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FACULTAD DE INGENERIA DE MINAS

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENERIA DE MINAS

TRABAJO DE INVESTIGACION

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

DOCENTE RENZO BENAVENTE, APAZA

ALUMNOS GALDINO AARON ARANIBAR BARRIENTOS KAREN PAOLA ROJAS CALDERON KRSNA DASA JONATHAN BORNAZ BURGA RIGOBERTO CARLOS VILLAN

AREQUIPA – PERU 2019

Índice de contenido Resumen MATERIALES DUREZA DE LOS MATERIALES FRAGILIDAD DE LOS MATERIALES FLEXIBILIDAD DE LOS MATERIALES AISLACIÓN TERMICA DE LOS MATERIALES TRANSPARENCIA DE LOS MATERIALES PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES PROPIEDADES TÉRMICAS DE LOS MATERIALES PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE LOS MATERIALES PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS MATERIALES PROPIEDADES TECNOLÓGICAS DE LOS MATERIALES PROPIEDADES ECONÓMICAS DE LOS MATERIALES PROPIEDADES ECOLÓGICAS DE LOS MATERIALES ENSAYOS EN LOS MATERIALES

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Resumen Las propiedades de los materiales son el conjunto de características que hacen que el material se comporte de una manera determinada ante estímulos externos como la luz, el calor, las fuerzas, etc. También se les puede llamar Propiedades Tecnológicas o Características de los Materiales.

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MATERIALES Tipos de materiales según su procedencia Los materiales son los elementos que se necesitan para fabricar un objeto. Los objetos que nos rodean están fabricados por diversos materiales. La fabricación de los objetos puede ser hecha por uno o más materiales. Según su procedencia hay dos tipos de materiales, estos pueden ser naturales o artificiales. Los materiales naturales y artificiales Los materiales naturales son los que se encuentran en la naturaleza. Se clasifican según su origen, animal, vegetal o mineral. Ejemplos:  Madera  Piedras  Algodón  Lana  Carbón  Cobre  Arena  Petróleo Los materiales artificiales son los elaborados por los seres humanos. Ejemplos:  Plástico  Papel  Cartón  Vidrio  Goma  Porcelana Para crear un producto mediante un material artificial se realiza el siguiente proceso:  Extracción de la materia prima de la naturaleza  Transformación de la materia prima en material artificial  Fabricación del producto final Propiedades de los materiales Cada material es diferente y tiene cualidades llamadas propiedades. Algunas propiedades de los materiales son: 2

 Dureza  Fragilidad  Flexibilidad  Aislación térmica  Transparencia  Impermeabilidad DUREZA DE LOS MATERIALES La dureza del material dice que tan resistente es el material frente a diversas deformaciones y alteraciones. Material duro: (Dureza) Se considera un material duro si al intentar hacer rayaduras, perforaciones, cambios en su forma, es difícil o casi imposible hacerlo. Ejemplos:  Diamante  Acero  Hierro Material blando: Se considera un material blando cuando fácilmente se puede moldear o hacer cambios en su forma. Ejemplos:  Arena  Plástico  Plasticina  Madera FRAGILIDAD DE LOS MATERIALES La fragilidad del material dice que tan delicado y frágil es el material, es decir si se rompe fácilmente o no. Material frágil: (Fragilidad) Es el material que se rompe con facilidad si se golpea. Ejemplos:  Cerámica  Vidrio Material tenaz: (Tenacidad) Es el material que no se rompe con facilidad. Ejemplos:  Madera  Acero 3

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FLEXIBILIDAD DE LOS MATERIALES La flexibilidad del material consiste en la facilidad que tiene este para doblarse sin romperse. Material flexible: Es el material que se dobla fácilmente. Ejemplos:  Goma  Algunos plásticos Material rígido: Es el material que es difícil doblar. Ejemplo:  Algunos metales Material elástico: Es el material que si se deforma puede recuperar su forma inicial. Ejemplos:  Goma de rueda de bicicleta  Resorte AISLACIÓN TERMICA DE LOS MATERIALES Los materiales que impiden el paso del calor o del frío de un lugar a otro se llaman aislantes térmicos. Ejemplo:  Plumavit TRANSPARENCIA DE LOS MATERIALES La transparencia en los materiales consiste en la facilidad que tienen estos para dejar pasar la luz a través de ellos. Material transparente: Es el material que se puede ver a través de él. Ejemplos:  Vidrio  Algunos plásticos Material opaco: Es el material que no permite el paso de la luz. Ejemplos:  Cerámica  Madera Material translúcido: Es el material que permite el paso de la luz pero no se puede distinguir con claridad que hay a través de él. Ejemplos:  Tela  Vidrio  Algunos plásticos

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Las Propiedades de los Materiales son el conjunto de características que describen y definen cualquier material y hacen que se comporte de un modo determinado ante los diferentes estímulos externos. Las propiedades de los materiales se pueden clasificar básicamente en los siguientes grupos: 1.

Propiedades físicas:

A.

Propiedades eléctricas.

B.

Propiedades mecánicas.

C.

Propiedades térmicas.

D.

Propiedades magnéticas.

E.

Propiedades ópticas y/o estéticas.

2.

Propiedades químicas.

3.

Propiedades tecnológicas.

4.

Propiedades económicas.

5.

Propiedades ecológicas.

A excepción de las propiedades estéticas, ecológicas y económicas, las demás dependen

de la estructura interna del

material,

condicionan el proceso de

fabricación del mismo, y le confieren las características que lo hacen útil para unas u otras aplicaciones. La estructura interna del material define sus propiedades, y por tanto, si queremos modificar éstas debemos modificar la estructura interna del material. Antes de abordar las propiedades de los materiales es importante entender la diferencia entre materia prima y material: Las materias primas son los elementos obtenidos directamente de la naturaleza, el punto de partida u origen de cualquier material. Las materias primas pueden ser animales, por ejemplo la materia prima principal de la lana es el pelo de la oveja. También pueden ser vegetales, como la materia prima de la madera es la corteza y tronco de los árboles. Por último, las materias primas pueden ser minerales, como la arcilla, la arena o el oro. Los materiales son las materias primas manipuladas, en mayor o menor medida, mediante procesos de fabricación, físicos y/o químicos, con la finalidad de obtener

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diversidad de productos. Un ejemplo de material es la lana, fabricada a partir de su materia prima el pelo de la oveja. En sucesivos temas pasaremos a explicar cada una de las propiedades de los materiales. Propiedades eléctricas de los materiales Las Propiedades eléctricas de los materiales son las que determinan el comportamiento de un determinado material al pasar por él la corriente eléctrica. En líneas generales, la Conductividad es la propiedad que tienen los materiales para transmitir la corriente eléctrica, y la Resistividad es la resistencia que ofrecen al paso de dicha corriente. En función de sus propiedades eléctricas, los materiales pueden ser:  Aislantes: Son los que No permiten fácilmente el paso de la corriente a través de ellos, por ejemplo la cinta aislante para cables.  Conductores: Son los que permiten fácilmente el paso de la corriente a través de ellos, por ejemplo los cables eléctricos.  Semiconductores: Son los que permiten el paso de la corriente a través de ellos sólo en determinadas condiciones o por debajo de una temperatura determinada. Están constituidos por silicio o germanio, con aditivos como arsénico, aluminio, fósforo, galio, boro. Son la base de todos los componentes electrónicos. Todos los materiales son conductores de la corriente eléctrica en mayor o menor grado y también ofrecen un mayor o menor grado de resistencia al paso de la corriente. La resistencia eléctrica de cada material depende de la presencia de e- móviles en los átomos y del grado de movilidad de los mismos, entre otros factores. Esta propiedad, la Resistividad específica de cada material, se define como la resistencia que ofrece al paso de la corriente un elemento de 1m de longitud y de 1m² de sección del material. Los metales son buenos conductores eléctricos en general, ya que su estructura interna es ordenada y los electrones no se encuentran sujetos a un átomo determinado. Sin embargo la madera o los materiales cerámicos, por ejemplo, son malos conductores eléctricos, es decir, tienen altas resistividades. Esto es debido a que los electrones de sus átomos no tienen apenas movilidad.

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Las propiedades eléctricas de un material condicionan en muchos casos su destino.

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PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES 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. Pueden definirse como la Resistencia mecánica que ofrece el material a dichos esfuerzos. Las propiedades mecánicas de un material tienen mucha importancia desde un punto de vista técnico. Las más importantes de estas propiedades mecánicas son las siguientes:  Resistencia: Capacidad de un material a soportar un determinado esfuerzo exterior.  Elasticidad: Capacidad de un material de recuperar su forma original una vez que cesa la fuerza exterior que originó su deformación. Un material muy elástico vuelve a su forma original una vez que cesa la fuerza aplicada. Lo contrario de la elasticidad es la plasticidad.  Plasticidad: Capacidad de un material de adquirir deformaciones permanentes sin llegar a romperse.  Dureza: Resistencia que presenta un material a dejarse rayar por otro. Para medir la dureza de un material se utiliza la escala de Mohs, de 1 a 10, correspondiendo el número 10 al material más duro. El material más duro que se conoce es el diamante, y por ese motivo se usa como abrasivo para cortar o marcar otros materiales más blandos.  Tenacidad: Resistencia a la rotura que opone un material cuando es golpeado. El metal es un material tenaz.  Fragilidad:Es lo contrario a la tenacidad, representa la propiedad de un cuerpo de romperse con facilidad cuando es golpeado. El vidrio simple es un material frágil.  Ductilidad: Capacidad de un material para deformarse fácilmente. Si se trata de un material metálico, el término alude a la capacidad de extenderse y formar así hilos o cables.

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 Maleabilidad: Capacidad de un material para adoptar una forma diferente a la original sin romperse. En el caso de los materiales metálicos es la capacidad de extenderse y formar así planchas o láminas. PROPIEDADES TÉRMICAS DE LOS MATERIALES 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. Las propiedades térmicas de los materiales son las siguientes:  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.  Resistividad térmica: Capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor. Es lo contrario a la conductividad térmica.  Dilatación térmica: 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.  Contracción térmica: Es lo contrario a la dilatación térmica, es la reducción de tamaño que experimenta un material al reducirse su temperatura.  Fusibilidad: Capacidad de un material para fundirse, pasar de sólido a liquido o viceversa. Viene determinada por el punto de fusión, que describe la temperatura en la cual llega a fundir.  Soldabilidad: Capacidad de un material para soldarse, consigo mismo o con otro material. Los materiales que tienen buena fusibilidad suelen tener, como es lógico, buena soldabilidad.

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PROPIEDADES MAGNÉTICAS DE LOS MATERIALES Las Propiedades magnéticas de los materiales son las que ponen de manifiesto su comportamiento frente a determinados materiales, particularmente metales. Se define como magnetismo el fenómeno físico por el que los materiales tienen la capacidad de atraer o repeler a otros materiales, o de ejercer fuerzas de atracción o repulsión sobre ellos. El comportamiento magnético de un material depende de su estructura interna y, en particular, de su configuración electrónica. Existen dos campos magnéticos diferenciables:  Por una parte está el campo magnético intrínseco del electrón, cada electrón es como un pequeño imán. Cada material posee innumerables electrones que están orientados aleatoriamente, en diversas direcciones. Y lo que ocurre en los imanes es que todos los electrones tienden a orientarse en la misma dirección, creando una fuerza magnética.  Por otra parte, está el campo magnético provocado por el movimiento orbital de cada electrón alrededor de su propio núcleo. Este efecto es comparable al campo que genera una corriente eléctrica al circular por una bobina. Todos los materiales se ven influidos por la presencia de un campo magnético en mayor o menor medida, pero sólo algunos tienen mucho más magnetismo que los demás,

estos

son

los

magnéticos o imanes. Algunos

materiales

que

denominamos materiales

materiales conocidos que presentan propiedades

magnéticas fácilmente detectables son el hierro, el níquel, el cobalto, y sus aleaciones. PROPIEDADES ÓPTICAS DE LOS MATERIALES Las Propiedades ópticas de los materiales son las que se ponen de manifiesto al incidir sobre ellos la luz. Las propiedades ópticas y/o estéticas se pueden definir también como aquellas que se perciben con el sentido de la vista. Los materiales se pueden clasificar a este respecto en:  Materiales transparentes: Son los materiales que permiten el paso de la luz, y se puede ver con nitidez a través de ellos. Son materiales transparentes el vidrio simple o el cristal, algunos plásticos, y cualquier material que deje pasar los rayos de luz y permita ver al otro lado del mismo.

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 Materiales opacos: Son los materiales que no permiten el paso de la luz, y no se puede ver a través de ellos. Por ejemplo los metales, aunque el Instituto Metalúrgico Dnepropetrovsk de Ucrania desarrolló hace unos años una tecnología que retó la opacidad de ciertos metales y, aunque no se consiguió la transparencia, sí se alcanzó cierta transmisión luminosa, dando lugar a un metal traslúcido y bastante ligero.  Materiales traslúcidos:Son los materiales que permiten el paso de la luz, pero no dejan ver con nitidez a través de ellos. Esta propiedad la tienen algunos plásticos, metacrilato, vidrios especiales o tintados, el papel de cebolla, y muchos otros. PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS MATERIALES 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. Las reacciones químicas fundamentales que pueden sufrir los materiales son:  El enlace metálico: Es un enlace químico que se da en sustancias en estado sólido, concretamente en materiales metálicos en estado sólido. Un enlace metálico mantiene unidos los átomos de los metales entre sí, los cuales se agrupan en estructuras compactas.  El enlace covalente: Se produce cuando dos átomos o grupos de átomos comparten electrones del último nivel, y la diferencia de electronegatividades entre átomos no es lo bastante grande para que se efectúe una transferencia de electrones. Los enlaces covalentes se suelen producir entre elementos gaseosos, o materiales no metálicos.  El enlace iónico: Es el resultante de una unión de átomos, unidos por atracción electrostática entre los iones de distinto signo, es decir, uno fuertemente electropositivo y otro fuertemente electronegativo. Esta reacción sucede cuando en el enlace uno de los átomos capta electrones del otro. El enlace iónico suele darse entre un compuesto metálico y uno no metálico.  La oxidación:Es la facilidad con la que un material reacciona en contacto con el oxigeno del aire, es decir, se oxida. Cuando el material se oxida en contacto con el agua en lugar de con el aire, se suele decir que se corroe.

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PROPIEDADES TECNOLÓGICAS DE LOS MATERIALES Las Propiedades tecnológicas o de fabricación de los materiales son las propiedades que determinan o informan de la capacidad de un material determinado de ser sometido a una determinada operación industrial. Las propiedades tecnológicas de los materiales son básicamente las siguientes:  Colabilidad: Es la capacidad de un material fundido para colarse en un molde y penetrar en todos sus resquicios llenándolo totalmente, para producir objetos completos y sin fallos. Para que un material sea colable debe tener una gran flluidez.  Ductilidad: Es la capacidad de un material para ser deformado mediante esfuerzos de tracción. La ductilidad disminuye al aumentar la dureza del material.  Forjabilidad: Es la facilidad de un material para deformarse mediante golpes cuando se encuentra a temperatura elevada.  Fusibilidad: Es la propiedad que permite a los materiales transformarse en piezas fundidas sanas mediante la fusión.Entre los materiales con mayor fusibilidad están el bronce y el latón.  Maquinabilidad o facilidad de mecanizado: Es la facilidad o dificultad que presenta un material para trabajarse con herramientas cortantes. En el torneado, el material gira y la cuchilla se desplaza longitudinalmente. En el Fresado, el material se desplaza mientras una rueda dentada cortante fija va girando.  Templabilidad: Es la capacidad de un material metálico de ser transformado en su estructura cristalina al sufrir cambios bruscos de temperatura. PROPIEDADES ECONÓMICAS DE LOS MATERIALES Las Propiedades económicas de 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. El proceso que sigue un material desde la obtención de la materia prima hasta la entrega del material como producto tecnológico terminado y su compra-venta, es una cadena larga en ocasiones, y por lo tanto las condiciones económicas de un material resultan importantes en su elección, ya que además de la calidad del material y sus propiedades, influyen muchos otros factores en su precio final.

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Entre

los

motivos

por

los

que

puede

verse

afectado

el precio de

un material, destacan los siguientes:  Costes derivados de la obtención: A veces el material es de muy difícil obtención, como en el caso del oro, cuyo alto precio en parte se debe a su escasez en la naturaleza y la dificultad para obtenerlo, aparte del hecho de que es un material muy noble e inalterable. A veces para acceder a un determinado material se excavan túneles, minas, o se construyen plataformas de excavación, con grandes costes. En cambio por ejemplo el corcho es un material fácilmente obtenible, ya que se extrae de la corteza del alcornoque que además se renueva constantemente ya que se regenera de forma natural después de ser extraída.  Costes derivados del transporte del material: Los materiales pesados y que se obtienen en lugares aislados a su destino, evidentemente pueden ocasionar gastos de transporte elevados, y en ocasiones requerir maquinaria especializada como grúas o trailers, lo que hay que tener muy en cuenta en el precio final del material.  Costes derivados de la fabricación: Cuanto menos favorables sean las propiedades tecnológicas de los materiales, las herramientas necesarias para su tallado, fusión, forje o mecanizado, serán más sofisticadas y/o requerirán mayor consumo energético, por lo que es otro factor influyente en el precio.  Costes derivados de la Compra-venta: En la Compra-venta de un material pueden entrar en juego los precios que marca el proveedor, que en parte decide el comerciante y varían con cada proveedor, los gastos derivados de la transacción financiera (comisiones de intermediarios), y los impuestos sobre el valor añadido aplicables en cada país o región.

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PROPIEDADES ECOLÓGICAS DE LOS MATERIALES Las Propiedades ecológicas de los materiales son las que representan el impacto que producen éstos en el medio ambiente. Cada vez estas propiedades son y deben ser tenidas más en cuenta, ya que la explotación ilimitada de los recursos naturales del planeta conduce a daños irreparables en el mismo y la salud de sus habitantes.Según sea el impacto producido en el medio ambiente, un material se puede clasificar como:  Biodegradable: Un material es biodegradable cuando la naturaleza puede descomponerlo, en poco tiempo y de forma natural, en otras sustancias naturales.  Tóxico: Un material tóxico es el que produce gran impacto en el medio ambiente, no es biodegradable, puede resultar venenoso para los seres vivos, y contamina el agua, el suelo o la atmósfera.  Alérgico: Se denomina así al material que produce reacciones alérgicas en los seres vivos, y particularmente en las personas.  Reutilizable: Un material reutilizable es todo material que puede volver a utilizarse pero para el mismo uso que tenía.  Reciclable: Un material reciclable es aquél que se puede reciclar para fabricar con él otro material diferente. Algunos materiales de construcción tóxicos, por ejemplo, son el cemento, el PVC, y varios tipos de metales pesados, como el zinc de algunas pinturas y los barnices derivados del petróleo, que desprenden elementos volátiles tóxicos como xileno o tolueno. Muchos materiales tóxicos son sin embargo reutilizables o incluso reciclables, pero para su reciclaje desprenden sustancias tóxicas y por tanto no se consideran ecológicos. Ejemplos de materiales renovables son la madera, el barro, la arcilla, el corcho, el bambú, el mármol, las telas ecológicas o las pinturas ecológicas.

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ENSAYOS EN LOS MATERIALES Para determinar las propiedades de los materiales, se realizan ensayos, que pueden ser: • a) Destructivos: se denomina ensayo destructivo a cualquier tipo de prueba practicada a un material que altere o modifique de forma permanente sus propiedades físicas, químicas, mecánicas o dimensionales. Los Ensayos Destructivos mas comunes son: Ensayo de tracción, compresión, flexión, plegado, resiliencia (Ensayo Charpy), cizalladura o cortadura y torsión. • b) No destructivos: Se denomina ensayo no destructivo (también llamado END, o en inglés NDT de No Destructive Testing) a cualquier tipo de prueba practicada a un material que no altere de forma permanente sus propiedades físicas, químicas, mecánicas o dimensionales. Los END mas comunes son: Radiografía, Ultrasonidos, Tintes Penetrantes y Partículas Magnéticas. ENYASOS DESTRUCTIVOS I) Ensayo de tracción de un material: consiste en someter a una probeta normalizada realizada con dicho material a un esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se produce la rotura de la probeta. II) Ensayo de compresión de un material: consiste en someter a una probeta normalizada realizada con dicho material a un esfuerzo axial de compresión creciente hasta que se produce una deformación o rotura de la probeta. III) Ensayo de flexión de un material: El esfuerzo de flexión puro o simple se obtiene cuando se aplican sobre un cuerpo pares de fuerza perpendiculares a su eje longitudinal. IV) Ensayo de plegado de un material: es un ensayo tecnológico derivado del de flexión, se realiza para determinar la ductilidad de los materiales metálicos. V) Ensayo de cortadura de un material: El esfuerzo de cortadura es cuando la fuerza pasa por la superficie que se rompe.

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VI) Ensayo de torsión: El esfuerzo de torsión es cuando sometemos a un material a un esfuerzo que tiende a retorcer sus fibraS. VII) Ensayo de resiliencia: El ensayo de resiliencia, también llamado de impacto o choque proporciona una medida de la tenacidad del material e indirectamente de su ductilidad ya que en general existe una correlación entre ambas características. ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS Radiografias de un Material

Tintes Penetrables

Ultrasonidos

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Particulas Magneticas

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