en dirección de los ejes y o z y se denomina tensión cortante o cizalladura o cortaduraPxy o Pxz. La fuerza cortante se identifica por V y sus componentes Vy y Vz

Momento Torsor o par: mide la resistencia del solido a la torsión sobre el eje x. Mx

Momento flector: mide la resistencia del cuerpo a curvarse o flectarse respecto de los ejes y o z Mxy o Mxz

Límite de proporcionalidad Límite elástico

Punto de fluencia

Tensión de rotura

Punto rotura aparente

Rotura real

Ten

sió

n σ

=P

/A

Deformación ε= δ/L

Tensión de trabajo: es la tensión real que soporta el materialbajo la acción de unas cargas y no debe sobrepasar la tensiónadmisible (máxima que puede soportar el material) con uncierto grado de seguridad (dependiendo para que se hadiseñado el elemento) Hay que tener mucho cuidado cuandoesté en riesgo la salud y la vida humana.La tensión admisible esta dada para cada material por elfabricante, de acuerdo a pruebas estándares realizadas aprobetas y siguiendo normas establecidas por los organismosinternacionales y se han consignado en tablas que se puedenconsultar.

δad = δFL/nF δad = δr/n tensión real/factor seguridad

El factor de seguridad está dado según la función delelemento y de acuerdo a varias consideraciones que se vantomando con la experiencia.

El diseño óptimo de una pieza o máquina, como conjunto depiezas, requiere el compromiso de la buena conformación, deacuerdo con las funciones específicas y el buendimensionamiento, y con una adecuada selección del material.La selección y el dimensionamiento requieren el conocimiento delos índices que califican y cuantifican las cualidades de cada unode los materiales alternativos que son aptos para realizar unapieza.La determinación de los índices que miden las cualidades, ocaracterísticas de respuesta de los materiales ante undeterminado requisito, se realiza por medio de ensayosestandarizados. Estos deben suministrar los parámetros derespuesta de los materiales que permitan seleccionarlos; bien através de valores absolutos, que permiten el dimensionamiento, obien por valores relativos, que definen niveles de aceptación.

Compuestos de sustancias inorgánicas fundamentalmente metales, sin conformar óxidos ni sales metálicas.

Tipo de enlace interatómico: metálico conformando estructura cristalina específica de los metálicos.

Resistencia aceptable hasta media temperatura. Buenos conductores del calor y la electricidad. Tenaces y deformables, en general. Altas densidades.

Ejemplos: Aceros, aluminios, cobres, titanio, superaleaciones, etc.

Compuestos de sustancias inorgánicasfundamentalmente óxidos y sales metálicas,excluyendo metales puros.

Tipo de enlace interatómico: iónico conformandoestructura cristalina específica de los cerámicos.

Malos conductores del calor y electricidad.

Frágiles e indeformables.

Resistencia a altas temperaturas.

Densidades medias.

Ejemplos: Ladrillos, porcelanas, vidrios, nitruros, etc.

Compuestos de sustancias orgánicas en base al C,H, O y otros elementos no metálicos.

Tipo de enlace interatómico: covalenteconformando largas cadenas lineales o redes, connula o media cristalinidad.

Resistentes a bajas temperaturas.

Malos conductores del calor y la electricidad.

Frágiles unos, tenaces y plásticos otros.

Bajas densidades.

Ejemplos: Polietileno, poliéster, nylon y muchos otros.

Compuestos de sustancias inorgánicas en base al silicio y germanios.

Tipo de enlace interatómico: covalente conformando estructura cristalina del tipo metálico.

Tienen propiedades de semiconductividad o conductividad condicionada.

Ejemplos: Diodos, chips, tiristores en industria electrónica.

Son compuestos de dos o más materiales citadosen los apartados anteriores tendientes a mejorar laspropiedades débiles en unos y potenciar las fuertesde los otros pero conservando fuertemente suforma inicial. El material a potenciar de propiedaddébil se denomina matriz y el que potencia sedenomina refuerzo.

Los materiales destinados a transmitir energía mecánicadeben ser capaces de soportar los esfuerzos, F, en losdesplazamientos requeridos, L, lo que se identifica comopropiedades mecánicas de los materiales. Con mayordetalle, a los materiales con esta función se les requiere: Soportar esfuerzos estáticos y dinámicos que

identifican las aplicaciones mecánicas. Conformarse por técnicas de deformación plástica. Permitir deslizamientos superficiales. Trabajar en el campo de las bajas, medias o altas

temperaturas.Ejemplos: Aceros, aluminio, polímeros, super aleaciones,refractarios, cerámicos y otros.

Observamos en esta energía dos funciones:almacenamiento y transmisión. En el almacenamiento, laenergía térmica, Q, viene definida por la interacción de lacapacidad térmica, Cp, en la masa, m, y la temperatura, T.La transmisión de energía térmica, Q, se realiza por lainteracción del coeficiente de transmisión, K, característicodel material, y la temperatura. El almacenamiento ytransmisión de calor incide en variaciones de los nivelestérmicos, T, y ello implica variaciones dimensionales, DL.Estas variaciones dimensionales DL se plantean comofunción del coeficiente de dilatación a y del incremento detemperatura DT.

Ejemplos: Refractarios, aleaciones en alta temperatura.

Los materiales destinados a transmitir energía eléctrica deben sercapaces de permitir el paso de intensidades, I, en campos eléctricos,V, y tiempos definidos, t. Se distinguen aplicaciones muydiferenciadas. Estas son:

Conducción eléctrica. Permite altos niveles de energía eléctrica,como es el caso de líneas aéreas de distribución de energíaeléctrica, motores, transformadores. Ejemplos: Aleacionesmetálicas, cobre, aluminio, plata, etc.

Semiconducción eléctrica. Permite la transmisión de energíaeléctrica pero condicionada a variables como: diferencia depotencial, temperatura, etc. Ejemplos: Germanio y silicio aleadoscon P, N, As, etc.

Aislamiento eléctrico. Tiene el objetivo de no transmitir laenergía eléctrica aún en campos eléctricos muy elevados.Ejemplos: Cerámicas, polímeros, etc.

La energía magnética, EB, viene definida por la interacciónentre la intensidad magnética, inducción B, y el campomagnético, H.

En una primera aplicación, los materiales destinados atransmitir energía magnética son capaces de permitir elpaso de flujos magnéticos, B, en campos magnéticos, H.Ejemplos: Aleaciones Fe-Si para transformadores y motores,ferritas cerámicas para informática, etc.

En una segunda aplicación los materiales están destinados aalmacenar energía magnética a fin de crear camposmagnéticos estáticos. En este caso el indicador principal esla propia energía magnética, EB. Ejemplo: Aceros aleados.

La energía química, Eq, involucra las reacciones electroquímicas, tantoen la electrodeposición, forma directa, como en la corrosión, formainversa; y viene definida por la interacción de la diferencia de potencia,E, entre los estados inicial y final del elemento, y la carga electrónicaintercambiada. El proceso de generación de energía química estácontrolado por los materiales objeto de la corrosión y los electrolitos, através de la facultad de transmitir la citada energía. Se estudia en latransmisión de energía química:

a) los procesos de corrosión superficial de los materiales y suselectrolitos,

b) los procesos de electrodeposición de materiales y sus seleccionadoselectrolitos,

c) los materiales y procesos que minimizan la corrosión, y se analiza latendencia a los procesos espontáneos de corrosión a través de sudiferencia de potencial, E, y la cinética del proceso por medio de laintensidad de corriente intercambiada, IEjemplo: Corrosión de losmateriales metálicos, celdas de electrodeposición, etc.

A-Estáticos

Que simulan el comportamiento del

material con pequeñas velocidades de

aplicación de las cargas.

Son: tracción, fluencia,fractura, dureza.

B-Dinámicos

Que modelizan el comportamiento frente a cargas variables con el

tiempo.

Son: fatiga, resiliencia.

El ensayo de tracción es el primero en importancia, obligatorio para conocer las características resistentes de los materiales metálicos, cerámicos, polímeros y compuestos, a la temperatura ambiente.

El ensayo de fluencia es obligatorio para conocer las características resistentes de los materiales metálicos y compuestos cuando la temperatura de servicio es media o alta, superior a los 300°C. Pero también es aplicable a temperaturas ambientales para materiales poliméricos que muestran este fenómeno a esas temperaturas.

El ensayo de tenacidad en fractura es obligado para calcular el riesgo de aparición de la fractura súbita de un material y para relacionar las tensiones de cálculo asociadas.

El ensayo de dureza es una herramienta básica para controlar, de forma rápida, las características de tracción de los materiales.

El ensayo de fatiga tiene una extensaaplicación; la de todas aquellas piezas quese encuentren sometidas a esfuerzos otensiones variables: motores, máquinas, etc.

El ensayo de resiliencia es un requisitoineludible de calidad de los materiales,exigido para demostrar su tenacidad deforma sencilla.

METALESDe los elementos de la tabla periódica, unos 80 son metales. Todostienen en común que sus electrones más extremos en un átomoson cedidos fácilmente. Esta característica es la causa de suconductividad eléctrica, térmica, de su brillo y de su maleabilidad.El uso de metales puros es limitado, pues son blandos o tienden acorroerse,La mayor parte de los elementos metálicos comúnmente usadosson mezclas de dos o más metales elementales que se obtienen porla unión de metales por arriba de su punto de fusión. Esa mezclasólida de metales o metaloides se denomina aleación.Cada clase contiene series de materiales caracterizados por unaaplicación común, a su vez, cada serie se divide en grupos demateriales con características afines y específicas. Y el grupo estácompuesto por individuos que indican un tipo definido delmaterial considerado. Así, la identificación de un productodeterminado depende de la indicación: Clase – Serie – Grupo –Individuo.

Maleabilidad: Es la capacidad de un metal para transformarse en lámina, sinrotura, por la acción de presiones.

Ductilidad: Es la propiedad que tiene un metal de dejarse estirar en hilos.

Tenacidad: Es la resistencia a la rotura por tensión que presenta los metales.

Fragilidad: Es la facultad de un metal de romperse por la acción del choque o porcambios bruscos de temperatura. Muchas veces se confunde la fragilidad condebilidad, siendo propiedades independientes. Un material es frágil cuando sudeformación es casi nula antes de romperse.

Forjabilidad: Es la propiedad mediante la cual puede modificarse la forma de unmetal por medio de calor

Soldabilidad: Es la propiedad que tienen algunos metales, por medio de la cualdos piezas de los mismos se pueden unir formando un solo cuerpo.

Temple: Es la propiedad para la cual adquiere el acero una dureza extraordinariaal calentarlo de 600 °C y enfriándolo bruscamente en agua.

Oxidación: Los metales se oxidan por acción del oxígeno del aire. Hay metalesimpermeables en los cuales la pequeña capa de óxido o carbonato que se le formaen la superficie, protege al resto de metal, como es el caso del cobre, aluminio,plomo, estaño y cinc, entre otros. Hay otros metales, como el hierro, que sonpermeables y la oxidación penetra el metal hasta destruirlo.

Plasticidad

Elasticidad