propiedades materiales ppt
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El documento trata sobre los materiales y sus propiedades. Explica la clasificación de los materiales a lo largo de la historia como la Edad de Piedra, de Bronce e Hierro. También describe las propiedades de los materiales como las mecánicas, térmicas y ópticas. Finalmente, analiza la estructura interna de los materiales como las redes cristalinas, la solidificación de los metales y los tratamientos térmicos para modificar sus propiedades.
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- 1. Unidad 5. Los materiales y sus propiedades
- 2. 1 Clasificación de los materiales Edad de Piedra. Esta época comenzó hace un millón de años, aproximadamente, y de ella se han encontrado herramientas de piedra y huesos de distintas formas y tamaños (hachas, flechas, hoces, etc.). Edad de Bronce. La etapa comienza en el 3000 a.C. El bronce se fabricaba mediante la unión de cobre y estaño fundidos. Las herramientas de bronce eran más duras y sencillas de fabricar. Edad de Hierro. En los años 1200 a 500 a.C., el hierro se calentaba para separar las impurezas mediante un agujero en el suelo, que se calentaba por la parte inferior. Más tarde se empleó una «bomba» de pieles y madera para insuflar aire. Así se comenzaron a fabricar nuevas herramientas. Época actual. Nuestra época podría llamarse Edad del Silicio, ya que es un material que se emplea en multitud de componentes electrónicos que están provocando un cambio en nuestra sociedad. 2 Evolución en el uso de los materiales.
- 3. 1 Clasificación de los materiales Clasificación de los materiales. 3
- 4. 2 Propiedades de los materiales Sensoriales Térmicas Los materiales pueden elegirse según el efecto que produzcan en alguno de nuestros sentidos. El tacto, el olor, la forma, el brillo, la textura y el color pueden influir en la elección. 4 Ópticas El material reacciona cuando sobre él incide la luz. Hay materiales opacos (que no permiten que la luz les atraviese), transparentes (que dejan pasar la luz) y translúcidos (que permiten que penetre la luz pero no dejan ver nítidamente a través de ellos). Los metales son buenos conductores de calor, aunque algunos son aislantes y evitan que el calor los atraviese con facilidad. Magnéticas La propiedad magnética es la capacidad que tiene un material ferroso para ser atraído por un imán. Propiedades de los materiales. Químicas La oxidación y corrosión son las propiedades químicas.
- 5. 2 Propiedades de los materiales Mecánicas Elasticidad. Capacidad de algunos materiales para recuperar su forma, una vez que ha desaparecido la fuerza que los deformaba. Dureza. Oposición que ofrece un cuerpo a dejarse rayar o penetrar por otro, es decir, resistencia al desgaste. Maquinabilidad. Facilidad que tiene un cuerpo para dejarse cortar por arranque de viruta. Plasticidad. Capacidad de un material para conservar su nueva forma una vez deformado. Es opuesto a la elasticidad. Fragilidad. Es opuesta a la resiliencia. El material se rompe en añicos cuando una fuerza impacta sobre él. Ductilidad. Es la capacidad que tiene un material para estirarse en hilos. Tenacidad. Resistencia que opone un cuerpo a su rotura cuando está sometido a esfuerzos lentos de deformación. Acritud. Aumento de la dureza, fragilidad y resistencia en ciertos metales como consecuencia de la deformación en frío. Maleabilidad. Capacidad de un material para extenderse en láminas sin romperse. Fatiga. Deformación (que puede llegar a la rotura) de un material sometido a cargas variables, inferiores a la rotura, cuando actúan un cierto tiempo o un cierto número de veces. Colabilidad. Capacidad que tiene un material fundido para llenar un molde. 5 Propiedades de los materiales (continuación). Resiliencia. Resistencia que opone un cuerpo a los choques o esfuerzos bruscos.
- 6. 3 Esfuerzos físicos a los que pueden someterse los materiales Tracción. La fuerza tienda a alargar el objeto y actúa de manera perpendicular a la superficie que lo sujeta. Compresión. La fuerza tienda a acortar el objeto. Actúa perpendicularmente a la superficie que lo sujeta. Torsión. La fuerza tienda a retorcer el objeto. Las fuerzas (que forman un par o momento) son paralelas a la superficie de fijación. Cortadura. La fuerza es paralela a la superficie que se rompe y pasa por ella. 6 Tipos de esfuerzos físicos. Flexión. La fuerza es paralela a la superficie de fijación. Tiende a curvar el objeto. Pandeo. Es similar a la compresión, pero se da en objetos con poca sección y gran longitud. La pieza se «pandea».
- 7. 4 Introducción a los ensayos de materiales 1. Ensayo de tracción. Consiste en estirar lentamente una probeta (pieza del material a utilizar, con una longitud y sección normalizadas) hasta que se rompe. A continuación se analizan los alargamientos producidos a medida que aumenta la fuerza. Tensión de rotura: σR = FR/S. FR = Fuerza de rotura; S = Sección de la probeta en cm2. 2. 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 número de revoluciones que ha girado antes de romperse se le denomina límite de fatiga. 3. 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 más importantes son la de Brinell y la de Rockwell. 7 4. 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 de entre 5 y 7 m/s. Para calcular esta energía se anota la altura a la que se suelta. Esta será una energía potencial. Después de haber roto la probeta, la energía sobrante hará ascender el péndulo un ángulo β. Ensayos de materiales.
- 8. 5 Estructura interna de los materiales Tipos de redes cristalinas. 8
- 9. 5 Estructura interna de los materiales 5.1 Características de las redes cristalinas metálicas Características de las redes cristalinas metálicas (R = radio del átomo y a = longitud de la red cristalina). 9
- 10. 5 Estructura interna de los materiales 5.2 Solidificación de los metales Fase 1: nucleación 10 Proceso de nucleación.
- 11. 5 Estructura interna de los materiales Fase 2: crecimiento a) Velocidad de enfriamiento muy lenta. Crecimiento a velocidad de enfriamiento lenta. b) Velocidad de enfriamiento rápida. Crecimiento a velocidad de enfriamiento rápida. 11
- 12. 5 Estructura interna de los materiales 5.3 Propiedades de los metales según la velocidad de solidificación 5.4. Método para disminuir el tamaño del grano 5.5. Transformaciones al enfriar o calentar hierro puro Transformaciones en la estructura cristalina al enfriar una masa de hierro. 12
- 13. 5 Estructura interna de los materiales 5.6 Algunos constituyentes de los aceros Cementita Martensita Bainita Perlita Ferrita Diagrama hierro-carbono con sus constituyentes. 13
- 14. 6 Modificación de las propiedades de los metales Temple Consiste en un enfriamiento brusco, siguiendo la curva 1, que corresponderá al exterior de la pieza. El interior de la pieza se enfriará un poco más lentamente (curva 2). El resultado es una pieza muy dura, ya que toda la austenita se ha transformado en martensita. En la parte externa de la pieza se ha obtenido martensita más dura que en el interior. Cuanto más a la izquierda se desplacen los puntos a-b y a ́- b ́, más dureza tendrá. Se obtendrá martensita mientras se cruce la curva por la zona azulada de la figura. Tratamientos térmicos más importantes. 14
- 15. 6 Modificación de las propiedades de los metales Recocido En este caso el enfriamiento se hace muy lentamente. Con ello se liberan tensiones internas y se permite a los átomos ocupar la posición que les correspondería en la red cristalina. Evidentemente, no todos los átomos van a poder colocarse hacia donde tienden, ya que los átomos de carbono y de otras impurezas se lo van a impedir. El constituyente final obtenido será mucha perlita y un poco de cementita (que dependerá de la proporción que tenga de carbono). Si el acero tiene más carbono, tendrá más cementita. El resultado es un material blando que se puede mecanizar sin dificultad. Tratamientos térmicos más importantes. 15
- 16. 6 Modificación de las propiedades de los metales Revenido Es un tratamiento térmico complementario al temple. Su objetivo es aumentar la tenacidad, disminuyendo la fragilidad y dureza del metal templado. El constituyente obtenido es martensita de grano grueso (la martensita más blanda de todas). Tratamientos térmicos más importantes. 16
- 17. 6 Modificación de las propiedades de los metales Normalizado Consiste en aportar al acero una estructura que correspondería a lo que se considera normal, según su composición. Con ello se eliminan tensiones internas y se uniformiza el tamaño del grano. La velocidad de enfriamiento se sitúa entre el recocido y el normalizado. En el punto aa’ comienza la austenita a convertirse en bainita. Al sobrepasar los puntos b-b’ solamente existirá bainita, más la parte proporcional de cementita. Tratamientos térmicos más importantes. 17
- 18. 7 Criterios para la elección adecuada de los materiales 7.1 Propiedades que deben cumplir los materiales 7.2. Tipos de esfuerzos Esfuerzos simultáneos en una pieza (flexión y torsión). 7.3. Diseño de piezas Influencia de la forma en la resistencia de un objeto. 18
- 19. 8 Uso racional de los materiales 8.1 Agotamiento prematuro de los materiales Renovables No renovables 8.2 Soluciones adoptadas Nuevos diseños Reciclado Reutilización 19
- 20. 9 Residuos industriales 9.1 Tipos de residuos Residuos inertes Residuos tóxicos y peligrosos 20
- 21. 9 Residuos industriales 9.2 Operaciones a realizar con los residuos Reducción en origen Tratamiento Tratamientos físicos Tratamientos químicos Tratamientos biológicos Incineración Vertido controlado 21