Propiedades de los Materiales

Propiedades Fisicoquímicas

Corrosión

La corrosión es una reacción química en la que intervienen tres factores: la pieza manufacturada, el ambiente y el agua, o por medio de una reacción electroquímica. La corrosión se da por siete procesos:

• Corrosión uniforme: Ataca por igual a toda la superficie de la pieza expuesta a la acción corrosiva y puede observarse a simple vista.
• Galvánica: Se produce por la unión eléctrica de dos metales con distintas composiciones químicas en un electrolito. El metal más noble sufre la corrosión mientras que el inerte queda protegido.
• Por picaduras: Es una corrosión localizada que forma pequeños agujeros que penetran hacia el interior del metal base.
• Por aireo diferencial: Se da en piezas que se encuentran en electrolitos con diferentes concentraciones para las diferentes regiones de la pieza. Una parte de la pieza será anódica y la otra catódica.
• Intergranular: Se da en bordes de grano provocando la descohesión y fragilización de los mismos.
• Por erosión: Se produce al combinar la acción erosiva junto con el ataque químico.
• Bajo tensiones: Combina la acción química junto con la aplicación de tensiones mecánicas. La formación de grietas se produce por la acción conjunta de tensiones mecánicas y la acción corrosiva del medio.

Oxidación

La oxidación se produce por la acción de atmósferas gaseosas sobre el metal o aleación creando capas de óxido en la superficie externa de las piezas.

Protección Pasiva

Se entiende por protección pasiva la que implica una separación eléctrica entre ánodos y cátodos de las pilas de corrosión. Los sistemas más empleados se basan en el aislamiento de los elementos constructivos a proteger mediante materiales dieléctricos, evitándoles el contacto con agua o suelo húmedo.

Protecciones Catódicas

Las protecciones catódicas se basan en la generación de una corriente externa que, aplicada en la superficie del elemento a proteger, elimina la tendencia a diluirse de los iones metálicos de este. Esta protección requiere una fuente de corriente continua y un electrodo auxiliar.

Ánodos de Sacrificio

Cuando dos metales húmedos se ponen en contacto, el metal más activo hace de polo negativo (ánodo) y el menos activo, de polo positivo (cátodo). Como consecuencia, el más activo se corroe más rápidamente protegiendo al más noble. Esta protección se llama anódica y el metal que hace de ánodo se llama metal de sacrificio. Los ánodos más utilizados son Aluminio y Zinc. Las ventajas son que su instalación es simple y funcionan independientemente. Las desventajas son que la instalación es cara y solo se puede utilizar en medios de bajas resistividades.

Propiedades Físicas

Densidad y Peso Específico

Densidad (D): Es la relación entre la masa de una cantidad de material y el volumen que ocupa (Kg/m³).

Peso específico (Pe): Es la relación entre el peso de una cantidad de material y el volumen que ocupa (N/m³).

Propiedades Eléctricas

Todas las sustancias ofrecen una resistencia al paso de la corriente. La resistencia de un material conductor depende de la presencia de electrones móviles en los átomos y de su grado de movilidad ante la acción de un campo eléctrico. Esta propiedad se denomina resistividad (ρ), es la resistencia que ofrece al paso de la corriente un elemento de ese material de un metro de longitud y de 1 m² de sección (Ω·m). Los metales son buenos conductores de la corriente eléctrica dado que su estructura interna es muy ordenada y los electrones no se encuentran sujetos a un átomo. La madera, los compuestos cerámicos, polímeros, etc. poseen resistividades muy altas, debido a que los electrones de sus átomos carecen de movilidad. Los materiales se clasifican en conductores (ρ muy pequeño) y aislantes (ρ muy grande) y otros semiconductores constituidos por silicio dopado con impurezas tipo n o p.

Propiedades Térmicas

Son aquellas que están relacionadas con la temperatura.

• A) Dilatación térmica: La mayoría de los materiales se dilatan al aumentar la temperatura, sin producirse cambios de fase. La dilatación térmica se debe a que al aumentar la temperatura aumentan las vibraciones de las partículas del material, lo que da origen a una mayor separación entre ellas. El valor final de una magnitud X (longitud, superficie, volumen) al aumentar su temperatura es: X = X₀ · (1 + K · Δt), donde X₀ es el valor inicial y K el coeficiente de dilatación.
• B) Calor específico (C): Cantidad de energía calorífica que es preciso aportar a la unidad de masa de tal sustancia para elevar su temperatura en un grado, sin que se presenten cambios de fase (J/(kg·°K) o cal/(g·°C)). La energía calorífica Q, que será necesario comunicar para que una masa m de una sustancia pase de T₁ a otra mayor T₂ es: Q = m · C · (T₂ – T₁).
• C) Temperatura de fusión: Al calentar un sólido, el movimiento vibratorio de sus partículas se va haciendo cada vez más amplio, produciéndose la dilatación, pero si se continúa aumentando la temperatura llega un punto en el que la estructura del material no se puede mantener y se produce su fusión, esta temperatura se llama temperatura de fusión. Esta temperatura a presión normal se conoce como punto de fusión. El calor que es preciso comunicar a una sustancia que se encuentra en la temperatura de fusión para que pase de sólido a líquido se denomina calor latente de fusión y su contrario calor latente de solidificación.
• Conductividad térmica: La transmisión del calor por conducción se debe a los choques de los átomos y partículas entre sí.

Propiedades Magnéticas

• A) Materiales diamagnéticos: Se oponen al campo magnético aplicado, en su interior el campo magnético es más débil (oro, plata, cobre).
• B) Materiales paramagnéticos: El campo magnético en su interior es mayor que el aplicado (oxígeno, aluminio, magnesio).
• C) Materiales ferromagnéticos: El campo magnético es mucho mayor que el exterior (hierro, cobalto, níquel).

Propiedades Ópticas

Opacos, transparentes y translúcidos.

Propiedades Mecánicas

Indican el comportamiento de un material cuando se encuentra sometido a fuerzas exteriores.

• A) Ensayo de tracción: Consiste en estirar una probeta de dimensiones normalizadas, por medio de una máquina, a una velocidad lenta y constante, obteniéndose la curva de tensión-alargamiento.
  • Tensión (σ): La fuerza aplicada a la probeta por unidad de sección (N/m²): σ = F/S₀.
  • Deformación unitaria (ε): Es el tanto por uno en que se ha incrementado la longitud de la probeta: ε = (L – L₀) / L₀.
  • Zona elástica: En ella la tensión-deformación es lineal, ley de Hooke: σ = E · ε, en la que (E) es el módulo de Young (N/m²), esta zona se termina cuando se alcanza el límite elástico (σ_e).
  • Zona plástica: En ella los alargamientos son permanentes, si el ensayo se detiene se recupera el alargamiento elástico quedando un alargamiento plástico (ε_p). Si se reinicia de nuevo el ensayo, la nueva curva coincidirá con la curva de descarga y el límite elástico será mayor que el anterior, endurecimiento por deformación. La curva en esta zona es de menos pendiente que en la elástica ya que para conseguir grandes alargamientos es necesario un incremento de carga elevado. La F_máxima / S₀ de la probeta es la resistencia a la tracción (σ_R), donde termina la zona plástica.
  • Zona de estricción: La deformación se localiza en una zona determinada de la probeta, la tensión disminuye y la probeta termina por romperse.

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