Esfuerzos Físicos de los Materiales

Los materiales pueden estar sometidos a diferentes tipos de esfuerzos físicos, entre los que se incluyen:

• Flexión
• Tracción
• Torsión
• Compresión
• Cortadura
• Pandeo

Introducción a los Ensayos de Materiales

Los ensayos de materiales son procedimientos estandarizados que permiten determinar las propiedades mecánicas y físicas de los materiales. Algunos de los ensayos más comunes son:

• Ensayo de tracción: Consiste en estirar lentamente una probeta, de longitud y sección normalizadas, del material a analizar, hasta que se rompe. A continuación, se analizan los alargamientos producidos a medida que aumenta la fuerza.

• Ensayos de fatiga: Consiste en hacer girar rápidamente una probeta normalizada del material a analizar, al mismo tiempo que se deforma debido a la fuerza. Al número de revoluciones que ha girado antes de romperse se le llama límite de fatiga.

• Ensayo de dureza: Consiste en ejercer una fuerza con un diamante o bola de acero sobre la pieza a analizar y ver las medidas de la huella dejada. Luego se calcula la dureza.

• Ensayo de resiliencia: Consiste en determinar la energía necesaria para romper una probeta normalizada del material a analizar, mediante un impacto. Se usa un péndulo que lleva una velocidad de entre 5 y 7 m/s.

Metales Ferrosos

Funcionamiento de un Horno Alto

En un horno alto, se introduce la carga hasta llegar al etalaje. La mena se transforma en gotas de hierro que se depositan en el crisol. La cal reacciona con la ganga formando la escoria. Por un agujero (bigotera) se extrae la escoria que se emplea en la fabricación de cementos. Luego se extrae el hierro líquido del crisol, llamado arrabio, que contiene impurezas. Posteriormente, el arrabio se convierte en acero a través del convertidor o procedimiento LD.

Funcionamiento del Horno Convertidor (Procedimiento LD)

En el convertidor LD, se inyecta oxígeno en el metal fundido a través de una lanza, quemando las impurezas. Luego, se inclina el horno y se saca la escoria. Finalmente, se vierte el acero sobre la cuchara y se añaden ferroaleaciones y carbono.

Metales No Ferrosos

Materiales Pesados

• Estaño

  • Mineral: Casiterita
  • Características: El estaño puro tiene un color muy brillante. A temperatura ambiente se oxida y pierde el brillo. Por debajo de -18ºC se convierte en polvo gris, proceso conocido como «peste del estaño». Cuando se dobla, se oye un crujido característico llamado «grito del estaño».
  • Aleaciones: Bronce, soldaduras blandas y aleaciones de bajo punto de fusión.
  • Aplicaciones: Hojalata.

• Cobre

  • Mineral: Cobre nativo, calcopirita, calcosina, malaquita y cuprita.
  • Características: Es muy dúctil y maleable, con alta conductividad eléctrica y térmica.
  • Aleaciones: Bronce, latón, cuproaluminio, alpaca y cuproníquel.

• Cinc

  • Mineral: Blenda, calamina.
  • Características: Resistente a la oxidación y corrosión en el agua y aire. Poco resistente a ácidos. A temperatura ambiente es quebradizo, pero en caliente es maleable.
  • Formas comerciales: En forma de aleación (latón, alpaca), en estado puro (chapas), recubrimiento de piezas (electrólisis, galvanizado, metalizado, sherardización).

• Plomo

  • Mineral: Galena.
  • Características: Es maleable y blando, se oxida con facilidad. Resiste el ácido clorhídrico y sulfúrico, pero es atacado por el ácido nítrico y el azufre.
  • Aplicaciones: Óxido de plomo, tuberías, soldaduras blandas.

• Cromo

  • Características: Color grisáceo, duro y tiene gran acritud. Resiste la oxidación y corrosión.
  • Aplicaciones: Objetos decorativos, herramientas.

• Níquel

  • Características: Color plateado brillante que se pule fácilmente. Es magnético. Resistente a la oxidación y corrosión.
  • Aplicaciones: Acero inoxidable, aparatos de industria química, recubrimiento de metales.

• Wolframio

  • Características: Punto de fusión alto.
  • Aplicaciones: Filamentos de bombillas, herramientas de corte.

• Cobalto

  • Características: Color plateado brillante que se pule fácilmente. Resistente a la corrosión y oxidación.
  • Aplicaciones: Endurecer aceros, para fabricar metales duros.

Materiales Ligeros

• Aluminio

  • Mineral: Bauxita.
  • Características: Ligero, inoxidable, buen conductor de la electricidad y calor, muy maleable y dúctil.
  • Aleaciones: Al+Cobre; Al+Magnesio; Al+Cobre y Silicio; Al+Níquel+Cobalto.
  • Aplicaciones: Protege bien de la intemperie mezclado con pintura.

• Titanio

  • Mineral: Rutilo.
  • Características: Metal blanco que resiste mejor la oxidación y corrosión que el acero inoxidable.
  • Aplicaciones: Elementos aeronáuticos, herramientas de corte, aletas para turbinas.

Materiales Ultraligeros

• Magnesio

  • Mineral: Carnalita, dolomita, magnesita.
  • Características: En estado líquido o en polvo es muy inflamable. Color plateado, es dúctil y maleable, es muy resistente.
  • Presentaciones: Magnam, magzin, magal, fumagcin y fumagal.

Fibras y Plásticos

Procesos de Conformación de Productos Plásticos

• Prensado: La granza se introduce en la parte inferior del molde. Luego se prensa y se le aplica calor hasta que se vuelve plástica y fluye, penetrando en los huecos del molde. Una vez que se endurece la pieza, se saca.

• Inyección: La granza se introduce en un recipiente que, por efecto del calor, adquiere gran plasticidad. Un émbolo comprime la masa y la pasa al interior del molde. Cuando se endurece, se saca la pieza.

• Termoconformado: Se coloca la plancha en el molde de forma que apoye bien los bordes. Una vez se cierra, se calienta y se aplica vacío, presión o ambas cosas. Una vez frío, se desmolda, obteniendo el producto con la forma del molde.

• Extrusión-soplado: El material termoplástico sale por un conducto por el que adquiere forma tubular. Luego se insufla aire a presión y caliente, con lo que el material se adapta a las paredes internas. Seguidamente, se abren las dos mitades del molde y cae la pieza.

Materiales Cerámicos

Porosos

No sufren vitrificación, es decir, no se funde el cuarzo de la arena. Se caracterizan por ser permeables a gases, líquidos y grasas, y tener una fractura terrosa. Los más importantes son:

• Arcilla cocida
• Loza italiana e inglesa
• Refractarios

Impermeables

Se vitrifican completamente. Los más importantes son:

• Gres común
• Gres cerámico fino
• Porcelana

Yeso

Se obtiene del sulfato de calcio hidratado. Características:

• Buena adhesión sobre metales, hormigón, etc.
• Alta higroscopicidad (propiedad de absorber la humedad).

Obtención:

• Se calcina la materia prima.
• Se tritura y se muele.
• Se empaqueta y se utiliza en las obras después de removerlo en agua.

Cemento y sus Derivados

Características: Es aglomerante, en forma de polvo, se endurece una vez añadido a agua y seca.

Obtención:

• Trituración
• Calcinación
• Molienda: Klinker molido + yeso = cemento

Materiales Compuestos

• Mortero: 5 partes de arena + 1 de cemento + agua.
• Hormigón: Cemento + arena + agua + grava.
• Hormigón armado: Se introducen barras de acero en el hormigón.
• Hormigón pretensado: Se introducen barras que han sido sometidas a tracción.
• Piedra artificial: Piedra natural + hormigón o mortero.
• Fibrocemento: Fibras de amianto unidas con hormigón o mortero.