Propiedades de los materiales
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Propiedades de los materiales
p
definición
Se define como propiedad de un material a una caracteristica
mensurable capaz de calificar un comportamiento o una respuesta del
mismo a solicitaciones externas, independientemente del tamaño y
de la geometria del elemento considerado.
Pueden ser Insensibles y Sensibles a la Microestructura.
físicas
El comportamiento del
material bajo la acción
de agentes físicos
externos como el
calor, electricidad,
magnetismo o luz.
Pueden dividirse en:
electricas, magneticas,
opticas y termicas.
químicas
Las más importantes
son la oxidación y la
corrosión, sobre todo
en metales.
mecánicas
Definen el comportamiento
de los materiales frente a
determinadas acciones
mecánicas exteriores como
fuerzas o
desplazamientos.
Describen la capacidad del
material para comprimirse,
estirarse, doblarse, rayarse,
abollarse o romperse
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Propiedades de los materiales
Cohesión
Dureza
Mecánicas
Elasticidad
Plasticidad
Ductilidad
definición
Resistencia de las moléculas a separarse.
Depende de las fuerzas intermoleculares que
las mantienen unidas.
Resistencia de un cuerpo a ser penetrado por
otro. En algunos casos puede ser modificada
(aleaciones, tratamientos). Oposicion que
ejerce un cuerpo para no rayarse.
Capacidad de recobrar la forma cuando cesa
la causa que lo deforma.
Capacidad de adquirir deformaciones
permanentes sin sufrir rotura.
Capacidad de deformarse plásticamente frente a
esfuerzos de tracción. es la capacidad de un
material que es capaz de estirarse en hilos (cobre,
oro)
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Propiedades de los materiales
Maleabilidad:
Tenacidad
Mecánicas
Fragilidad
Fatiga
definición
Capacidad de deformarse plásticamente.
Aptitud que tiene un material para extenderse
en laminas (aluminio, oro)
Capacidad de absorber energía frente a
esfuerzos bruscos exteriores antes de
romperse o deformarse. Debe ser elástico y
plástico a la vez. Resistencia que opone un
cuerpo a se roto.
Cualidad contraria a la tenacidad. Tienen el
límite de elasticidad y el de rotura muy
próximos: carecen de zona plástica. Cuando
se ejerce una fuerza sobre un material se
rompe en añicos.
Resistencia a la rotura por un esfuerzo de
magnitud o sentido variable. Deformacion de
los materiales sometidos a cargas variable,
algo inferiores a a la rotura.
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Propiedades de los materiales
Maquinabilidad
Acritud
Mecánicas
definición
Facilidad que tiene un cuerpo al dejarse
cortar por arranque de virutas
Aumento de la dureza, fragilidad y resistencia
en algunos materiales por el frio.
Colabilidad
Aptitud que posee un material fundido para
llenar un molde.
Plasticidad
Es la capacidad de conservar la nueva forma.
Es lo opuesto a la elasticidad
Resiliencia
Capacidad de un material de absorber energía
en la zona elástica ante esfuerzos de rotura.
Resistencia que opone un material a golpes
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Propiedades de los materiales
definición
Comportamiento Mecánico
 La respuesta de la mayoría de los materiales a
campos de fuerza mecánicos, eléctricos, ópticos,
depende del tiempo.
 Parte de la energía entregada se almacena y parte
se disipa.
 Disipación no ocurre en forma instantánea, depende
del tiempo.
 La perturbación o solicitación es un fuerza mecánica
y la respuesta una deformación y en algunos casos flujo.

Disipación es la respuesta retrasa respecto de la
perturbación. Retraso depende de la duración de la
perturbación.
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Propiedades de los materiales
Tracción
definición
Gracias a la fuerza el objeto se alarga y actua
perpendicularmente al suelo.
Compresion La fuerza tiende a acortar el objeto.
Flexion
La fuerza tiende a curvar al objeto y es
paralela a la superficie de fijacion.
Torsion
La fuerza tuercen al objeto.
Cortadura
La fuerza rompe al material pasando por ella.
Pandeo
Se dan en objetos de poca seccion y gran
longitud doblandose la pieza.
Mecánicas
Esfuerzos
físicos a
que pueden
someterse
los
materiales
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Propiedades de los materiales
definición
Quimicas
Oxidación
En ambiente cálido y seco el oxígeno provoca la
oxidación de muchos materiales.
• Es una reacción en la cual el elemento que se oxida cede electrones al elemento
oxidante.
• Otros oxidantes aparte del oxígeno (cloro, bromo, azufre, hidrógeno, yodo,
óxidos de azufre y de carbono).
• En algunos metales el proceso de oxidación depende de la temperatura:
- A temperatura ambiente la capa de óxido es compacta. Esto evita el
contacto con el oxidante y que continúe la oxidación.
- Si la temperatura se eleva, se puede producir un agrietamiento de la capa
de óxido, con lo que la oxidación llega al interior.
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Propiedades de los materiales
definición
Quimicas
Corrosión
Se denomina al proceso de destrucción lenta y
progresiva de un material producido por el
oxígeno del aire combinada con la humedad.
• Es un proceso electroquímico, pues en la superficie del metal se generan micropilas
galvánicas. La humedad actúa como electrolito.
• Los agentes corrosivos más habituales son: cloruro de sodio y el dióxido de
azufre.
• Se producen dos reacciones simultáneas:
- Reacción anódica: Tiene lugar en la superficie del metal, que actúa como ánodo
y cede electrones con lo que se forma el óxido.
- Reacción catódica: Consiste en la captura de los electrones por los radicales
OH- y el posterior desprendimiento de hidrógeno.
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Propiedades de los materiales
definición
Proteccion contra la Corrosión
Modificación química de la superficie: Creación por medios
químicos de una capa protectora o capa de conversión.
• Cromatizado
• Fosfatación
• La oxidación anódica.
Recubrimientos no metálicos:
• Pinturas y barnices
• Plásticos
• Esmaltes y cerámicas
Recubrimientos metálicos:
• Electrodeposición
• Electroferesis
• Inmersión en caliente
• Difusión o cementado
• Protección catódica
• Inhibidores de la corrosión
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Propiedades de los materiales
definición
Físicas
ELECTRICAS
Describen el comportamiento electrico del metal,
el cual en muchas ocasiones es mas critico que su
comportamiento mecanico.
Conductores, Aisladores, Semiconductores, Superconductores.
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Propiedades de los materiales
definición
Conductores
Eléctricas
(metales en general
como plata, cobre, platino, aleaciones metalicas, aluminio, etc.)
Aisladores
(vidrio, diamante, azufre, cuarzo fundido, cuando pensamos en
aisladores electricos imaginamos elementos construidos con
vidrio, ceramico o polimeros)
SemiConductores
(Ge-germanio, Si-silicio, GaAs-galioarsenico, GaP-galiofosforo,
CdS-cadmioazufre)
SuperConductores
(aumentan su conductividad con la temperatura, con las
impurezas, pueden ser intrinsecos y extrinsecos).
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Propiedades de los materiales
Eléctricas
definición
Conductores
Las propiedades eléctricas dependen de:
• Estructura electrónica de los átomos
• Respuesta de los e- a los campos electromagnéticos.
La movilidad de los portadores depende de los enlaces atomicos, de las
imperfecciones de la red, de la microestructura y, en los compuestos ionicos
de las velocidades de difusion.
La aplicación de un campo magnetico genera la formacion y el movimiento de
dipolos contenidos en el material. Estos dipolos son atomos o grupos de atomos
que tienen carga desequilibrada. Dentro de un campo electrico aplicado los
dipolos se alinean causando polarizacion.
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Propiedades de los materiales
Eléctricas
Conductores
definición
EL Titanato de Bario (BaTiO3) es
un material cristalino polar
debido a su nanoestructura
Material Ferro-eléctrico
Electrostriccion es la modificacion de las dimensiones del material.
Ademas de darse por cambios en la longitud de los enlaces entre iones,
puede ser resultado de la actuacion de los atomos como particulas en
forma oval en vez de esferica o por distorsion debida a la orientacion de los
dipolos permanentes del material.
Cuando se les impone un cambio dimensional, ocurre polarizacion lo que crea
un voltaje o un campo. Los materiales que presentan este comportamiento son
piezoelectricos.
Cuando se retira el campo, queda una polarizacion permanente, debida al
acoplamiento de dipolos y el material ha quedado permanentemente
polarizado. Los materiales que retienen una polarizacion neta, una vez
retirado el campo se conocen como ferroelectricos.
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Propiedades de los materiales
Eléctricas
Conductores
definición
Ejemplos de Conducción Ionica
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Propiedades de los materiales
Eléctricas
SemiConductores
definición
El silicio y El germanio
Una particular clase de materiales que han transformado la sociedad.
Gran variedad de compuestos ceramicos e intermetalicos presentan este
mismo efecto. Tienen propiedades de semiconductividad o conductividad
condicionada. Algunos ejemplos: Diodos, chips, tiristores en industria
electrica.
• Su conductividad aumenta con la temperatura.
• Su conductividad aumenta con las “impurezas
• Pueden ser intrinsecos o extrinsecos.(superconductores)
• Dos tipos de portadores: electrones y huecos
• GaAs-galioarsenico, GaP-galiofosforo, CdS-cadmioazufre)
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Propiedades de los materiales
Eléctricas
definición
SuperConductores
Su brecha de energia entre las bandas de valencia y conduccion es pequeña y,
algunos electrones poseen suficiente energia termica como para saltar la
brecha, entrando en la banda de conduccion. Los electrones excitados dejan
atras niveles de energia desocupados, o huecos, en la banda de valencia.
Cuando un electron se mueve para llenar un hueco, se crea otro en la fuente
original de este segundo electron de forma que los espacios vacios parecen
actuar como "electrones" de carga positiva y portadores de carga electrica.
Cuando se aplica un voltaje electrico al material, los electrones de la banda de
conduccion se aceleran hacia la terminal positiva, en tanto que los huecos de la
banda de valencia se mueven hacia a terminal negativa. Por lo tanto se
conduce la corriente mediante el movimiento de electrones y de huecos.
El comportamiento del semiconductor es opuesto al de los metales, conforme
aumenta la temperatura se incrementa la conductividad, por que estan
presentes mas portadores de carga, en tanto que en el metal la conductividad se
reduce, debido a la menor movilidad de sus portadores de carga. Si se retira la
fuente de energia o voltaje de excitación se vuelven a combinar los huecos y los
electrones despues de cierto periodo de tiempo.
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Propiedades de los materiales
definición
SuperConductores
Intrinsecos
Tipicamente los del grupo IV de la
Tabla Periodica.
Silicio y Germanio
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Propiedades de los materiales
definición
SuperConductores
Extrinsecos
Silicio-fosforo
Silicio-Bario
En vista de que pequeñas variaciones de temperatura pueden
afectar el comportamiento de un semiconductor intrinseco, se puede
agregar una pequeña cantidad de impurezas (dopado), para
producir un semiconductor extrinseco.
La conductividad de este semiconductor dependera principalmente
del numero de atomos de impureza (dopantes), y en un rango
especifico de temperatura incluso ser independiente de esta.
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Propiedades de los materiales
definición
Eléctricas
Aisladores
• Cuando pensamos en Aisladores Electricos imaginamos elementos
constriudos con vidrio, polimeros o ceramicos.
• Los portadores de carga pueden ser electrones, huecos, iones y
defectos puntuales
• La cantidad de electrones que pueden acceder a la banda de
conduccion es muy baja. (excepto en peliculas delgadas de oxidos
amorfos).
• Un buen dieléctrico es un buen aislador, pero la inversa no siempre es
cierta.
El comportamiento dielectrico, propio de los materiales que impiden el flujo de
corriente electrica, que va mas alla de simplemente proporcionar aislamiento.
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Propiedades de los materiales
definición
Electricas
Opticas
FISICAS
Magneticas
Termicas
Seguimos la proxima clase
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