Los materiales:Tipos y propiedades8

Unidad

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8.1. Necesidad de materiales para fabricar objetos

La inteligencia del ser humano le llevó desde sus orígenes a la fabricación de objetos que le facilitaran

la vida (Origen de la tecnología):

- Hacha para cortar ramas.

- Arco y flecha para cazar.

- etc

Esto le llevó a realizar una búsqueda de materiales que le resultaran útiles y fáciles de trabajar.

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Evolución histórica del uso de materiales

Primeros hornos para la fundición del hierro.

El hierro se convertía en una masa pastosa, a

unos 800 °C. Luego se golpeaba

(forjado).

Los utensilios más antiguos eran de sílice o pedernal.

Luego pasaron a ser de bronce que es una

aleación de cobre con el estaño

Materiales

Edad de Piedra Edad del Bronce Edad del Hierro Epoca Actual

Componentes electrónicos fabricados con silicio.

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8.2. Clasificación de los materiales

Materiales naturales a), artificiales b) y sintéticos c).

NATURALES: madera, rocas, arcilla, lana, algodón, etc

ARTIFICIALES: hormigón, metales, etc.

SINTÉTICOS: plásticos, etc

Materiales

Naturales Artificiales Sintéticos

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8.3. Propiedades de los materiales

Podemos definir propiedades de un material, como el conjunto de características que hacen que se comporte de una determinada manera

ante estímulos externos como la luz, el calor , la aplicación de fuerzas, el medio ambiente, la

presencia de otros materiales, etc.

Cada material tiene sus características propias que le diferencian del resto.

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Clasificación de las Propiedadesde los materiales.

Podemos clasificar las propiedades de los materiales en cinco grandes grupos:

Sensoriales. Son aquellas propiedades que, como el color, el brillo o la textura , están relacionadas con la impresión que produce el material en nuestros sentidos.

Físicas Son aquellas propiedades que nos informan sobre el comportamiento del material ante diferentes acciones externas, tales como el calentamiento o las deformaciones.

Químicas. nos informan sobre el comportamiento del material ante el ataque de productos químicos.

Tecnológicas Son aquellas propiedades que nos informan sobre el comportamiento del material durante la fabricación.

Ecológicas. Nos informan sobre el impacto que su explotación provoca sobre el medio ambiente

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Principales propiedades de los materiales

SENSORIALES:

OlorFormaBrillo

TexturaColor

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

TECNOLÓGICAS

DuctilidadMaleabilidad

MaquinabilidadColabilidad

QUÍMICAS

OxidaciónCorrosión

ECOLÓGICAS

BiodegradabilidadReciclabilidad

ToxicidadVolatilidad

P. ELÉCTRICAS:Conductividad

P. TÉRMICAS:Conductividad

Dilatación

P. ACÚSTICASConductividad

P. ÓPTICASTransparencia

P. MAGNÉTICAS:Ferromagnetismo.

FÍSICAS:

P.MECÁNICAS:ElasticidadPlasticidad

DurezaFragilidadTenacidad

FatigaAcritud

Resiliencia

DensidadPeso específicoCalor específico

Temperatura de fusión.

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Son las que están relacionadas con la impresión que produce el material en nuestros sentidos.

Podemos destacar:

➢Color➢Brillo➢Olor➢Textura➢Forma

PROPIEDADES SENSORIALES.

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Son aquellas propiedades intrínsecas de la materia, y las que nos informan sobre el comportamiento del material ante diferentes acciones externas,

tales como el calentamiento o las deformaciones.Las principales son:

➢DENSIDAD: Relación entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa.

➢PESO ESPECÍFICO: Relación entre el peso de un cuerpo y el volumen que ocupa.

➢CALOR ESPECÍFICO: Cantidad de calor que es necesario aportar a la unidad de masa para elevar su temperatura en un grado.

➢CALOR LATENTE: Cantidad de calor que es necesario aportar a la unidad de masa durante un cambio de fase.

➢TEMPERATURA DE FUSIÓN: Temperatura a la que el material pasa de estado sólido a líquido.

PROPIEDADES FÍSICAS.

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Conductividad:La conductividad eléctrica es la capacidad de un cuerpo de

permitir el paso de la corriente eléctrica a través de sí.A la inversa de la conductividad se le conoce como Resistividad.

En función de su comportamiento frente a la electricidad podemos distinguir tres tipos de materiales:

➢CONDUCTORES: Son los que permiten que la electricidad pase a través de ellos.

➢AISLANTES: Son los que no permite que la electricidad pase a través de ellos.

➢SEMICONDUCTORES: Se pueden comportar como conductores o como aislantes, dependiendo de las condiciones de tensión aplicadas.

PROPIEDADES ELÉCTRICAS.

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Conductividad:La conductividad térmia es la capacidad de una sustancia de

transferir el movimiento cinético de sus moléculas a sus propias moléculas adyacentes o a otras substancias con las

que está en contacto.A la inversa de la conductividad se le conoce como Resistividad térmica.

En función de su comportamiento frente al calor podemos distinguir dos tipos de materiales:

➢CONDUCTORES: Son los que permiten que el calor pase a través de ellos.

➢AISLANTES: Son los que no permite que el calor pase a través de ellos.

PROPIEDADES TÉRMICAS.

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Dilatación:Consiste en el aumento de tamaño que experimenta un

material cuando se eleva su temperatura.

PROPIEDADES TÉRMICAS (2).

Los metales en general son los

materiales que sufren mayor dilatación al

aumentar su temperatura.

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Conductividad:La conductividad acústica es la capacidad de una sustancia

de permitir que el sonido pase a su través.A la inversa de la conductividad se le conoce como Resistividad acútica.

En función de su comportamiento frente al sonido podemos distinguir dos tipos de materiales:

➢CONDUCTORES: Son los que permiten que el sonido pase a través de ellos.

➢AISLANTES: Son los que no permite que el sonido pase a través de ellos.

PROPIEDADES ACÚSTICAS.

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Se refieren a la reacción del material cuando la luz incide sobre él.

En función de su comportamiento frente a la luz podemos distinguir tres tipos de materiales:

➢TRANSPARENTES: Son los que dejan que la luz les atraviese, y permiten ver a su través.

➢OPACOS: Son los que no dejan que la luz les atraviese, y no permiten ver a su través.

➢TRASLÚCIDOS: Permite el paso de parte de la luz, pero no dejan ver con nitidez través de ellos.

PROPIEDADES ÓPTICAS.

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Ferromagnetismo:Se refiere a la capacidad que tiene el maerial para ser

atraído por un imán, así como a la posibilidad de que las propiedades magnéticas de un imán sean transferidas al

material.Los principales materiales ferromagnéticos son:

✔ Hierro (y sus derivados)

✔ Cobalto

✔ Níquel

✔ Algunas aleaciones con Mn, Mg, Si, Bi, Cr, etc

PROPIEDADES MAGNÉTICAS.

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Nos informan sobre el comportamiento del material al ser sometido a los diferentes tipos de esfuerzos.

PROPIEDADES MECÁNICAS.

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PROPIEDADES MECÁNICAS (2).

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PROPIEDADES MECÁNICAS (3).

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PROPIEDADES MECÁNICAS (4).

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PROPIEDADES MECÁNICAS (5).

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PROPIEDADES MECÁNICAS (6).

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Oxidación:La oxidación es definida como el deterioro de un material a

consecuencia de un ataque electroquímico de su entorno.Este fenómeno consisten en la cesión de electrones a otro

elemento reductor que los absorbe.La sufren principalmente los metales.

Corrosión:Consiste en una oxidación rápida por el contacto mas o

menos prolongado con el agua, u otro agente químico más agresivo (ácidos).

PROPIEDADES QUÍMICAS.

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Nos informan sobre el comportamiento del material al ser conformado.

PROPIEDADES TECNOLÓGICAS

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PROPIEDADES TECNOLÓGICAS (2)

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PROPIEDADES TECNOLÓGICAS (3)

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PROPIEDADES ECOLÓGICASSegún el impacto que producen en el medio ambiente, los materiales se clasifican en:

– Reciclables: Son materiales que se pueden reutilizar. El vidrio, el papel y cartón, los metales, y los plásticos son ejemplos de este tipo de materiales.

– Tóxicos: Son materiales nocivos para el medio ambiente, ya que pueden resultar venenos para los seres vivos, contaminando el suelo, el agua y/o la atmósfera.

– Biodegradables: Son los materiales que se descomponen de forma natural en otras sustancias más simples.

– Renovables: Las materias primas renovables son aquellas que existen en la naturaleza de forma ilimitada, ya que se pueden regenerar. La lana, el algodón y la madera son ejemplos de materias primas renovables

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8.4. Esfuerzos físicos a los que pueden someterse los materiales

• Los materiales pueden estar sometidos a cinco tipos de esfuerzo básicos:

➢Tracción.➢Compresión. Pandeo.➢Flexión.➢Torsión.➢Cortadura.

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Esfuerzos físicos a los que pueden someterse los materiales (1)

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Esfuerzos físicos a los que pueden someterse los materiales (2)

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Esfuerzos físicos a los que pueden someterse los materiales (2b)

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Esfuerzos físicos a los que pueden someterse los materiales (3)

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Esfuerzos físicos a los que pueden someterse los materiales (4)

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Esfuerzos físicos a los que pueden someterse los materiales (5)

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8.5. Introducción a los ensayos de materiales.

Para comprobar ciertas propiedades de un material es necesario realizar una serie de ensayos en laboratorio.

Existen muchos y muy diferentes tipos de ensayos.

• Vamos a ver por encima los cuatro principales:➢Ensayo de Tracción.➢Ensayo de Fatiga.➢Ensayo de Dureza.➢Ensayo de Resiliencia.

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Introducción a los ensayos de materiales (1).

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Introducción a los ensayos de materiales (2)

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Introducción a los ensayos de materiales (3)

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Introducción a los ensayos de materiales (4)

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8.6. Criterios para la elección adecuada de materiales.

A Propiedades que deben cumplir los materiales

B Tipos de esfuerzos

C Diseño de piezas

Esfuerzos simultáneos en una pieza. Influencia de la forma en la resistencia de un objeto.

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8.7. Uso racional de materiales

A Agotamiento prematuro de materialesRenovablesNo Renovables

B Soluciones adoptadasNuevos diseñosRecicladoReutilización

Materiales renovables. Materiales no renovables.

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8.8. Residuos industriales

A Tipos de residuos Residuos inertes Residuos tóxicos y peligrosos

B Soluciones adoptadas Reducción en origen Tratamiento:

Tratamientos físicos Tratamientos químicos Tratamientos biológicos

Incineración Vertido controlado.