Estructura de los materiales.Propiedades y ensayos

¿Qué es la materia?¿Cómo esta compuesta? ¿Qué características tiene? ¿Cómo se pueden medir las propiedades?

Antonio Vives

Estructura atómica

La materia como sabemos está compuesta por átomos y los átomos a su tienen un núcleo en el que están los protones (+) y neutrones y alrededor de él están describiendo órbitas en diferentes niveles energéticos los electrones (-).

En principio el átomo es neutro, es decir el número de electrones es igual al de protones.

La distribución de los electrones en las diferentes orbitas depende del número de electrones que tenga el átomo.

Niveles energéticos de los electrones

Los electrones se distribuyen en diferentes niveles energéticos y en cada nivel tiene subniveles y en cada uno de ellos caben una cantidad determinada de electrones:

s2; p6; d10; f14; g16

Distribución átomos en tabla periódica

Enlaces atómico

Dependiendo de la distribución de los electrones y como queden las últimas capas los átomos se unirán para formar la materia formando diferentes tipo de enlaces, intentando siempre completar las últimas capas. Enlace iónico (Se ceden electrones de un átomo a otro). Enlace covalente (Se comparten electrones de las últimas

capas). Enlace metálico (Los electrones son de todos).

Enlace iónico

Na: 11 Cl: 17

Enlace covalente

Enlace metálico

Estructura cristalina

Los átomos en muchos casos se unen formando redes cristalinas y estas pueden ser de diversas formas y maneras.

BCC: Cúbica centrada en el cuerpo

FCC: Cúbica centrada en las caras

HCP: Hexagonal compacta

Propiedades de los materiales Elasticidad: es la capacidad que tienen los materiales de recuperar la

forma primitiva cuando cesa el esfuerzo sobre él.

Plasticidad: es la capacidad de adquirir deformaciones permanentes sin romperse.

Cohesión: es la resistencia que ofrecen los átomos a separarse

Dureza: es la resistencia del material a ser rayado o penetrado

Tenacidad: es la resistencia a la rotura por la acción de fuerzas exteriores.

Fragilidad: lo opuesto a la tenacidad.

Fatiga: es la resistencia a la rotura frente a esfuerzos repetitivos.

Resilencia: resistencia a la rotura por impacto.

Clasificación y tipos de Ensayo

Rigurosidad: Técnicos de control.(Proceso productivo) Científicos. (Durante la investigación)

Forma: Destructivos No destructivos

Métodos empleados: Químicos Metalográficos. (Estructura interna) Físicos y físico-químicos. Mecánicos

Ensayo de tracción Permite determinar la resistencia a la

tracción de los materiales, con ello se obtiene el límite elástico, el alargamiento, la estricción y el módulo elástico.

Con todo esto se determina la elasticidad y la tenacidad del material.

Ensayo de tracción

El ensayo de tracción se refleja en una gráfica donde podemos resaltar varios puntos. O origen P fin zona proporcionalidad E fin zona elástica R rotura física S rotura visual

Ensayos de tracción en diferentes materiales

Ensayo Acero

Ley de Hooke

Dentro de la zona de proporcionalidad se cumple la Ley de Hooke, que dice que las deformaciones son proporcionales a los esfuerzos. Donde. σ: tensión Є: Elongación E: Modulo de Young ∆l: incremento de long. lo: Long. inicial

E

lo

l

s

F

Tensiones máximas de algunos materiales

Ensayo de dureza. Brinell

Se emplea una bola de acero templado de diámetro conocido y se aplica una fuerza sobre ella, que penetrará en el material a ensayar.

Se mide el diámetro de la huella y la dureza viene dada por:

s

FHB

Superficie del casquete esférico=π·D·f

Donde:

A HB no se le pone unidades, pero:

-F debe estar en Kp. (Kgf)

- S en mm2

2

22 dDDf

Ensayo de dureza. Vickers Se emplea una pirámide de diamante de

base cuadrangular y se aplica una fuerza sobre ella, que penetrará en el material a ensayar.

Se mide el diámetro de la huella y la dureza viene dada por:

s

FHB

s

FHV

682

2

sen

ds

Ensayo de dureza. Rockwell Se mide la profundidad e la huella dejada por un elemento penetrador que puede ser una

bola o un cono. Se aplica una carga previa durante un tiempo , luego la carga total y después se deja la

carga previa y se mide la diferencia de altura con la carga precia colocada al principio y la carga que se deja al final que debe ser igual a la previa.

Ensayo de resiliencia. Péndulo Charpy

La resiliencia es la resistencia al la rotura frente a un golpe y lo que se mide es la energía potencial absorbida por la sección de la pieza en la rotura

s

Ep

Energía potencial absorbida en Julio/cm2

Ensayo de fatiga.

Consiste en someter una probeta a un esfuerzo cíclico y repetitivo hasta su rotura y comprobar así cuantos ciclos aguanta. Al final la probeta rompe por agotamiento, fatiga del material.

Otros ensayos.

Existen otros tipos de ensayos como:

Plegado Embutición Magnetismo Conductividad Flexión Cortadura, etc.

Hasta la próxima