Propiedades Fisicas De Los Materiales De Ingenieria.docx

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE ALTAMIRA Organismo Público Descentralizado de la Administración Pública Estatal

ESTRUCTURAS Y PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES DE INGENIERÍA

Flores Hernandez Josue Jonathan Mantenimiento Industrial - Área Soldadura

4° “A”

Propiedades De Los Materiales De Ingeniería

PROPIEDADES FISICAS DE LOS MATERIALES DE INGENIERIA Las propiedades físicas son aquellas que logran cambiar la materia sin alterar su composición. Por ejemplo, cuando moldeas un trozo de plastilina, sus átomos no se ven alterados de ninguna manera, pero exteriormente cambia su forma. 1.-Dimensiones y forma Los materiales se presentan para la venta en una serie de formas comerciales, las cuales se aplican para diferentes aplicaciones industriales. La forma de los objetos determina también su comportamiento.

2.- Densidad o gravedad especifica Es la relación existente entre la masa de una determinada cantidad de material y el volumen que ocupa. Su unidad en el 𝑘𝑔

sistema internacional es el 𝑚3 Densidad = Masa/Volumen

𝜌=

𝑚 𝑉

La masa y el volumen son propiedades generales o extensivas de la materia, es decir son comunes a todos los cuerpos materiales y además dependen de la cantidad o extensión del cuerpo. En cambio la densidad es una propiedad característica, ya que nos permite identificar distintas sustancias. La gravedad específica es la densidad de un material en relación con el agua. Dado que las rocas constan de varias fases distintas de mineral, no tienen una gravedad específica fija. 3.-Porosidad La porosidad es una propiedad extensiva de la materia, es decir, depende de la masa contenida dentro del cuerpo. Se define la porosidad como la propiedad por el cual todos los cuerpos poseen en el interior de su masa, espacios que se llaman poros o espacios intermoleculares. Flores Hernández Josué Jonathan

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4.-Contenido de humedad El contenido de humedad es la relación que existe entre el peso de agua contenida en la muestra en estado natural y el peso de la muestra después de ser secada en el horno a una temperatura entre los 105°-110° C. Se expresa de forma de porcentaje, puede variar desde cero cuando está perfectamente seco hasta un máximo determinado que no necesariamente es el 100%. 5.-Macro-estructuras La macro-estructura es la estructura del material a nivel macroscópico, donde la escala de longitud es aproximadamente mayor a 1000nm (nanómetros). Entre las propiedades que constituyen la macro-estructura están la porosidad, los recubrimientos superficiales y las micro-fisuras internas o externas. 6.-Micro-estructuras La micro-estructura es la estructura del material a una escala de longitud de aproximadamente 10 a 1000nm. La escala de longitud es una longitud o intervalo de dimensiones características dentro de la que se describen las propiedades o los fenómenos que suceden en los materiales. En el caso normal, la microestructura comprende propiedades como el tamaño promedio del grano, la distribución de ese tamaño, la orientación de los granos y otras propiedades relacionadas con los defectos en los materiales (un grano es una porción del material dentro de la cual el arreglo de los átomos es casi idéntico).

PROPIEDADES QUIMICAS DE LOS MATERIALES DE INGENIERIA Las Propiedades químicas de los materiales son unas de las más importantes, pues son las que se manifiestan al interaccionar los materiales con otras sustancias o materiales, dando lugar en ocasiones a importantes transformaciones, llegando incluso a transformarse el material en otro material diferente, lo que se debe a una reacción química. 1.-Oxido o composición completa Cuando un material se combina con el oxígeno, transformándose en óxidos más o menos complejos, se dice que experimenta una reacción de oxidación. Cuando un material se encuentra situado en una atmósfera oxidante, su superficie se oxida más o menos rápidamente; el óxido que se forma se deposita en la parte exterior del material recubriéndolo por completo. Para que el proceso de oxidación continúe en

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esa situación, el material o el oxígeno deben atravesar, por difusión, la capa de óxido, que se comporta oponiéndose tanto al movimiento de los átomos de oxígeno como a los del material. 2.-Alcalinidad o acidez La acidez y alcalinidad responden a la forma de clasificar la reacción de cualquier elemento, sobre todo en medios líquidos. El grado de acidez o alcalinidad se mide a través de una escala de pH, que va del extremo ácido 0 al extremo alcalino 14, y en el centro está el 7, el valor neutro. Las aguas naturales usualmente tienen un pH neutro entre 6,5 y 8,5.

3.-Resistencia a la corrosión o a la intemperie La corrosión es producida por la humedad y el oxígeno del aire, producen el deterioro lento, pudiendo este ataque acabar destruyéndolos. La apreciación de la resistencia a la corrosión de los metales y sus aleaciones se hace en base a ensayos de laboratorio, con ello se valora cualquier característica del material relacionada por la destrucción química desarrollada antes, y después de la acción del medio a probar.

Es común que se tome una probeta del material y se someta al medio en cuestión, luego de un tiempo de permanencia, se determina el cambio del peso, si se producen en la probeta sales o compuestos superficiales de fácil desprendimiento el peso irá disminuyendo, pero en caso contrario cuando se forman óxidos adherentes y continuos su peso aumentará.

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PROPIEDADES FISICO-QUIMICAS DE LOS MATERIALES DE INGENIERIA Son las que están relacionadas con el comportamiento del material frente acciones externas. 1.-Accion Hidro-repelente La acción Hidro-repelente consiste en usar un producto hidrorepelente que ayuda a limitar la penetración de agua en los poros y capilares de una superficie sin alterar sus cualidades mecánicas. Su acción es hacer el material hidrófobo, lo que significa, que no permite que penetre el agua. 2.-Contraccion y dilatación debida a cambio de humedad La dilatación por humedad es el aumento del volumen de un material, causado por la absorción de agua o vapor, por encima de su volumen normal cuando está seco.

PROPIEDADES INGENIERIA

MECANICAS

DE

LOS

MATERIALES

DE

Las Propiedades mecánicas de los materiales son quizás las más importantes pues son las que determinan el comportamiento de éstos cuando se ven sometidos a la acción de fuerzas exteriores de cualquier tipo, continuas o discontinuas, estáticas, dinámicas o cíclicas. 1.-Resistencia a la tensión La resistencia de un elemento se define como su capacidad para resistir esfuerzos y fuerzas aplicadas sin romperse, adquirir deformaciones permanentes o deteriorarse de algún modo. En física, tensión es la fuerza aplicada a un cuerpo que le produce una extensión o, si es negativa, compresión. En Resistencia de Materiales, tensión es la relación entre la fuerza aplicada y el área sobre el que se aplica. 2.- Resistencia a la compresión Esfuerzo máximo que puede soportar un material bajo una carga de aplastamiento. La resistencia a la compresión de un material que falla debido a la rotura de una fractura se puede definir, en límites bastante ajustados, como una propiedad independiente. Sin embargo, la resistencia a la compresión de los

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materiales que no se rompen en la compresión se define como la cantidad de esfuerzo necesario para deformar el material una cantidad arbitraria. La resistencia a la compresión se calcula dividiendo la carga máxima por el área transversal original de una probeta en un ensayo de compresión.

3.- Resistencia cortante La cortadura (cizalladura o tensión cortante) es el esfuerzo que soporta una pieza cuando sobre ella actúan fuerzas contenidas en la propia superficie de actuación. Un ejemplo de esfuerzo de cortadura sería el que soportan los roblones después de colocados. El esfuerzo de cortadura no se presenta aislado, suele ir acompañado de algún otro esfuerzo. En el caso de los roblones, por ejemplo, están sometidos además de a la tensión de cortadura, a otra tensión de tracción necesaria para mantener unidas dos chapas metálicas. 4.- Resistencia a la flexión Esfuerzo máximo de la fibra desarrollado en una probeta justo antes de que se agriete o se rompa en un ensayo de flexión. Se presenta la resistencia de fluencia de la flexión en lugar de la resistencia a la flexión para aquellos materiales que no se rompen en el ensayo de flexión. Sinónimo de módulo de rotura.

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5.- Resistencia de impacto La resistencia al impacto describe la capacidad del material a absorber golpes y energía sin romperse. La energía de impacto es análoga a la tenacidad. Para calcular esta propiedad se pueden llevar a cabo dos métodos diferentes, para esto se ensayan los materiales con entalla (abertura) con la finalidad de sensibilizarlos más y así facilitar el ensayo. 

Prueba Charpy: Fue creada por Georges Charpy en 1909. Esta se utiliza en ensayos para determinar la tenacidad de un material. Son ensayos de impacto de una probeta entallada y ensayada a flexión en 3 puntos. El péndulo cae sobre el dorso de la probeta y la parte.

 Método IZOD: Consiste en el desgaste y posterior ruptura de un objeto fabricado para soportar carga, se da cuando se ejercen fuerzas repetidas aplicadas sobre el material creando pequeñas grietas. Se inicia una grieta minúscula sobre la superficie. (Carga) Propagación de la grieta. Fractura del material.

6.- Resistencia a la tenacidad En ciencia de materiales, la tenacidad es la energía total que absorbe un material antes de alcanzar la rotura, por acumulación de dislocaciones. En mineralogía la tenacidad es la resistencia que opone un mineral u otro material a ser roto, molido, doblado, desgarrado o suprimido. 7.-Rigidez La rigidez es una medida cualitativa de la resistencia a las deformaciones elásticas producidas por un material, que contempla la capacidad de un elemento estructural para soportar esfuerzos sin adquirir grandes deformaciones.

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8.-Elasticidad y plasticidad La elasticidad es una propiedad mecánica de los sistemas, decimos que un material es elástico cuando al aplicarle una fuerza, se deforma, y, al dejar de aplicar la fuerza, vuelve a su forma original. Los materiales que al ser deformados y dejar de aplicar la fuerza, no vuelven a su forma original, se llaman inelásticos o plásticos. La plasticidad es una propiedad mecánica de un material inelástico, natural, artificial, biológico o de otro tipo, de deformarse permanentemente e irreversiblemente cuando se encuentra sometido a tensiones por encima de su rango elástico, es decir, por encima de su límite elástico. En los metales, la plasticidad se explica en términos de desplazamientos irreversibles de dislocaciones. 9.-Ductilidad y fragilidad La ductilidad es la propiedad que presentan algunos materiales, como las aleaciones metálicas o materiales asfálticos, los cuales bajo la acción de una fuerza, pueden deformarse sosteniblemente sin romperse, permitiendo obtener alambres o hilos de dicho material. A los materiales que presentan esta propiedad se les denomina dúctiles. Los materiales no dúctiles se clasifican de frágiles. Aunque los materiales dúctiles también pueden llegar a romperse bajo el esfuerzo adecuado, esta rotura sólo se produce tras producirse grandes deformaciones. La fragilidad se relaciona con la cualidad de los objetos y materiales de romperse con facilidad. Aunque técnicamente la fragilidad se define más propiamente como la capacidad de un material de fracturarse con escasa deformación. Por el contrario, los materiales dúctiles o tenaces se rompen tras sufrir acusadas deformaciones, generalmente de tipo deformaciones plásticas, tras superar el límite elástico.

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10.-Dureza y resistencia al desgaste La dureza es la resistencia de un cuerpo a ser rayado por otro. La dureza es la oposición que ofrecen los materiales a alteraciones como la penetración, la abrasión, el rayado, la cortadura, las deformaciones permanentes; entre otras. También puede definirse como la cantidad de energía que absorbe un material ante un esfuerzo antes de romperse o deformarse.

El desgaste es la erosión de material sufrida por una superficie sólida por acción de otra superficie. Está relacionado con las interacciones entre superficies y más específicamente con la eliminación de material de una superficie como resultado de una acción mecánica. La necesidad de una acción mecánica, en forma de contacto debido a un movimiento relativo, es una distinción importante entre desgaste mecánico y cualquier otro proceso con similares resultados.

PROPIEDADES TERMICAS DE LOS MATERIALES DE INGENIERIA Las Propiedades térmicas de los materiales son las que determinan el comportamiento de los materiales frente al aumento de temperatura, es decir, el comportamiento de éstos frente al calor. 1.-Calor específico Cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una unidad de masa de una sustancia en un grado. En el Sistema Internacional de unidades, el calor específico se expresa en julios por kilogramo y kelvin (J/Kg). El calor específico determina la capacidad de un material para acumular calor. Su valor, que depende del material, tiene un rango de variación bastante menor para la mayoría de materiales de construcción de 1 a 4; el rango está comprendido entre 500 y 200J/Kg y pocos materiales salen de este rango. Un caso especial es el del agua, cuyo calor específico es particularmente elevado (4187 J/Kg). Por ello,

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el agua es utilizada como medio de almacenamiento térmico en una gran variedad de aplicaciones. 2.-Dilatación Es el aumento de tamaño que sufre un material cuando se eleva la temperatura del mismo. Las juntas de dilatación separadoras en construcción se hacen para que, con los aumentos de temperaturas y el consiguiente aumento de volumen, el material pueda expandir o alargarse libremente.

3.-Conductividad térmica Capacidad de los materiales de conducir o transmitir el calor, o de transferir el movimiento cinético de sus moléculas a otras moléculas adyacentes, o a otras sustancias con las que está en contacto. La conductividad térmica es elevada en metales y cuerpos continuos en general, y es especialmente baja en los materiales aislantes térmicos como lana de roca, fibra de vidrio, poliuretano, etc.

PROPIEDADES ELECTRICAS MATERIALES DE INGENIERIA

Y

MAGNETICAS

DE

LOS

Las propiedades eléctricas y magnéticas son las relacionadas con la electricidad y el magnetismo que puedan existir en los diferentes materiales que existen en nuestro alrededor. 1.-Conductividad eléctrica Es la capacidad de un medio o espacio físico de permitir el paso de la corriente eléctrica a través de si mismo. También es definida como la propiedad natural característica de cada cuerpo que representa la facilidad con la que los electrones pueden pasar por él.

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2.-Permeabilidad magnética Capacidad de una sustancia o medio para atraer y hacer pasar a través suyo los campos magnéticos, la cual está dada por la relación entre la intensidad de campo magnético existente y la inducción magnética que aparece en el interior de dicho material.

3.-Acción galvánica La acción galvánica se produce cuando un metal es conectado a otro en presencia de un electrólito y, por lo tanto, se produce una corrosión electroquímica denominada corrosión galvánica, o también denominada corrosión bimetálica. El potencial de un metal en solución está relacionado a la energía que libera cuando el metal se corroe.

PROPIEDADES INGENIERIA

ACUSTICAS

DE

LOS

MATERIALES

DE

Todos los materiales de construcción tienen propiedades acústicas. Todos ellos absorben, transmiten o reflejan el sonido cuando las ondas sonoras impactan contra ellos. En principio es algo evidente, sin embargo, cuando los fabricantes e instaladores se refieren a estas propiedades dan un valor específico a cada una de las cualidades de éstos a la hora de transmitir o impedir la transmisión del sonido. 1.-Transmision del sonido El sonido es en sí una vibración y como tal, puede ocurrir en cualquier medio material, ya sea sólido, líquido o gaseoso. La velocidad de propagación de la onda sonora depende de las características del medio en el que se transmite, además de las condiciones de presión, temperatura y humedad. En el aire, el sonido se propaga a una velocidad aproximada de 343 m/s. n el agua, un valor típico de velocidad del sonido son 1500 m/s. En este medio la densidad varía mucho en función de factores como la profundidad, la temperatura o la salinidad. En materiales metálicos, el sonido se propaga a velocidades superiores a las anteriores. Por ejemplo, en el acero el sonido se propaga a una velocidad en torno

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a 5000 m/s. En materiales sólidos se utiliza el sonido y las propiedades de reflexión para detectar fallas estructurales y grietas, sin necesidad de tener acceso a toda la estructura. 2.-Reflexion del sonido La reflexión se refiere a la capacidad del material para hacer rebotar una onda de sonido desde su superficie, causando un eco. Estas reflexiones pueden ser medidas por sus ángulos de incidencia y reflexión. Cada tipo de material de construcción presenta propiedades únicas de reflexión, que se pueden modelar y predecir a la hora de diseñar un espacio sonoro. Cuando un sonido se refleja, generalmente cambia de dirección en que se propaga y pierde una cantidad de energía. La reflexión varía según la naturaleza de material reflectante.

PROPIEDADES OPTICAS DE LOS MATERIALES DE INGENIERIA Se relacionan con la interrelación entre un material y las radiaciones electromagnéticas en forma de ondas o partículas de energía, conocidas como fotones. Estas radiaciones pueden tener características que entren en nuestro espectro de luz visible, o ser invisibles para el ojo humano. Esta interacción produce una diversidad de efectos, como absorción, transmisión, reflexión, refracción y un comportamiento electrónico. 1.-Color Es un atributo que percibimos de los objetos cuando hay luz. La luz es constituida por ondas electromagnéticas que se propagan a unos 300.000 kilómetros por segundo. Esto significa que nuestros ojos reaccionan a la incidencia de la energía y no a la materia en sí. Las ondas forman, según su longitud de onda, distintos tipos de luz, como infrarroja, visible, ultravioleta o blanca. Las ondas visibles son aquellas cuya longitud de onda está comprendida entre los 380 y 770 nanómetros. Los objetos devuelven la luz que no absorben hacia su entorno. Nuestro campo visual interpreta estas radiaciones electromagnéticas que el entorno emite o refleja.

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2.-Transmisión de la luz La transmisión ocurre cuando la luz atraviesa una superficie u objeto. Hay 3 tipos de transmisión: directa, difusa o selectiva.  Transmisión directa: es cuando la luz atraviesa un objeto y no se producen cambios de dirección o calidad de esa luz. Por ejemplo, un vidrio o el aire.  Transmisión difusa: se produce cuando la luz pasa a través de un objeto transparente o semi-transparente con textura. Por ejemplo, un vidrio esmerilado o un papel manteca. La luz en vez de ir en una sola dirección es desviada en muchas direcciones. La luz que es transmitida de manera difusa va a ser más suave, va a tener menos contraste, va a ser menos intensa, va a generar sombras más claras y una transición más suave entre luz y sombra que la luz directa.

 Transmisión selectiva: se produce cuando la luz atraviesa un objeto de color. Parte de la luz va a ser absorbida y parte va a ser transmitida por ese objeto. En el ejemplo de abajo la luz blanca (rojo, verde y azul) pasa a través de una superficie roja. El verde y el azul son absorbidos y solo es transmitido el rojo. Por lo tanto del otro lado de esa superficie vamos a ver luz roja.

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3.-Reflexión de la luz La reflexión es cuando la luz llega a un objeto y rebota o refleja, en parte o en su totalidad, de ese objeto. La luz puede ser reflejada de manera especular (directa) o difusa.  Reflexión especular: se produce cuando la luz refleja de una superficie lisa o pulida como, por ejemplo, un espejo. La luz va a reflejar en el mismo ángulo en el cual incide o llega a esa superficie (Ley de reflexión).

 Reflexión difusa: se produce cuando la luz llega a una superficie u objeto que tiene textura como, por ejemplo, una pared con textura.

Una reflexión difusa va a producir una luz más suave que una reflexión directa. También va a generar menos contraste en la escena, sombras más claras y una transición más suave entre luces y sombras. Una reflexión directa va a producir una luz más intensa, mayor contraste y sombras más oscuras y bien definidas.

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