UNIDAD 2
MATERIALES INDUSTRIALES Y SUS
PROPIEDADES
Ingeniería Industrial 2° Cuatrimestre
Ing. Fredy Velázquez Soto
MATERIALES INDUSTRIALES Y SUS PROPIEDADES
2. CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES INDUSTRIALES
METÁLICOS
FERROSOS
NO METÁLICOS
NO FERROSOS
HIERRO
PESADOS:
LIGEROS:
ULTRALIGEROS:
ACERO
COBRE
ALUMINIO
MAGNESIO
FUNDICIONES
BRONCE
TITANIO
BERILIO
FERROALEACIONES
LATÓN
CONGLOMERADOS
FÉRREOS
ESTAÑO
PLOMO
CINC
CROMO
NIQUEL
PLÁSTICOS
MADERA
TEXTILES
PÉTREOS Y
CERÁMICOS
MATERIALES INDUSTRIALES Y SUS PROPIEDADES
3. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Se puede definir como: “un conjunto de características diferentes
para cada cuerpo o grupo de cuerpos, que ponen de manifiesto
cualidades intrínsecas de los mismos o su forma de responder
a determinados agentes exteriores.”
TIPOS DE PROPIEDADES:
 PROPIEDADES MECÁNICAS, la resistencia que ofrecen los materiales al
ser sometidos a determinados esfuerzos exteriores.
 PROPIEDADES TECNOLÓGICAS, indican la mayor o menor disposición
de un material para poder ser trabajado de determinada forma.
 PROPIEDADES QUÍMICAS, oxidación y corrosión.
 PROPIEDADES FÍSICAS, aquellas que no afectan a la estructura y
composición de los cuerpos.
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3.1. PROPIEDADES MECÁNICAS
 COHESIÓN, fuerza de atracción entre los átomos de un material.
 ELASTICIDAD, capacidad que presentan ciertos materiales de
deformarse por acción de fuerzas externas y recobrar su forma primitiva al
cesar estas fuerzas.
 PLASTICIDAD, capacidad de los materiales para adquirir deformaciones
permanentes sin llegar a la rotura, según los esfuerzos se llama ductilidad o
maleabilidad.
 DUREZA, resistencia que oponen los cuerpos a dejarse rayar o penetrar
por otros. Es directamente proporcional a la cohesión atómica. Es el
resultado de un ensayo:
 Dureza al rayado, resistencia a dejarse rayar por otros. Escala de
Mohs.
 Dureza de penetración, ensayos Brinell, Vickers y Rockwell.
 Dureza al rebote, ensayo Shore.
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3.1. PROPIEDADES MECÁNICAS (II)
 RESISTENCIA A LA ROTURA, resultado de un ensayo: carga específica
(por unidad de sección) que es necesario aplicar a un material para producir
su rotura. Según el esfuerzo puede ser: tracción, compresión, flexión, torsión
y cortadura.
 TENACIDAD, propiedad que tienen los materiales de soportar, sin
deformarse ni romperse, la acción de fuerzas externas.
 FRAGILIDAD, cuando se rompe fácilmente una vez alcanzado el límite
elástico, sin adquirir deformaciones plásticas.
 RESILIENCIA, resultado de un ensayo que consiste en romper una
probeta del material de un esfuerzo instantáneo. Energía absorbida por el
material al ser roto de un solo golpe.
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3.1. PROPIEDADES MECÁNICAS (III)
 FLUENCIA, fenómeno por el cual los cuerpos que se cargan por encima
de su límite elástico adquieren deformaciones plásticas en las que influye el
transcurso del tiempo.
 d  f (  T  t )
 FATIGA, al someter un material a esfuerzos variables y repetidos con una
determinada frecuencia, se rompe al transcurrir un cierto número de ciclos
aunque el valor máximo de los esfuerzos sea inferior a su límite elástico.
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3.2. PROPIEDADES TECNOLÓGICAS (I)
 MALEABILIDAD, capacidad que presenta un cuerpo de ser deformado
mediante esfuerzos de compresión, transformándose en láminas
pudiéndose realizar en frío o en caliente.
maleabilidad 
tenacidad 
resistencia y dureza 
Más maleables: oro, plata, estaño, cobre, cinc, plomo, aluminio, latón.
 DUCTILIDAD, capacidad que presenta un material para ser deformado
mediante esfuerzos de tracción, transformándose en hilos.
ductilidad 
tenacidad 
resistencia y dureza 
Más dúctiles: plata, cobre, hierro, plomo y alumnio.
 ACRITUD, deformación plástica en frío acompañada de un cambio de
otras propiedades. Aumenta la dureza, la fragilidad y la resistencia de ciertos
materiales al ser deformados en frío.
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3.2. PROPIEDADES TECNOLÓGICAS (II)
 FUSIBILIDAD, propiedad que permite transformar un material en un
objeto determinado por medio de la fusión. Todos son fusibles, pero con
pocos se pueden hacer piezas sanas (sin sopladuras o inclusiones de
ácidos).
Mejor fusibilidad: bronce, latón, fundición y aleaciones ligeras
 COLABILIDAD, facultad de un material fundido de producir objetos
completos y sanos cuando se cuela en un molde. Debe tener gran fluidez o
fusibilidad: bronce, latón, fundición.
 FORJABILIDAD, propiedad de deformación mediante golpes cuando el
material se encuentra a una temperatura relativamente elevada.
 SOLDABILIDAD, propiedad de poderse unir unos a otros por una sección
o superficie determinada, llevando las secciones a la temperatura de fusión
o a una temperatura próxima a ella, o bien con otro material intermedio.
Poseen esta propiedad los materiales férricos de bajo contenido en carbono
(aceros) por presentar un amplio periodo plástico. Los metales y aleaciones
que pasan bruscamente de sólido a líquido y carecen de periodo plástico no
son soldables (fundición y bronce).
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3.2. PROPIEDADES TECNOLÓGICAS (III)
 TEMPLABILIDAD, propiedad que tiene un material metálico de sufrir
transformaciones en su estructura cristalina como consecuencia de
calentamientos y enfriamientos bruscos. Aumenta la dureza, alargamiento,
resiliencia, resistencia a la tracción y la resistencia a la fatiga.
 MAQUINABILIDAD o facilidad de mecanizado, es la propiedad que
indica la facilidad o dificultad que presenta éste para ser trabajado con
herramientas cortantes arrancando pequeñas porciones (virutas).
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3.3. PROPIEDADES QUÍMICAS
 OXIDACIÓN, fenómeno producido en la superficie de un material por el
oxígeno, como consecuencia de la elevación de la temperatura o humedad.
 CORROSIÓN METÁLICA, ligada a la oxidación, acción destructora que
tiene su origen en las superficies metálicas, a expensas del oxígeno del aire
y en presencia de agentes electroquímicos.
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3.4. PROPIEDADES FÍSICAS (I)
 PESO ESPECÍFICO ABSOLUTO, el peso de la unidad de volumen de un
cuerpo. Para cuerpos homogéneos, relación entre peso y volumen del
cuerpo (kg/dm3)
 PESO ESPECÍFICO RELATIVO, es la relación entre el peso de un cuerpo
y el peso de igual volumen de una sustancia tomada como referencia (para
sólidos y líquidos agua destilada a 4 ºC).
 CALOR ESPECÍFICO (Ce), cantidad de calor necesaria para elevar 1 ºC
la temperatura de 1 kg de determinada sustancia.
Q  Ce  m  T
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3.4. PROPIEDADES FÍSICAS (II)
 CONDUCTIVIDAD CALORÍFICA, expresa la mayor o menor dificultad
con los cuerpos transmiten la energía calorífica.
 COEFICIENTE DE DILATACIÓN LINEAL, es la propiedad de los cuerpos
de aumentar su volumen al elevar la temperatura
 L    L0  T
 TEMPERATURA O PUNTO DE FUSIÓN, temperatura a la que un
material pasa del estado sólido al líquido.
 PUNTO DE SOLIDIFICACIÓN, temperatura a la que un material pasa del
estado líquido al sólido. En general coinciden los puntos de fusión y
solidificación.
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3.4. PROPIEDADES FÍSICAS (III)
 CALOR DE FUSIÓN, la cantidad de calor (Q) necesaria para pasar 1kg
de material de sólido a líquido viene dado por:
Q  C e  (T f  T i )  q
Donde Tf es la temperatura final, Ti la temperatura inicial, y q el calor latente
de fusión.
 CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA, representa la mayor o menor facilidad
que tienen los cuerpos para transportar la energía eléctrica.
PROPIEDADES MECANICAS
EL COMPORTAMIENTO MECÁNICO O LAS PROPIEDADES MECÁNICAS
DE UN MATERIAL REFLEJAN LA RELACIÓN ENTRE LA FUERZA
APLICADA Y LA RESPUESTA DEL MATERIAL (SU DEFORMACIÓN)
ALGUNAS DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS MÁS IMPORTANTES SON
LA RESISTENCIA, LA DUREZA, LA TENACIDAD, LA DUCTILIDAD Y LA
RIGIDEZ.
LA RESPUESTA DE LOS MATERIALES A LAS FUERZAS APLICADAS
DEPENDE DE:
1.- TIPO DE ENLACE.
2.- DISPOSICIÓN ESTRUCTURAL DE LOS ÁTOMOS O MOLÉCULAS.
3.-TIPO Y NÚMERO DE IMPERFECCIONES, QUE ESTÁN SIEMPRE
PRESENTES EN LOS SÓLIDOS, EXCEPTO EN RARAS CIRCUNSTANCIAS.
PROPIEDADES MECANICAS
LOS MATERIALES SOMETIDOS A CARGAS SE PUEDEN CLASIFICAR EN
TRES GRUPOS PRINCIPALES DE ACUERDO CON EL MECANISMO QUE
OCURRE DURANTE SU DEFORMACIÓN BAJO LAS FUERZAS APLICADAS
(I).- MATERIALES ELASTICOS (POR EJEMPLO, LOS CRISTALES
IÓNICOS Y COVALENTES).
(II).- MATERIALES ELASTOPLASTICOS (POR EJEMPLO, LOS METALES
ESTRUCTURALES).
(III).- MATERIALES VISCOELASTICOS (POR EJEMPLO, LOS
PLÁSTICOS, LOS VIDRIOS).
LOS TIPOS BÁSICOS DE DEFORMACIÓN DE LOS MATERIALES COMO
RESPUESTA A LAS FUERZAS APLICADAS SON TRES:
1.- ELASTICO.
2.- PLASTICO.
3.- VISCOSO
PROPIEDADES MECANICAS
F
 
TENSION
A
DEFORMACION  
t
 
TENSION
L  L0
L0

L
L0
F
Ao
DEFORMACION
TENSION
c 
aa ´
 tg ( )
ad
  f (T )
T = PAR APLICADO
DEFORMACION
t 
2ML 





4
R G 

M = MOMENTO DEL PAR = Tr
r
L
PROPIEDADES MECANICAS
PROPIEDADES MECANICAS
Coeficiente de POISSON
 
x
z

y
z
E  2G (1   )
Alargamiento axial (z) (deformación positiva) y contracciones laterales (x e y) en
respuesta a una tracción aplicada. Las líneas continuas representan las
dimensiones después de aplicación de la carga y las discontinuas, antes.
PROPIEDADES MECANICAS
CURVAS TENSIÓN – DEFORMACIÓN
LAS CURVAS TENSIÓN - DEFORMACIÓN, USUALMENTE, SE OBTIENEN
MEDIANTE ENSAYOS DE LABORATORIO REALIZADOS MEDIANTE NORMAS
ESTANDARIZADAS Y UTILIZANDO PROBETAS TAMBIÉN ESTANDARIZADAS. SE
FIJAN LA VELOCIDAD DE CARGA Y LA TEMPERATURA
LOS ENSAYOS SE PUEDEN REALIZAR CON CARGAS DE COMPRESIÓN,
TRACCIÓN, FLEXIÓN Y CORTADURA, QUE A SU VEZ PUEDEN SER ESTÁTICAS O
DINÁMICAS. LOS ENSAYOS DE COMPRESIÓN, TRACCIÓN Y FLEXIÓN CON
CARGAS ESTÁTICAS SON LOS QUE MAS SE SUELEN REALIZAR
LOS ENSAYOS DE TRACCION SE REALIZAN CON LOS MATERIALES DUCTILES
CON UN CIERTO GRADO DE PLASTICIDAD, TALES COMO LOS MATERIALES
METÁLICOS FERROSOS Y NO FERROSOS, PLÁSTICOS, GOMAS, FIBRAS, ETC
LOS ENSAYOS DE COMPRESION Y FLEXION SE REALIZAN CON LOS
MATERIALES FRAGILES, TALES COMO LOS MATERIALES REFRACTARIOS, EL
HORMIGÓN, CERÁMICOS, ETC. ESTOS MATERIALES POSEEN UNA BAJA
RESISTENCIA A LA TRACCIÓN EN COMPARACIÓN CON LA DE COMPRESIÓN.
PROPIEDADES MECANICAS
FORMA GENERAL DE LA CURVA TENSIÓN - DEFORMACIÓN DE UN MATERIAL
DÚCTIL Y DE UN MATERIAL FRÁGIL
SE PUEDE OBSERVAR QUE LOS MATERIALES DÚCTILES ROMPEN DESPUÉS DE
EXPERIMENTAR UNA DEFORMACIÓN APRECIABLE, MIENTRAS QUE LOS MATERIALES
FRÁGILES ROMPEN DESPUÉS DE PEQUEÑAS DEFORMACIONES
LAS CURVAS TENSIÓN - DEFORMACIÓN NOS PERMITEN DETERMINAR LAS
PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DE LOS MATERIALES, ASÍ, SE PUEDEN
ESTIMAR UNA SERIE DE IMPORTANTES PROPIEDADES TALES COMO :
1.- RESISTENCIA
2.- RIGIDEZ
3.- DUCTILIDAD.
4.- RESILIENCIA.
5.- TENACIDAD.
PROPIEDADES MECANICAS
Diagrama tensión - deformación de
un acero sometido a tracción.
Diagrama tensión - deformación de un
material refractario con un 70 % de Al2O3
en función de la temperatura y ensayado a
compresión.
PROPIEDADES MECANICAS
(a) Fractura muy dúctil en la cual la probeta se estricciona hasta llegar a
un punto
(b) Fractura moderadamente dúctil después de cierta estricción.
(c) Fractura frágil sin ninguna deformación plástica.
PROPIEDADES MECANICAS
LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN EN FRÍO GUARDA UNA ESTRECHA
RELACIÓN CON LAS SIGUIENTES PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS:
-
POROSIDAD (COMPACIDAD).
GRADO DE VITRIFICACION DEL CONSTITUYENTE MATRIZ.
- VISCOSIDAD DE LA FASE VITREA.
UNA MENOR POROSIDAD INFLUYE FAVORABLEMENTE. ESTA ES MÍNIMA EN LOS
MATERIALES REFRACTARIOS ELECTROFUNDIDOS Y ES ELEVADA EN LOS
REFRACTARIOS AISLANTES QUE, POR LO TANTO, PRESENTAN RESISTENCIAS A LA
COMPRESIÓN EN FRÍO LIMITADAS (2 - 10 N/mmm2)
UN MENOR GRADO DE
VITRIFICACIÓN DEL
CONSTITUYENTE MATRIZ
TAMBIEN INFLUYE
FAVORABLEMENTE. LAS ZONAS
DONDE EXISTA FASE VITREA
SON MÁS DEBILES Y, POR TANTO,
SON POSIBLES ZONAS DONDE SE
INICIE LA FRACTURA
PROPIEDADES MECANICAS
PROPIEDADES MECANICAS
RESULTADOS ACEPTABLES
PROPIEDADES MECANICAS
RESULTADOS NO ACEPTABLES
Resultados no aceptables
debido a la presencia de
estrias visibles tras el
corte o pulido
 cf 
1 M Pa .s
F (N )

S0 m m
1
2

 0.1 M Pa .s
1
PROPIEDADES MECANICAS
EL ENSAYO DE TRACCION SE REALIZA MUY POCAS VECES, VARIANDO MUCHO LA
FORMA DE LAS PROBETAS SEGÚN LA MÁQUINA QUE SE EMPLEE, NO ESTANDO
NORMALIZADO EN CASI NINGÚN PAÍS. LA RESISTENCIA A LA TRACCIÓN DE LOS
MATERIALES REFRACTARIOS VARÍA ENTRE 1/8 Y 1/57 DE LA RESISTENCIA A LA
COMPRESIÓN, TOMÁNDOSE COMO TÉRMINO MEDIO 1/28 DE LA RESISTENCIA A LA
COMPRESIÓN
NO SE SUELE HACER DEBIDO AL ALTO COSTE DE LA PREPARACIÓN DE LA PROBETA A ENSAYAR Y
POR OTRO QUE SE REQUIERE UN ALINEAMIENTO EXTREMADAMENTE BUENO DE LA DIRECCIÓN
DE LA CARGA Y DEL EJE DE LA PROBETA DURANTE EL ENSAYO, YA QUE CUALQUIER
DESALINEAMIENTO INTRODUCE TENSIONES DE FLEXIÓN LO QUE HACE QUE LA MEDIDA DE LA
RESISTENCIA A LA TRACCIÓN SEA INCIERTA.
PROPIEDADES MECANICAS
 ct 
2F
 Ld
 4P 
 4P 
3PL
4 bh
2
32 P L
R
3
(a = L/4)
(a = L/4)
PROPIEDADES MECANICAS
Módulo de elasticidad y módulo de deformación.
PROPIEDADES MECANICAS
PROPIEDADES MECANICAS
RESISTENCIA AL DESGASTE
LOS LADRILLOS REFRACTARIOS SE SOMETEN TAMBIÉN AL ATAQUE ABRASIVO
PRODUCIDO POR EL MATERIAL DEL HORNO QUE SE DESLIZA LENTAMENTE EN LA
MAMPOSTERÍA DE ALTOS HORNOS, HORNOS DE CUBA, CÁMARAS DE COQUE,
HORNOS ROTATIVOS, CÁMARAS DE COMBUSTIÓN Y SIMILARES Y POR EL EFECTO DE
CHOQUE DE LOS GASES QUE EN SU PASO RÁPIDO LLEVAN FINAS PARTÍCULAS
SÓLIDAS
POR LO TANTO, NO BASTA LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN EN FRÍO PARA
CARACTERIZAR EL DESGASTE DE LOS LADRILLOS. A MODO DE CRITERIOS
GENERALES DIREMOS QUE UN MATERIAL REFRACTARIO TENDRÁ MÁS RESISTENCIA
AL DESGASTE POR ABRASIÓN SI SE VERIFICA:
1.- QUE LA COHESIÓN ENTRE EL COMPONENTE DISPERSO Y LA MATRIZ SEA LO MÁS
ELEVADO POSIBLE LO QUE IMPLICA LA OBTENCIÓN DE MATERIALES DE ELEVADA
DENSIDAD.
2.- QUE EL TAMAÑO DEL CONSTITUYENTE DISPERSO SEA FINO Y DE MORFOLOGÍA
GRANULAR.
3.- QUE LA TEMPERATURA DE COCCIÓN, PARA UN DETERMINADO COMPONENTE
MATRIZ, SEA LO MÁS ELEVADO POSIBLE.
4.- QUE LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN EN FRÍO SEA ELEVADA.
PROPIEDADES MECANICAS
Resistencia a la abrasión por máquina rectificadora y por chorro de arena.
PROPIEDADES MECANICAS
Equipo para realizar ensayos de abrasión.
PROPIEDADES MECANICAS
D esgaste lineal ( m m )  D 
Vi  V f
A
PROPIEDADES MECANICAS
Esquema de la máquina del ensayo de desgaste por abrasión
PROPIEDADES MECANICAS
Esquema de ensayo de desgaste por abrasión.
PROPIEDADES MECANICAS
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TEMA 3: