Propiedades de los materiales
- 1. Los materiales Salesianos Los Boscos
- 2. NECESIDAD DE MATERIALES PARA FABRICAR OBJETOS Los materiales son necesarios para la fabricación de productos. En el diseño de un objeto ha de emplearse el material que mejor se adapta a sus exigencias de uso y que resulta más económico. Es necesario conocer los tipos de materiales susceptibles de ser empleados. El ser humano viene utilizando diversos materiales desde épocas ancestrales, aprovechando los recursos disponibles de su entorno, como madera, arcilla, metales, etcétera. Para designar las edades prehistóricas los historiadores utilizan el nombre del material que se usaba predominantemente en ellas.
- 3. NECESIDAD DE MATERIALES PARA FABRICAR OBJETOS Edad de Piedra (hace, aproximadamente, un millón de años) Se utilizaba piedra y huesos para elaborar: herramientas, hachas, arpones, flechas, hoces, etc. Edad de Bronce (comienza aproximadamente en el año 3000 AC) Se utiliza el bronce a partir de cobre y estaño, dos minerales relativamente fáciles de obtener y fundir. Las herramientas fabricadas en bronce eran más duras y más sencillas de fabricar que las realizadas sólo con cobre. Edad de Hierro (entre los años 1200 y 700 AC aprox) Para la obtención de hierro habIa que calentar el mineral a una temperatura mucho mayor para fundirlo. Tenía grandes ventajas: la materia prima era abundante y más duras las herramientas obtenidas. Para fundir el hierro se colocaba sobre un agujero hecho en el suelo y se calentaba por la parte inferior. Posteriormente, se empleó una «bomba» de pieles y madera para insuflar aire del exterior, avivar el fuego y aumentar la temperatura. Época actual: Bien podría denominarse Edad del Silicio, por el cambio provocado por la electrónica basada en el silicio en la sociedad.
- 4. Clasificación de los materiales Materiales naturales Se encuentran en la naturaleza. Constituyen los materiales básicos para fabricar los demás productos. En ocasiones estos recursos son limitados y se pueden agotar, en otras ocasiones pueden reciclarse o reutilizarse. El reciclado o reciclaje es una buena solución para preservar el medio natural y ahorrar recursos naturales, al mismo tiempo que se reducen costes. Son naturales la madera, la lana, el esparto, la arcilla, el oro, etc.
- 5. Clasificación de los materiales Materiales artificiales Se obtienen a partir de otros materiales que se encuentran en la naturaleza y no han sufrido transformación previa. También reciben este nombre los productos fabricados con varios materiales que sean en su mayorIa de origen natural. • Son artificiales el hormigón y los bloques de hormigón, que son productos artificiales, fabricados a partir de arena (en un 50%; material natural), grava (en un 30%; material natural), cemento (en un 20%; material artificial) y agua (material natural).
- 6. Clasificación de los materiales Materiales Sintéticos Están fabricados por el hombre a partir de materiales artificiales. No se encuentran en la naturaleza ni tampoco los materiales que los componen. • El ejemplo más característico lo constituyen los plásticos, como la baquelita, que se obtiene a partir de dos materiales artificiales: formol y fenol. • Durante los últimos cien años se han descubierto multitud de materiales, asI como nuevos métodos de fabricación (p.e. la vulcanización)
- 7. Algunas propiedades de los materiales En lineas generales, se puede afirmar que no existe ningún material perfecto que se pueda emplear para la fabricación de cualquier producto. Cada aplicación necesita de un material que cumpla unas características determinadas. Ingenieros y diseñadores necesitan sopesar las ventajas e inconvenientes de cada uno de los materiales y elegir adecuadamente aquel que mejor se adapte a las necesidades requeridas. Para elegir adecuadamente un material es necesario conocer, entre otras, sus propiedades sensoriales, ópticas, térmicas, magnéticas, químicas, mecánicas, etcétera .
- 8. Algunas propiedades de los materiales Propiedades sensoriales A menudo elegimos los materiales dependiendo del efecto que puedan producir en alguno de nuestros sentidos. Más o menos agradables al tacto, el olor, la forma, el brillo, la textura y el color. Propiedades ópticas Se refieren a la reacción del material cuando la luz incide sobre él. Así tenemos: materiales opacos , que no permiten que la luz los atraviese materiales transparentes , que dejan pasar la luz materiales translúcidos , que permiten que penetre la luz pero no dejan ver nítidamente a través de ellos. Existen otros materiales sensibles a la luz que reaccionan de alguna manera cuando la luz incide sobre ellos como los semiconductores (LDR, placas solares) o que sufren reacciones químicas como las películas fotográficas, etc.
- 9. Algunas propiedades de los materiales Propiedades térmicas Describen el comportamiento de un material frente al calor Conductividad térmica: Por lo general, los metales son buenos conductores del calor mientras que el algodón, la lana, la fibra de vidrio, los poliuretanos, etc. son aislantes y evitan que el calor los atraviese con facilidad. En algunos casos vemos modificación de características mecánicas por la temperatura Propiedades magnéticas Capacidad que tiene un metal ferroso (hierro y sus aleaciones) para ser atraIdo por un imán, asI como a la posibilidad de que las propiedades magnéticas del imán sean transferidas al metal. Propiedades químicas Resistencia a la oxidación y corrosión (especialmente en los metales). AsI tenemos que el acero y sus aleaciones se oxidan con bastante facilidad en contacto con la humedad
- 10. Algunas propiedades de los materiales Propiedades mecánicas: Están relacionadas con la forma en que reaccionan los materiales cuando actúan fuerzas sobre ellos. Las más importantes son: Elasticidad: Capacidad que tienen algunos materiales para recuperar su forma, una vez que ha desaparecido la fuerza que los deformaba. Plasticidad: Habilidad de un material para conservar su nueva forma una vez deforma-do. Es opuesto a la elasticidad. Ductilidad: Es la capacidad que tiene un material para estirarse en hilos (por ejemplo, cobre, oro, aluminio, etcétera). Maleabilidad. Aptitud de un material para extenderse en láminas sin romperse (por ejemplo, aluminio, oro, etc).
- 11. Algunas propiedades de los materiales Propiedades mecánicas (2) Dureza: Oposición que ofrece un cuerpo a dejarse rayar o penetrar por otro o, lo que es igual, la resistencia al desgaste. Fragilidad: Es opuesta a la resiliencia. El material se rompe en añicos cuando una fuerza impacta sobre él. Tenacidad: Resistencia que opone un cuerpo a su rotura cuando está sometido a esfuerzos lentos de deformación. Fatiga: Deformación (que puede llegar a la rotura) de un material sometido a cargas variables, inferiores a la de rotura, cuando actúan un cierto tiempo o un número de veces.
- 12. Algunas propiedades de los materiales Propiedades mecánicas (3) Maquinabilidad: Facilidad que tiene un cuerpo a dejarse cortar por arranque de viruta. Acritud: Aumento de la dureza, fragilidad y resistencia en ciertos metales como consecuencia de la deformación en frío. Colabilidad: Aptitud que tiene un material fundido para llenar un molde. Resiliencia: Resistencia que opone un cuerpo a los choques o esfuerzos bruscos.
- 13. Esfuerzos físicos a los que pueden someterse Cuando una fuerza actúa sobre un objeto, tiende a deformarlo. La deformación dependerá de la dirección, sentido y punto de aplicación donde esté colocada esa fuerza. Los distintos tipos de esfuerzos a que pueden estar sometidos los cuerpos, independientemente de su material y forma, son: tracción, compresión, flexión, torsión, cortadura y pandeo
- 14. Esfuerzos físicos a los que pueden someterse Tracción: La fuerza tiende a alargar el objeto y actúa de manera perpendicular a la superficie que lo sujeta. Compresión: La fuerza tiende a acortar el objeto. Actúa perpendicularmente a la superficie que la sujeta. Flexión: La fuerza es paralela a la superficie de fijación. Tiende a curvar el objeto. Torsión: La fuerza tiende 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. Pandeo: Es similar a la compresión, pero se da en objetos con poca sección y gran longitud. La pieza «se pandea».
- 15. Uso racional de los materiales A lo largo del siglo xx, la cantidad de productos fabricados por persona y año se incrementó en más del 2500%. En la actualidad, en muchos casos se fabrican productos que se utilizan solamente una vez. Todo ello puede acarrear dos tipos de problemas: Agotamiento prematuro de materiales: Los materiales que se emplean para construir productos pueden ser de dos tipos: Renovables : Son aquellos materiales en los que un uso racional no provocará su agotamiento, ya que, pasado cierto tiempo, se obtendrán otros. Algunos ejemplos pueden ser: madera, papel, algodón, lino, etcétera. No renovables : Se trata de aquellos que proceden del interior de la Tierra y que, una vez usados, si no se reciclan pueden acabar agotándose. Éste es el caso de todos los metales: cobre, aluminio, hierro, etc.
- 16. Uso racional de los materiales Soluciones adoptadas Las soluciones que se están adoptando para evitar un agotamiento prematuro y el deterioro del medio ambiente son tres: Nuevos diseños : Un diseño adecuado puede reducir considerablemente el volumen de materia prima empleada para fabricarlo incluso, consiguiendo que resista igual o mejor los esfuerzos normales a los que va a estar sometido. Éste es el caso de los botes de refrescos que, en los últimos años, han reducido su peso en más de un 30%. Reciclado : Cuando se diseñen y fabriquen productos, se deberán establecer métodos de separación e identificación de distintos materiales, de manera que cuando el producto llegue al final de su vida útil y se vaya a reciclar, puedan separarse y seleccionarse con facilidad las piezas que lo componen. Éste es el caso de las piezas de los distintos materiales que componen un automóvil. Hasta hace muy poco tiempo, separar las distintas piezas no era rentable. Diferentes empresas automovilIsticas están estudiando sistemas que faciliten esa separación, asI como la identificación de los materiales empleados con objeto de que puedan ser reciclados. Reutilización: S e pretende que, dentro de las condiciones de seguridad pertinentes, se puedan volver a utilizar productos o piezas. Este método ya se emplea desde hace bastante tiempo, como es el caso de botellas de refrescos y algunas piezas de automóviles.