Metales y Aleaciones Metálicas

Enlace Metálico

Características

• Estructura cristalina ordenada
• Conductividad eléctrica elevada
• Conductividad térmica elevada
• Ductilidad
• Reflejan la luz (brillo)
• Gran capacidad de aleación
• Deformación plástica
• Son tenaces
• Elasticidad intermedia
• Tensión intermedia

Polímeros

Enlace Covalente

Características

• Materiales formados por largas cadenas resultantes de la unión de cadenas básicas llamadas monómeros
• Son no cristalinos
• Propiedades mecánicas variadas según el polímero
• Malos conductores eléctricos
• Malos conductores térmicos
• Usados como aislantes
• Baja densidad
• Temperatura de descomposición baja

Cerámicos

Enlace Iónico

Características

• Formados por elementos metálicos y no metálicos
• Temperatura de fusión elevada
• Las propiedades se alcanzan después de un tratamiento térmico
• Son frágiles
• Duros
• Baja tenacidad
• Baja ductilidad
• Muy sensibles a choques térmicos
• Estructura cristalina
• Son aislantes térmicos y eléctricos
• Sin deformación plástica
• Elasticidad alta
• Tensión alta
• Rotura alta

Materiales Compuestos

Enlace Iónico-Covalente

Características

• Mezcla de dos o más materiales
• Formados por una matriz y otro material disperso en ella
• Propiedades superiores a los materiales que lo forman
• Estructuras muy variadas, fibrosas o particuladas

Tipos de Enlaces

Iónico > Metálico > Covalente > Iónico-Covalente
Cerámico > Metales > Plásticos o Polímeros
E_elast Iónico > E_elast Metálico > E_elast Covalente

Enlace Iónico (Rocas, Yesos, Cales)

Características

• Se produce entre elementos metálicos y no metálicos
• Enlace del tipo electroestático
• Se produce por cesión de un electrón positivo a electrones negativos
• Energías del enlace muy elevadas
• No es direccional

Enlace Covalente (Maderas, Corchos, Bituminosos, Asfaltos, Plásticos)

Características

• Se produce por compartición de electrones entre pares de átomos
• Átomos iguales: enlace apolar
• Átomos diferentes: enlace polar
• Es direccional

Enlace Metálico

Características

• Cada átomo cede uno o varios e^– al resto de átomos. Esto genera una nube electrónica deslocalizada que se mueve por todo el cristal.
• Las energías del enlace son muy variadas
• No es direccional

Enlaces

Enlaces Primarios o Químicos

• Enlace metálico
• Enlace covalente
• Enlace iónico

Enlaces Secundarios

Características

• Interacciones entre las partes de un material, pero no se unen átomos entre sí
• Existe en todos los materiales
• Son muy débiles pero muy aditivos

Tipos

• Dipolares: dipolo-dipolo
• Dispersión: entre moléculas covalentes apolares
• Enlace de H: mediante hidrógeno

Módulo de elasticidad alto: material muy rígido
Módulo de elasticidad bajo: material muy plástico

Propiedades Mecánicas

Miden la relación entre una fuerza aplicada sobre un cuerpo y su respuesta. Esto se comprueba mediante tres sistemas:

• Tracción: fuerza aplicada sobre la probeta uniaxialmente y se estira a lo largo de la dirección de la fuerza
• Compresión: igual que la tracción pero con fuerza compresiva, es decir, la fuerza en sentido contrario
• Cizalladura: aplicada paralelamente a la superficie de la probeta

Deformación Plástica

Es cuando el material se deforma y no vuelve a recuperar su forma. Deformación permanente, no recuperable.

Límite Elástico

Tensión a partir de la cual el material deja de comportarse elásticamente y pasa a ser plástico.

Resistencia a la Tracción

Tensión a la cual se produce en la probeta un estrechamiento, generalmente en el vano central.

Ductilidad

Capacidad de transformar un material en hilos o láminas.
Cuando la longitud es muy elevada, el material es muy dúctil.
Cuando el área es muy baja, el material es muy dúctil.

Fluencia Viscoelástica

Mide la variación de deformación con el tiempo.

Dureza

Mide la resistencia que ofrece un material a deformarse cuando se aplica sobre él una fuerza superficial.

Fractura

Mide la separación de un cuerpo en dos o más piezas en respuesta a una tensión aplicada.

• Fractura dúctil: deformación plástica antes de la fractura. Se forman grietas que se propagan lentamente y solo bajo la acción de un aumento de tensión.
• Fractura frágil: poca o ninguna deformación plástica antes de la fractura. Las grietas se extienden con mucha rapidez una vez que se forman.

Propiedades Estructurales

Rocas Ígneas

Proceden del enfriamiento del magma. La textura depende de la velocidad de enfriamiento.

• Intrusivas: enfriamiento lento, permite que las moléculas se ordenen formando cristales (granito)
• Efusivas: enfriamiento rápido, no permite que las moléculas se ordenen, estructura vítrea (basalto)

Rocas Sedimentarias

Proceden de la erosión de las ígneas por medio de agua.
Se acumulan en capas y, por compresión del propio peso, se forman las sedimentarias.
Pueden ser calizas, depósitos de conchas, sílice, areniscas.

Rocas Metamórficas

Son rocas sedimentarias o ígneas modificadas por temperatura o presión.
Estructura cristalina modificada.
Gracias a la presión y el calor, son generalmente más fuertes que las rocas de las que proceden.
Mármol: recristalización de la caliza
Cuarcita: recristalización de la arenisca
Pizarra: recristalización de los esquistos

Estructura Fibrosa (La Madera)

Características

• Formada por células alargadas y huecas que transportan agua desde las raíces hasta las hojas para realizar la fotosíntesis
• La fotosíntesis consigue celulosa y lignina para constituir la madera
• Primavera: células crecen rápidamente formando tubos anchos con paredes delgadas
• Verano: células crecen lentamente y son pequeñas y de paredes más gruesas
• Las diferencias de densidad y color marcan los anillos anuales
• Anisotropía se le llama al efecto direccional de las propiedades de la madera
• La resistencia longitudinal > que radial y tangencial

Estructura Amorfa (El Vidrio)

Características

• Consiste en sílice ordenado de forma amorfa, como un líquido
• No mantiene un orden tridimensional como en la estructura cristalina
• La cristalización ocurre bruscamente, denominándose temperatura de fusión
• Vidrio = líquido superenfriado
• Posee opacidad
• Transparencia debido a la estructura amorfa
• Estructura amorfa debido al enfriamiento rápido

Corrosión

Proceso por el que un metal se convierte en un compuesto metálico, perdiendo propiedades metálicas como:

• Resistencia
• Elasticidad
• Ductilidad
• Brillo metálico
• Conductividad eléctrica y térmica

Es producido por el oxígeno. Para evitar esto, es necesario recubrir el metal con una capa que impida la oxidación. Se puede realizar mediante galvanizado.
Los metales no tienen tanta resistencia mecánica como el hierro o el acero.

Hormigón Armado

Características

• Son frágiles y tienen escasa resistencia a tracción, por eso el hormigón es reforzado con barras de acero que le dan resistencia a tracción.

Ductilidad y Fragilidad

Características

• Las aleaciones evitan la deformación plástica fácil
• Las aleaciones con carbono son las mejores
• Aceros con bajo contenido en carbono <0,25%: dúctiles y resistentes
• Aceros con alto contenido en carbono (0,8 a 1,7%): más resistentes y poco dúctiles

Aceros de Alta Resistencia

Características

• Son los unidos a manganeso y vanadio
• Es un acero con 0,25% de carbono, con lo cual es dúctil, distorsiona la estructura, con lo cual aumenta la resistencia del hierro

Tratamientos Térmicos

• Normalizado: calentar a 850º y enfriar lentamente: débil y dúctil
• Templado: calentar a 850º y enfriar rápidamente: resistente y frágil
• Recocido: calentar a 225º y enfriar lentamente: fuerte y tenaz

Tratamientos Mecánicos

• Procesos que incrementan la resistencia del acero deformando su estructura cristalina
• Produce dislocaciones atómicas que aumentan la resistencia a la deformación plástica
• Aumenta la resistencia pero disminuye la ductilidad
• La estructura original se recupera mediante normalizado
• El trabajo en frío aumenta las dislocaciones, volviéndolo más resistente

Tensión y Deformación

Tensión = fuerza por unidad de superficie
Deformación = elongación o contracción por unidad de longitud
La tensión se mide en MPa, mientras que la deformación no tiene dimensiones.
Módulo de elasticidad: indica la rigidez del material, es la tensión necesaria para que se produzca un 100% de deformación.

Fracturas

Rompe los enlaces atómicos de un material o evaporarlos.
La fractura está favorecida por la presencia de diminutas microfracturas en el material, debe haber una gran tensión y la fisura ser lo suficientemente grande.

Ensayos

Se realizan para saber la resistencia de los materiales, ya sea en dureza, durabilidad y tenacidad. Los ensayos a tracción son para materiales dúctiles y los de compresión para los materiales frágiles.

Trabajabilidad

Facilidad del hormigón para ser mezclado, vertido y rellenar el molde para ser compactado y tener una adecuada superficie de acabado.

• Seca: 0-2
• Plástica: 3-5
• Blanda: 6-9
• Fluida: 10-15
• Líquida: >15

Fatiga

Resistencia de metales disminuida por medio de cargas de tracción y compresión repetitivas.

Tenacidad

Es la energía requerida para romper un material. Cuanto mayor sea la superficie contenida bajo la curva, mayor es la tensión de deformación, es decir, tiene mayor tenacidad.