Propiedades de los materiales
DAVID CANO DAVO
Created on January 24, 2024
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Transcript
INicio
DAVID CANO DAVÓ
Propiedades de los materiales
Esfuerzos Físicos
Modificación Propiedades
13.
12.
Clasificación
Introducción
Índice
*.
1.
Propiedades Químicas
2.
Propiedades Físicas
3.
Propiedades Mecánicas
4.
Propiedades Estéticas y Económicas
5.
Estructura Interna
6.
Estructura Sólidos Cristalinos
7.
Defectos Estructura Cristalina
8.
Elección Adecuada
9.
Uso Racional
10.
Residuos Industriales
11.
Los objetos que nos rodean están fabricados para satisfacer las necesidades del ser humano y mejorar su calidad de vida. Estos objetos se fabrican con una gran variedad de materiales cuya elección es fundamental si queremos que nuestro producto final cumpla su cometido.Los materiales constituyen cualquier producto de uso cotidiano y desde el origen de los tiempos han sido utilizados por el hombre para mejorar su nivel de vida.Al principio, éstos se encontraban espontáneamente en la naturaleza: la madera, la piedra, el hueso, el cuerno o la piel. Más tarde se empezaron a emplear otros materiales más elaborados como la arcilla, la lana o las fibras vegetales, para llegar más tarde al empleo de los metales y las aleaciones y terminando, con la revolución industrial, con el auge del uso del acero por encima de todos los demás materiales.
Materiales
INTRODUCCIÓN
HORMIGÓN
Arena (50%, natural), Grava (30%, natural), Cemento (20%, artificial) Agua (natural)
Están fabricados por el hombre a partir de materiales artificiales, es decir, no se encuentran en la naturaleza, ni ellos ni ninguno de los materiales que los componen, por ejemplo los plásticos.
Son aquellos que se obtienen a partir de los materiales naturales, y no han sufrido transformación previa. También se los denomina artificiales a los que son elaborados en su mayoría con materiales naturales.
Son aquellos que se encuentran en la naturaleza, como por ejemplo, la madera, la lana, el esparto, la arcilla, el oro, la piedra, etc.
Materiales Sintéticos
Materiales Artificiales
Materiales naturales
1. Clasificación de los materiales
El signo + que precede a la energía indica que la reacción es exotérmica y, en consecuencia, transcurre hacia la formación del óxido. En cambio, si la reacción es endotérmica (-) puede deducirse que el material será de difícil oxidación.
Cuando un material se combina con el oxígeno, transformándose en óxidos más o menos complejos, se dice que experimenta una reacción de oxidación.
La elección de un material debe hacerse cuidadosamente desde el punto de vista de sus propiedades químicas, dependiendo de la aplicación a que se destine, y así poder determinar su mayor o menor tendencia a sufrir procesos de este tipo. Uno de los factores que limita de forma notable la vida de un material es la alteración química que puede experimentar en procesos de oxidación o corrosión.
Material + Oxígeno --> Óxido del material + Energía
oxidación
2. PROPIEDADES QUÍMICAS
Cuando la oxidación de un material se produce en un ambiente húmedo o en presencia de otras sustancias agresivas, se denomina corrosión. Ésta es mucho más peligrosa para los materiales que la oxidación simple, pues en un medio húmedo la capa de óxido no se deposita sobre el material, sino que se disuelve y acaba por desprenderse. La corrosión no se verifica de una manera uniforme,por lo que da lugar a la formación de importantes fisuras, que pueden llegar a producir una rotura por fatiga o una fractura frágil del material, si éste se encuentra soportando una tensión de forma cíclica o bien a baja temperatura.
2. PROPIEDADES QUÍMICAS
Comportamiento frente a la Corrosión
Una reacción redox es una reacción oxidación-reducción es una reacción de transferencia de electrones. La especie que pierde los electrones se oxida y la que los gana se reduce.
2. PROPIEDADES QUÍMICAS
Comportamiento frente a la Corrosión
REACCIONES REDOX
La velocidad de corrosión es un número utilizado para describir cómo se degradan los metales en condiciones específicas, como en soluciones ácidas o saladas.La velocidad de corrosión en un metal puede ser medida electroquímicamente con la determinación de su resistencia de polarización (Rp), lo cual es inversamente proporcional a la corriente de la corrosión que, mediante las leyes de Faraday, se puede transformar en pérdida o degradación del acero
2. PROPIEDADES QUÍMICAS
Comportamiento frente a la Corrosión
VELOCIDAD DE CORROSIÓN
Debilitamiento por Hidrógeno
Corrosión Galvánica
Corrosión Intergranular
Agrietamiento por Corrosión bajo Tensión
Corrosión bajo Tensión de Gases Sulfurosos o Sulfuros
Corrosión Intersticial Localizada
Corrosión por Picaduras Localizada
Corrosión General (Uniforme)
2. PROPIEDADES QUÍMICAS
Comportamiento frente a la Corrosión
TIPOS
- Utilice acero inoxidable en lugar de acero normal --> Acero inoxidable es acero normal mezclado con otros metales como níquel y cromo.
- Recubra el acero normal con zinc
- Recubra el acero normal con plásticos especiales
- Pinte el acero normal con pinturas especiales
- Proteja el acero con ánodos de zinc ---> Se utilizan para prolongar más aún la vida útil de estructuras de acero sumergidas en agua del mar.
2. PROPIEDADES QUÍMICAS
Comportamiento frente a la Corrosión
PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN
Las propiedades térmicas son aquéllas que están íntimamente relacionadas con la temperatura y que, lógicamente, determinan el comportamiento del material en unas condiciones dadas.
Propiedades térmicas
Propiedades eléctricas determinan el comportamiento de un material cuando pasa por la corriente eléctrica. Una propiedad eléctrica es la llamada conductividad, que es la propiedad que tienen los materiales para transmitir la corriente eléctrica.
Se denomina densidad a la relación existente entre la masa de una determinada cantidad dematerial y el volumen que ocupa.Por peso específico se entiende la relación existente entre el peso de una determinada cantidad de material y el volumen que ocupa. N/m3.
Propiedades eléctricas
Densidad y peso específico
3. PROPIEDADES físICAS
PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN
Estos materiales se utilizan como núcleos magnéticos en transformadores y bobinas en circuitos eléctricos y electrónicos; los más importantes son el hierro, el cobalto, el níquel y sus aleaciones, así como los óxidos de hierro conocidos frecuentemente como ferritas y utilizados en circuitos electrónicos.
El campo magnético en su interior es algo mayor que el aplicado; ejemplos de materiales paramagnéticos son el aluminio, magnesio, platino, paladio, oxígeno, etc.
Materiales ferromagnéticos
Materiales paramagnéticos
Materiales diamagnéticos
Se oponen al campo magnético aplicado, de tal forma que en su interior el campo magnético es más débil. Son materiales diamagnéticos: bismuto, mercurio, oro, plata, cobre, sodio, hidrógeno, nitrógeno, etc.
Propiedades magnéticas
3. PROPIEDADES físICAS
PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN
3. PROPIEDADES físICAS
- Los cuerpos opacos absorben o reflejan totalmente la luz, impidiendo que pase a su través.
- Los cuerpos transparentes transmiten la luz, por lo que permiten ver a través de ellos.
- Los cuerpos translúcidos dificultan la visión de los objetos a su través.
Al incidir la luz sobre la superficie de un cuerpo, una parte de ella se refleja; parte se transmite a través del cuerpo; otra parte se difunde, es decir, sufre una reflexión no especular en múltiples direcciones y, por último, la luz restante la absorbe el cuerpo, aumentando su energía interna. El color que presenta un cuerpo se debe precisamente a la luz reflejada si el cuerpo es opaco, o a la que pasa a través de él si es transparente o translúcido.
Propiedades ópticas
PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN
Capacidad de un material para conservar su forma una vez deformado.
Es la capacidad de un material para formar láminas sin romperse.
maleabilidad
elasticidad
Capacidad que tienen algunos materiales de recuperar su forma una vez ha cesado la fuerza que los deformaba.
Oposición que ofrece un cuerpo a dejarse rayar o penetrar por otro. Se desgastan poco.
ductibilidad
Capacidad que tienen algunos materiales de recuperar su forma una vez ha cesado la fuerza que los deformaba.
plasticidad
dureza
4. PROPIEDADES mecánicas
4. PROPIEDADES mecánicas
Capacidad que tiene un material fundido para llenar un molde.
Nos dice la energía almacenada durante la deformación elástica.
resilencia
fragilidad
Facilidad que tiene un cuerpo a dejarse cortar por arranque de viruta.
Es la energía que es capaz de absorber un material antes de romperse: acero.
Maquinabilidad
El material se hace añicos cuando una fuerza impacta sobre él.
colabilidad
tenacidad
ENSAYOS
4. PROPIEDADES mecánicas
Deformación de un material cuando actúan sobre él cargas dinámicas cíclicas.
fatiga
acritud
Fuerza que existe entre dos superficies en contacto.
Deformación irrecuperable de una probeta o material que presenta plasticidad.
fricción
Es la propiedad de un metal de aumentar su dureza, su resistencia a la tracción, pero también su fragilidad, como consecuencia de la deformación en frío.
fluencia
ENSAYOS
tracción
Consiste en determinar la energía necesaria para romper una probeta normalizada del material a analizar, mediante un impacto con un péndulo.
resilencia
Consiste en estirar lentamente una probeta, de longitud y sección normalizadas, del material a analizar, hasta que se rompe.
ENSAYOS DE LOS MATERIALEs
ENSAYOS DE LOS MATERIALEs
Consiste en hacer girar rápidamente una probeta normalizada del material analizar, al mismo tiempo que se deforma debido a una fuerza.
fatiga
Consiste básicamente en ejercer una determinada fuerza con un diamante o bola de acero sobre la pieza a analizar y ver las medidas de la huella dejada.
dureza
- Tracción →La fuerza tiende a alargar el objeto.
- Comprensión →La fuerza tiende a acortar el objeto.
- Flexión →La fuerza tiende a curvar el objeto.
- Torsión → La fuerza tiende a retorcer el objeto.
- Cortadura →Las fuerzas actúan sobre la superficie que se rompe y pasan por ella.
- Pandeo →Similar a la compresión, pero se da en objetos de poca sección y gran longitud.
5. ESFUERZOS FÍSICOS A LOS QUE PUEDEN SOMETERSE LOS MATERIALES
Se refieren a los costes de un material desde su obtención y su transporte al lugar de fabricación/modificación del mismo, hasta los costes de almacenamiento y los que surgen en la entrega a su destinatario final que incluyen además, en su caso, los impuestos derivados de la compra-venta del material.
económicas
Las cualidades estéticas son algunas de las propiedades que hacen valioso un objeto, en particular una obra de arte. Estas cualidades hacen referencia al aspecto exterior.
6. PROPIEDADES estéticas y económicas
estéticas
- La estructura física de los sólidos es gracias a la colocación de sus átomos, moléculas y las fuerzas que las unen.
- Dependiendo de cómo sean las celdas de los cristales hay 7 sistemas cristalinos y 14 retículos espaciales diferentes.
Pero lo que le da sus propiedades es su estructura cristalina
- Molécula: Es la mínima proporción de la materia que conserva las propiedades de un material.
- Átomo: El átomo es la unidad de materia más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades, y que no es posible dividir mediante procesos químicos.
7. ESTRUCTURA INTERNA DE LOS MATERIALES
La estructura cristalina es la forma sólida de cómo se ordenan y empaquetan los átomos, moléculas, o iones. Estos son empaquetados de manera ordenada y con patrones de repetición que se extienden en las tres dimensiones del espacio. La cristalografía es el estudio científico de los cristales y su formación.
Sólidos metálicos, sólidos iónicos, sólidos reticulares o covalentes, y sólidos moleculares.
Un sólido cristalino es un sólido en el que sus átomos, iones o moléculas se acomodan en una estructura ordenada, es decir ocupan posiciones específicas.
8.2 Tipos de enlace
8.1 CONCEPTOS BÁSICOS
8. ESTRUCTURA DE LOS SÓLIDOS CRISTALINOS
8.3 ESTRUCTURA CRISTALINA
- Defectos atómicos puntuales: Átomos intersticiales, vacantes y átomos extraños.
- Defectos atómicos lineales: Dislocaciones (en cuña o en hélice).
- Defectos atómicos superficiales o interfaciales: Borde o límite de grano.
ATÓMICOS
ELECTRÓNICOS
TÉRMICOS
Los DEFECTOS ATÓMICOS son los más importantes desde el punto de vista metalúrgico y consisten en fallos o alteraciones en la ordenación espacial de la estructura cristalina.
Las estructuras cristalinas de metales y aleaciones no son perfectas, no existe el sólido cristalino perfectamente ordenado y compacto sino que presentan una serie de defectos de distinto tipo, a los que deben propiedades físicas y mecánicas singulares.
8.4 IMPERFECCIONES ESTRUCTURA CRISTALINA
8. ESTRUCTURA DE LOS SÓLIDOS CRISTALINOS
Todas estas imperfecciones son las causantes de los efectos de DIFUSIÓN en los sólidos cristalinos ya que su presencia facilita los movimientos de los átomos en el interior del material. Este fenómeno está asociado a la temperatura ya que el aumento de la misma, incrementa la agitación térmica de los átomos provocando el desplazamiento de los mismos. Tiene gran importancia en metalurgia.
- Átomos intersticiales: Son átomos situados en un puntoque no pertenece a la red, es decir, situados en los huecos existentes en las estructuras cristalinas.
- Vacantes: Son puntos de la red vacíos en los que no se encuentra átomo alguno.
- Átomos extraños : Son átomos diferentes de los que forman la red cristalina que se sitúan tanto en puntos reticulares como en huecos.
9.1 DEFECTOS ATÓMICOS PUNTUALES
9. DEFECTOS EN LA ESTRUCTURA CRISTALINA
La presencia de dislocaciones en un sólido cristalino disminuye su resistencia mecánica teórica. Además, los movimientos de las dislocaciones son los causantes de la deformación plástica en las aleaciones metálicas.
- En hélice, en la que los planos perpendiculares al defecto lineal se enrollan a su alrededor.
Los más importantes son las DISLOCACIONES que dan lugar a la distorsión de la red cristalina en torno a una línea. Pueden ser de dos tipos:
- En cuña, en la que falta una línea de átomos o existe un semiplano «extra» en la estructura cristalina regular.
9.2 DEFECTOS ATÓMICOS LINEALES
9. DEFECTOS EN LA ESTRUCTURA CRISTALINA
10
Normalmente separan regiones del material que tienen diferente estructura cristalina y/o orientación cristalográfica.La estructura de la mayor parte de los metales utilizados industrialmente está constituida por múltiples zonas ordenadas pero sin que las direcciones de sus ejes cristalográficos coincidan. A estas zonas ordenadas se les denomina GRANOS o cristales y a la zona límite entre dos de ellos se le conoce como LÍMITE DE GRANO.La formación de este tipo de defectos se debe al proceso de solidificación del metal.
9.3 DEFECTOS ATÓMICOS SUPERFICIALES O INTERFACIALES
9. DEFECTOS EN LA ESTRUCTURA CRISTALINA
10
- Tratamientos mecánicos → La forja =Es un tratamiento mecánico ayudado de calor y aplicado a las aleaciones o metales. Se deforma el metal, previamente calentado a temperaturas elevadas, golpeándolo por encima de la recristalización.
- Tratamientos térmicos → Consiste en calentarlos y posteriormente enfriarlos, por lo tanto las variables que controlamos son la temperatura y el tiempo Es importante
10. MODIFICACIÓN EN PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
11
- Tratamientos termoquímicos. → Son aquellos en los que también se producen cambios en la composición química de su capa superficial, añadiendo distintos productos químicos hasta una profundidad determinada.
- Tratamientos termomecánicos → Son combinaciones de los tratamientos térmicos, junto a las deformaciones mecánicas del material a tratar. Someten al metal a operaciones de deformación, para mejorar sus propiedades mecánicas y , además, darle forma determinadas.
10. MODIFICACIÓN EN PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
12
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES Nos debemos asegurar de que el material elegido va a ser el adecuado para soportar los esfuerzos a los que está sometido el producto final, o a las condiciones de uso que le vamos a dar.DISPONIBILIDAD DE LOS MATERIALES Se debe saber si va a haber existencias suficientes de un determinado material, de manera que la línea de producción no se pueda ver desabastecida en ningún momento.COSTE DE LOS MATERIALES Al calcular el precio de un producto, el coste del material no debe exceder de un determinado porcentaje para que su venta resulte competitiva.CALIDAD DE LOS MATERIALES Los investigadores deben desarrollar continuamente nuevos materiales para satisfacer las demandas y necesidades que impone la sociedad.
La elección del material y el proceso de fabricación depende a una serie de criterios, como técnicos (intrínsecamente ligadas a la materia), económicos, tecnologicos (proceso de transformación o montaje) y el ecodiseño.
11. ELECCIÓN ADECUADA DE LOS MATERIALES
- Renovables: Son aquellos materiales en los que un uso racional no provocara su agotamiento, ya que, pasado cierto tiempo, se obtendrán otros.
- No renovables: Son aquellos que proceden del interior de la Tierra y que una ves usados, si no se reciclan, acaban agotandose.
Reutilización
12
Reciclado
Nuevos diseños
Para solucionar el agotamiento prematuro de los materiales y el excesivo deterioro del medio ambiente se han creado tres formas de reducirlas, que son estas:
La fabricación de productos aumenta notablemente año a año y esto puede acarrear dos grandes problemas: agotamiento prematuro de los materiales(materias primas) y un excesivo deterioro del medio ambiente.
12. USO RACIONAL DE LOS MATERIALES
12. USO RACIONAL DE LOS MATERIALES
Un diseño adecuado puede reducir considerablemente el volumen de materia prima empleada para fabricarlo, consiguiendo que resista igual o mejor los esfuerzos normales a los que va a estar sometido.
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.
Un diseño adecuado puede reducir considerablemente el volumen de materia prima empleada para fabricarlo, consiguiendo que resista igual o mejor los esfuerzos normales a los que va a estar sometido.
Reutilización
Reciclado
Nuevos diseños
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TÉCNICAS
- Inertes: Son aquellos que no suponen ningún riesgo para las personas ni para el medio ambiente, porque no experimentan transformaciones físicas, químicas o biológicas significativas. Por ejemplo: escombros, ladrillos,...
- Residuos tóxicos y peligrosos: Son aquellas sustancias corrosivas, inflamables, tóxicas o que pueden producir reacciones químicas, originando peligros para la salud o el medio ambiente. Pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos.
La industria al fabricar los productos que usamos diariamente genera una gran cantidad de residuos. Muchos se pueden reciclar pero otros no.La generación y gestión de residuos sólidos y en particular de residuos peligrosos representa un grave problema ambiental, de ahí la existencia de una política europea en materia de residuos cada vez más estricta. Generalmente, estos residuos proceden de industrias muy diversas y poseen una composición muy variada.
13 RESIDUOS INDUSTRIALES (Técnicas de Inertización)
En el caso de metales, los mecanismos consisten principalmente en convertir al metal en precipitados insolubles. Los mecanismos incluyen precipitación y formación de complejos por lo que los factores que mayor influencia tienen en estos procesos son el pH, el estado de oxidación y el potencial redox.
- Quimiadsorción - Pasivación - Intercambio iónico - Diodochy - Encapsulación
- Modificación del pH - Acción sobre el potencial redox - Reacciones químicas - Adsorción
Cuando los residuos a inertizar contienen un porcentaje elevado de compuestos orgánicos, puede ocurrir que estos no reaccionen con los aglomerantes inorgánicos pues muchos de ellos son no polares e hidrófobos. La inmovilización de compuestos orgánicos puede darse por reacciones que destruyen o alteran los compuestos o por procesos físicos como adsorción y encapsulación.
MECANISMOS DE ESTABILIZACIÓN/SOLIDIFICACIÓN