Unidad

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Los materiales: Tipos y propiedades

8.1. Necesidad de materiales para fabricar objetos La inteligencia del ser humano le llevó desde sus orígenes a la fabricación de objetos que le facilitaran la vida (Origen de la tecnología): - Hacha para cortar ramas. - Arco y flecha para cazar. - etc Esto le llevó a realizar una búsqueda de materiales que le resultaran útiles y fáciles de trabajar.

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Evolución histórica del uso de materiales Materiales Edad de Piedra

Los utensilios más antiguos eran de sílice o pedernal.

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Edad del Bronce

Luego pasaron a ser de bronce que es una aleación de cobre con el estaño

Edad del Hierro

Primeros hornos para la fundición del hierro. El hierro se convertía en una masa pastosa, a unos 800 °C. Luego se golpeaba (forjado).

Epoca Actual

Componentes electrónicos fabricados con silicio.

8.2. Clasificación de los materiales Materiales Naturales Artificiales

Sintéticos

NATURALES: madera, rocas, arcilla, lana, algodón, etc ARTIFICIALES: hormigón, metales, etc. SINTÉTICOS: plásticos, etc

Materiales naturales a), artificiales b) y sintéticos c).

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8.3. Propiedades de los materiales Podemos definir propiedades de un material, como el conjunto de características que hacen que se comporte de una determinada manera ante estímulos externos como la luz, el calor , la aplicación de fuerzas, el medio ambiente, la presencia de otros materiales, etc. Cada material tiene sus características propias que le diferencian del resto.

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Clasificación de las Propiedades de los materiales. Podemos clasificar las propiedades de los materiales en cinco grandes grupos: 









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Sensoriales. Son aquellas propiedades que, como el color, el brillo o la textura , están relacionadas con la impresión que produce el material en nuestros sentidos. Físicas Son aquellas propiedades que nos informan sobre el comportamiento del material ante diferentes acciones externas, tales como el calentamiento o las deformaciones. Químicas. nos informan sobre el comportamiento del material ante el ataque de productos químicos. Tecnológicas Son aquellas propiedades que nos informan sobre el comportamiento del material durante la fabricación. Ecológicas. Nos informan sobre el impacto explotación provoca sobre el medio ambiente

que

su

Principales propiedades de los materiales PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

SENSORIALES: Olor Forma Brillo Textura Color

FÍSICAS:

QUÍMICAS

TECNOLÓGICAS

Densidad Peso específico Calor específico Temperatura de fusión.

Oxidación Corrosión

Ductilidad Maleabilidad Maquinabilidad Colabilidad

P. ELÉCTRICAS: Conductividad P. TÉRMICAS: Conductividad Dilatación P. ACÚSTICAS Conductividad P. ÓPTICAS Transparencia P. MAGNÉTICAS: Ferromagnetismo. 7

P.MECÁNICAS: Elasticidad Plasticidad Dureza Fragilidad Tenacidad Fatiga Acritud Resiliencia

ECOLÓGICAS Biodegradabilidad Reciclabilidad Toxicidad Volatilidad

PROPIEDADES SENSORIALES. Son las que están relacionadas con la impresión que produce el material en nuestros sentidos. Podemos destacar: ➢Color ➢Brillo ➢Olor ➢Textura ➢Forma

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PROPIEDADES FÍSICAS. Son aquellas propiedades intrínsecas de la materia, y las que nos informan sobre el comportamiento del material ante diferentes acciones externas, tales como el calentamiento o las deformaciones. Las principales son: ➢DENSIDAD: Relación entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. ➢PESO ESPECÍFICO: Relación entre el peso de un cuerpo y el volumen que ocupa. ➢CALOR ESPECÍFICO: Cantidad de calor que es necesario aportar a la

unidad de masa para elevar su temperatura en un grado.

➢CALOR LATENTE: Cantidad de calor que es necesario aportar a la unidad

de masa durante un cambio de fase.

➢TEMPERATURA DE FUSIÓN: Temperatura a la que el material pasa de

estado sólido a líquido.

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PROPIEDADES ELÉCTRICAS. Conductividad: La conductividad eléctrica es la capacidad de un cuerpo de permitir el paso de la corriente eléctrica a través de sí. A la inversa de la conductividad se le conoce como Resistividad. En función de su comportamiento frente a la electricidad podemos distinguir tres tipos de materiales: ➢CONDUCTORES: Son los que permiten que la electricidad pase

a través de ellos.

➢AISLANTES: Son los que no permite que la electricidad pase a

través de ellos.

➢SEMICONDUCTORES: Se pueden comportar como conductores

o como aislantes, dependiendo de las condiciones de tensión aplicadas.

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PROPIEDADES TÉRMICAS. Conductividad: La conductividad térmia es la capacidad de una sustancia de transferir el movimiento cinético de sus moléculas a sus propias moléculas adyacentes o a otras substancias con las que está en contacto. A la inversa de la conductividad se le conoce como Resistividad térmica. En función de su comportamiento frente al calor podemos distinguir dos tipos de materiales: ➢CONDUCTORES: Son los que permiten que el calor pase a través

de ellos.

➢AISLANTES: Son los que no permite que el calor pase a través de

ellos.

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PROPIEDADES TÉRMICAS (2). Dilatación: Consiste en el aumento de tamaño que experimenta un material cuando se eleva su temperatura.

Los metales en general son los materiales que sufren mayor dilatación al aumentar su temperatura.

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PROPIEDADES ACÚSTICAS. Conductividad: La conductividad acústica es la capacidad de una sustancia de permitir que el sonido pase a su través. A la inversa de la conductividad se le conoce como Resistividad acútica. En función de su comportamiento frente al sonido podemos distinguir dos tipos de materiales: ➢CONDUCTORES: Son los que permiten que el sonido pase a

través de ellos.

➢AISLANTES: Son los que no permite que el sonido pase a través

de ellos.

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PROPIEDADES ÓPTICAS. Se refieren a la reacción del material cuando la luz incide sobre él. En función de su comportamiento frente a la luz podemos distinguir tres tipos de materiales: ➢TRANSPARENTES: Son los que dejan que la luz les

atraviese, y permiten ver a su través.

➢OPACOS: Son los que no dejan que la luz les atraviese, y no

permiten ver a su través.

➢TRASLÚCIDOS: Permite el paso de parte de la luz, pero no

dejan ver con nitidez través de ellos.

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PROPIEDADES MAGNÉTICAS. Ferromagnetismo: Se refiere a la capacidad que tiene el maerial para ser atraído por un imán, así como a la posibilidad de que las propiedades magnéticas de un imán sean transferidas al material. Los principales materiales ferromagnéticos son: ✔ Hierro (y sus derivados) ✔ Cobalto ✔ Níquel ✔ Algunas aleaciones con Mn, Mg, Si, Bi, Cr, etc

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PROPIEDADES MECÁNICAS. Nos informan sobre el comportamiento del material al ser sometido a los diferentes tipos de esfuerzos.

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PROPIEDADES MECÁNICAS (2).

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PROPIEDADES MECÁNICAS (3).

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PROPIEDADES MECÁNICAS (4).

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PROPIEDADES MECÁNICAS (5).

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PROPIEDADES MECÁNICAS (6).

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PROPIEDADES QUÍMICAS. Oxidación: La oxidación es definida como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico de su entorno. Este fenómeno consisten en la cesión de electrones a otro elemento reductor que los absorbe. La sufren principalmente los metales.

Corrosión: Consiste en una oxidación rápida por el contacto mas o menos prolongado con el agua, u otro agente químico más agresivo (ácidos).

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PROPIEDADES TECNOLÓGICAS Nos informan sobre el comportamiento del material al ser conformado.

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PROPIEDADES TECNOLÓGICAS (2)

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PROPIEDADES TECNOLÓGICAS (3)

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PROPIEDADES ECOLÓGICAS Según el impacto que producen en el medio ambiente, los materiales se clasifican en: – Reciclables: Son materiales que se pueden reutilizar. El vidrio, el papel y cartón, los metales, y los plásticos son ejemplos de este tipo de materiales. – Tóxicos: Son materiales nocivos para el medio ambiente, ya que pueden resultar venenos para los seres vivos, contaminando el suelo, el agua y/o la atmósfera. – Biodegradables: Son los materiales que se descomponen de forma natural en otras sustancias más simples. – Renovables: Las materias primas renovables son aquellas que existen en la naturaleza de forma ilimitada, ya que se pueden regenerar. La lana, el algodón y la madera son ejemplos de materias primas renovables 26

8.4. Esfuerzos físicos a los que pueden someterse los materiales • Los materiales pueden estar sometidos a cinco tipos de esfuerzo básicos: ➢Tracción. ➢Compresión. Pandeo. ➢Flexión. ➢Torsión. ➢Cortadura.

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Esfuerzos físicos a los que pueden someterse los materiales (1)

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Esfuerzos físicos a los que pueden someterse los materiales (2)

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Esfuerzos físicos a los que pueden someterse los materiales (2b)

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Esfuerzos físicos a los que pueden someterse los materiales (3)

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Esfuerzos físicos a los que pueden someterse los materiales (4)

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Esfuerzos físicos a los que pueden someterse los materiales (5)

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8.5. Introducción a los ensayos de materiales. Para comprobar ciertas propiedades de un material es necesario realizar una serie de ensayos en laboratorio. Existen muchos y muy diferentes tipos de ensayos. • Vamos a ver por encima los cuatro principales: ➢Ensayo de Tracción. ➢Ensayo de Fatiga. ➢Ensayo de Dureza. ➢Ensayo de Resiliencia.

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Introducción a los ensayos de materiales (1).

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Introducción a los ensayos de materiales (2)

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Introducción a los ensayos de materiales (3)

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Introducción a los ensayos de materiales (4)

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8.6. Criterios para la elección adecuada de materiales.

A Propiedades que deben cumplir los materiales B Tipos de esfuerzos C Diseño de piezas

Esfuerzos simultáneos en una pieza. 39

Influencia de la forma en la resistencia de un objeto.

8.7. Uso racional de materiales

A Agotamiento prematuro de materiales  Renovables  No Renovables

Materiales renovables.

B Soluciones adoptadas  Nuevos diseños  Reciclado  Reutilización 40

Materiales no renovables.

8.8. Residuos industriales

A Tipos de residuos  Residuos inertes  Residuos tóxicos y peligrosos

B Soluciones adoptadas  Reducción en origen  Tratamiento:  Tratamientos físicos  Tratamientos químicos  Tratamientos biológicos

 Incineración  Vertido controlado.

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