Materiales: Clasificación y Propiedades

Materiales:

Metálicos (ferrosos, no ferrosos), Compuestos (surgen de algún tipo de unión), No metálicos (naturales, sintéticos, auxiliares)

Clasificación:

• Ferrosos: acero, fundición
• No ferrosos: aluminio, bronce, titanio, estaño
• Compuestos: soldadura, fundición, sinterizado
• Naturales: madera, cuero, caucho
• Sintéticos: plástico, vidrio
• Auxiliares: lubricante, refrigerantes

Propiedades Físicas

Densidad: masa/volumen = kg/m³ (metal pesado > 4500 (acero), metal liviano < 4500 (aluminio))

Temperatura de fusión: sólido a líquido (Tf > 2000°C = alta T°, Tf entre 1000 y 2000 = media T°, Tf < 1000°C = baja T°)

Según estabilidad química:

• Nobles (oro, plata, platino)
• No nobles (se oxidan con agua)

Definiciones Clave

Densidad: cociente entre la masa de la sustancia y su volumen P=m/v o kg/m³.

Masa: medida cuantitativa de la inercia de los cuerpos.

Inercia: es la capacidad de los cuerpos de oponerse a un cambio de estado en movimiento.

Peso: es la fuerza con que la tierra atrae a los cuerpos hacia su centro. (g=9,8 m/s²)

Propiedades Químicas

• Fusión: sólido a líquido
• Solidificación: líquido a sólido
• Ebullición: líquido a gaseoso
• Condensación: gaseoso a líquido
• Sublimación: sólido a gaseoso
• Sublimación inversa: gaseoso a sólido

Propiedades Tecnológicas

Consiste en la capacidad de los materiales de ser trabajados.

• Soldabilidad: es la capacidad de los materiales de ser unidos mediante aporte de material (a alta temperatura)
• Mecanizabilidad: es la capacidad de los materiales de ser trabajados mediante máquinas-herramientas (torno, esmeril, taladradora)
• Colabilidad: capacidad de los materiales de ser colados o vertidos en moldes, en estado líquido para producir piezas fundidas.
• Maleabilidad: capacidad de los materiales de ser trabajados en aplicaciones de fuerzas externas (forja, laminado, plegado, trefilado, alambre).

Propiedades Mecánicas

• Elasticidad: capacidad de los materiales de recuperar su forma y dimensiones originales una vez quitada la carga que lo deforma.
• Plasticidad: Capacidad de los materiales de tender a volver a su forma y dimensiones originales, pero no completamente, quedando con deformación permanente una vez quitada la fuerza que lo deforma.
• Rigidez: capacidad de los materiales de resistir ser deformados. (todos los materiales se deforman, uno es más rígido que otro dependiendo la carga que se le otorgue).
• Dureza: capacidad de los materiales de resistir ser rayados o penetrados. La dureza se mide: Brinell=HB, Vickers=HV, Rockwell= HR, Shore HS.
• Tenacidad: capacidad de los materiales de resistir fuerzas de impacto. Se mide: Izod, Charpy.
• Fragilidad: es la incapacidad de resistir cargas de impacto (vidrio, fundición)
• Resistencia Mecánica: capacidad de resistir los esfuerzos que actúan sobre ellos. Este define el paso de la zona elástica a la zona plástica de un material, además define si falla por ruptura.
• Resistencia a la fatiga: resiste cargas cíclicas, es decir, se aplica varias veces en un intervalo de tiempo.

Materiales Ferrosos

Son aquellos que principalmente contienen hierro y tecnológicamente se usa la combinación hierro-carbono, dando origen a 2 materiales distintos: acero y fundición. Los aceros tienen un contenido de carbono entre 0,02 y 2,11% y la fundición entre 2,11 y 6,67%. Los aceros tienen buena resistencia mecánica, dureza, tenacidad y elasticidad y la fundición tiene alta resistencia a las vibraciones. A mayor contenido de carbono mejoran las propiedades mecánicas. Los aceros se clasifican en Aceros al carbono y aceros aleados.

Aceros al Carbono

Contienen hierro-carbono, sin embargo, contienen porcentajes muy bajos de azufre, fósforo, cobre y otros metales que no pudieron eliminarse en el proceso de fabricación y se clasifican en:

• Alto contenido de C (+0,5%)
• Medio cont. de C (entre 0,2 y 0,5%)
• Bajo cont de C (-0,2%)

Aceros Aleados

Son aquellos que a la mezcla hierro-carbono se le agregan otros metales con el objeto de mejorar notoriamente sus propiedades mecánicas y tecnológicas, pueden ser: cromo, níquel, magnesio, etc. Se clasifican en baja aleación (la suma de sus elementos aleantes es menor a 5%) y en alta aleación (suma de sus variantes mayor a 5%).

Elementos Aleantes:

• Cromo (Cr): aumenta la dureza, resistencia a la corrosión y la tenacidad a cualquier temperatura y tiene alta resistencia a la oxidación (inoxidable)
• Níquel (Ni): gran resistencia a la corrosión, alta resistencia mecánica y mejora la templabilidad.
• Manganeso (Mn): otorga gran resistencia al desgaste y mejora la templabilidad.
• Molibdeno: mejora la dureza, aumenta resistencia mecánica en caliente.
• Vanadio (V): aumenta la resistencia a la fatiga, y velocidad de corte en aceros para herramientas.
• Wolframio (W): mejora la dureza en alta y baja temperatura y mejora la resistencia mecánica.
• Silicio (Si): mejora la elasticidad y aumenta propiedades magnéticas.

Fundiciones de Hierro

1. Buena disponibilidad ya que su proceso de fabricación es simple.
2. Este material posee algo de dureza, algo de tenacidad pero sin embargo son muy frágiles.
3. Tienen alta capacidad de recibir vibraciones.

Tipos de Fundiciones

• Gris: el carbono está presente en forma de grafito, lo cual le da en la zona de fractura un aspecto gris oscuro con granos muy finos. Se obtienen a una t° de 1450°c. Buena resist. a la tracción, su resist, a la compresión es de 5 veces la de atracción, mientras mayor el número de clases mayor es la resistencia.
• Dúctil: tiene mejores propiedades que la gris, pero no es tan común ya que es difícil controlar el proceso de producción. Buena dureza y cierta resistencia al desgaste, cumple norma ASTM.
• Blanca: el carbono está en forma de martensita la cual a la zona de fractura le da un aspecto blanco brillante, tiene alta dureza, alta resist. al desgaste pero es muy frágil (bajo c)
• Atruchada: mezcla entre f.blanca y f.gris, aspecto de color blanco con manchas grises y tiene una combinación de las propiedades de ambas fundiciones.
• Maleable: tiene buena resist. mecánica tanto a la tracción como a la compresión, alta dureza. Propiedades similares a un acero.

Normas

SAE, AISI (COMPOSICION QUIMICA) ASTM API ( LIBRO) NCH (RESIST MECANICA)

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