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·3.1 Características de los materiales metálicos (Propiedades generales de…
·3.1 Características de los materiales metálicos
Propiedades generales de los metales:
Las propiedades de los materiales constituyen un conjunto de características diferentes para cada cuerpo, que manifiestan las cualidades intrínsecas del mismo. Las principales propiedades de los materiales podemos agruparlas en tres grupos:
Propiedades físicas
Conductividad eléctrica:
Propiedad casi exclusiva de los metales que consiste en la facilidad que poseen en transmitir la corriente eléctrica a través de su masa
Temperatura de fusión:
Coincide con el cambio de estado (solido a líquido) que experimenta un metal al aumentar la temp de forma progresiva
Fusibilidad
: Propiedad que tienen los metales de licuarse(estado sólido a líquido), bajo el calor. (Fundición piezas coladas)
Calor específico:
Cantidad de calor necesario para aumentar la temperatura de unidad de masa de un cuerpo de 0ºC a 1ºC se expresa en calorias(cal)
Conductividad térmica:
Permite transmitir el calor a través de su masa
Dilatabilidad:
Propiedad que poseen los cuerpos para poder aumentar su volumen por efecto del calor. Aumento unitario de longitud que sufre el metal al elevarse en un grado su temp.
Propiedades químicas
Oxidación:
Fenómeno de combinación química del oxigeno con elementos metálicos, que produce corrosión o degradación del metal. Su efecto se acentúa al aumentar la temperatura. En algunos metales en vez de producirse oxidación se puede producir el efecto contrario por lo que se crea una película protectora que evita que se oxide el material.
Corrosión:
Deterioro lento y progresivo de un metal debido a un agente exterior. La corrosión atmosférica se puede producir por la unión de (oxigeno, humedad, aire, metal,..) , también puede haber corrosión química. Puede provocar adelgazamiento del espesor del metal y en otros casos el metal puede quedar picado. Finalmente también puede afectar a la unión de los granos del metal.
Propiedades mecánicas
Elasticidad:
Propiedad de los metales que les permite recuperar su forma original después de haber sido deformados y una vez se suprime el esfuerzo que los deformaba, algunos conceptos asociados son: ·Limite elástico: Fuerza máxima de deformación que puede aplicarse a un metal sin originar una deformación permanente. ·Módulo de elasticidad: Cuando una muestra se somete a un esfuerzo de tracción y sufre un alargamiento. ·Alargamiento de rotura: Alargamiento máximo sin rotura que se puede por tracción de un material.
Plasticidad:
Capacidad que tienen los materiales de adquirir deformaciones permanentes, las propiedades más importantes son: ·Maleabilidad: Propiedad que poseen ciertos materiales de dejarse reducir en forma de láminas mediante esfuerzos de compresión(laminado, forjado y embutido) ·Ductilidad: Propiedades que poseen algunos metales de dejarse estirar mediante esfuerzos de tracción(trefilado)
Tenacidad:
Propiedad de los metales que les permite resistir a los esfuerzos de rotura o deformación. Energía que absorbe un material antes de romperse.
Fatiga:
Cuando un metal se somete a esfuerzos de magnitud y sentido variables, puede romperse aplicando cargas muy inferiores a su resistencia a la rotura normal para un esfuerzo de tensión constante. Como concepto podemos destacar
resistencia a la fatiga
carga que un metal sometido a esfuerzos repetidos es capaz de soportar indefinidamente sin romperse.
Dureza:
Propiedad de los metales que define la resistencia que oponen a ser penetrados por otros, cuya forma y dimensiones se encuentran debidamente normalizadas.
Resistencia a la rotura:
Carga a partir de la cual se produce un periodo de rápido estiramiento de la muestra con un sensible reducción de su sección hasta que se produce la rotura bajo un esfuerzo menor de tensión que la antes citada.(Carga máxima)
Estricción:
Propiedad que tiene los metales de oponerse a la reducción de su sección cuando están sometidos a una carga de tracción.
Fragilidad:
Propiedad de los metales de romperse más o menos fácilmente bajo la acción de un choque.
Resiliencia:
Resistencia que opone un cuerpo a la ruptura por un choque o percusión.(Propiedad inversa a la fragilidad)
Fluencia:
Propiedad de algunos metales de deformarse lenta y espontáneamente bajo la acción de su propio peso o cargas muy pequeñas.
Maquinabilidad:
Se agrupan varias propiedades como: Velocidad a la que puede mecanizarse el material al someterlo a máquinas, clase de viruta producida, ...
Grupos de materiales:
Los materiales metálicos puros no se utilizan en la fabricación de piezas ya que sus características son poco significativas. Para mejorar las propiedades de estos se realizan aleaciones(Mezcla de dos o mas metales puros). Los materiales más utilizados tiene como elemento principal el
hierro
, por lo que se distinguen dos tipos de familias:
Férreos
: Cuerpos metalicos que tienen como elemento principal el hierro y carbono en proporciones variables. Según el porcentaje de carbono se distinguen:
hierro, acero y fundiciones
No Férreos
: Estos materiales no incorporan hierro en su fabricación, se distinguen:
aluminio, magnesio, cobre, plomo, estaño, cinc, níquel y titanio
Estructura de los metales:
Los metales están formados por agrupaciones de átomos unidos entre sí, mediante enlaces metálicos. Se encuentran formando una red geométrica de nominada
red cristalina
, en la que cada uno de ellos ocupa un vértice de la red. La disposición ordenada y geométrica en el espacio constituye una estructura, ligada con el comportamiento, podemos distinguir dos:
Estructura granular:
Agrupación de cristales en forma de granos, estos aparecen al solidificarse un metal en estado líquido. Pueden existir diferentes tipos de granos: Igual tamaño (misma naturaleza de metal), Diferente tamaño (Diferente naturaleza del metal). El tamaño y la disposición de los metales constituye una estructura granular. Los granos también se pueden llamar constituyentes del metal, los de forma irregular son entre (0,02mm y 0,2mm). La constitución de estos granos depende en gran parte de: ·Proceso de fabricación del metal y Procesos térmicos a los que haya sido sometido el metal. En general cuanto mayor es el grano constituido por el metal peor son sus propiedades genéricas.
Estructura cristalina:
Los átomos están ordenados en ele espacio según la red geométrica constituida por repartición de un elemento básico denominado
cristal
. Se pueden ordenar de tres formas diferentes variando las propiedad del metal(resistencia, dureza,..):
Cúbica centrada, Cúbica centrada en las caras y Hexagonal compacta
Mejora de las cualidades de un metal:
Las aplicaciones habituales de los metales exigen una serie de características que obligan a mejorar las propiedades de los mismos(tratamientos térmicos o elementos de adición)
Aleaciones:
Unión de un metal con otros metales, conservando en estado sólido sus propiedades. Se alean con otros para conseguir características difíciles de encontrar en los metales puros. En todas las aleaciones se pueden apreciar dos elementos: Elemento puro(base) que es el que esta en mayor proporción y elementos aleantes que modifican o complementan dichas propiedades.
Clasificación de aleaciones:
Según su número de elementos
Binarias(dos)
Ternarias(tres)
Existen hasta con seis o siete elementos
Según la naturaleza de sus componentes
Aleaciones ultraligeras:
Elemento base el magnesio
Aleaciones pesadas:
Principalmente metales pesados, peso específico >7 (cobre, estaño, zinc,..)
Aleaciones férreas:
Hierro como elemento principal
Aleaciones no férreas:
El elemento principal no es el hierro
Aleaciones ligeras:
Elemento base el aluminio
Conformado de metales:
Técnicas utilizadas para dar los objetos una forma o contornos sin añadir o separar materiales. Para utilizar el metal es necesario darles forma(en caliente o en frio)
Sinterización:
Es una forma especial de fusión, a diferencia de la fusión lo que se introduce en el molde no es líquido si no polvo.
Pueden haber diferentes procesos
Flexión:
Se somete a un metal a un esfuerzo o estiramiento a lo largo de un eje recto, de lo que resulta un producto de forma recta o lineal(plegadoras de barras, rodillos de conformado..)
Prensado:
Proceso que consiste en moldear una lámina metálica en varias direcciones al mismo tiempo, forzándola entre dos matrices.
Entre las operaciones de conformado más comunes hay:
Fundición:
Este proceso se consigue vertiendo metal fundido en una cavidad hueca y dejándolo enfriar en su interior. Así el líquido adquiere la forma en una sola operación.Los moldes pueden ser de arena especial o metálicos.
Forja:
Puede hacerse de dos formas distintas: Con prensa (mediante una prensa de forjar martilleando o aplicando una presión constante sobre la pieza) y con martillo(calentando el metal a temperatura elevada y moldeando mediante presión aplicada con martillo mientras se apoya en una superficie o yunque).
Trefilado(estirado):
Dar forma a una varilla o cinta metálica tirando de ella a través de un molde o matriz para reducirla a un hilo o formar un tubo.
Extrusión:
Técnica que fuerza al metal a través de una matriz o abertura para darle una forma deseada de sección transversal. Al ser empujado con fuerza hasta 1200 toneladas, el metal adopta la forma de la matriz.
Laminado:
Es uno de los procesos más comunes en los métodos industriales de conformado en caliente. El laminado en caliente es una operación de desbastado.(Grandes lingotes de metal). Se realiza en un tren de rodillos giratorios que se encuentran a una distancia entre si inferior al grosor inicial del metal sometido al proceso.
Estampación:
Consiste en presionar entre dos moldes metálicos(estampas) un trozo de material a la temperatura correcta, hasta que la deformación llena el hueco adoptando su forma.
Troquelado:
Consiste en obtener piezas mediante la presión que ejercen unos punzones sobre un molde o matriz. Las láminas se intercalan entre el punzón y la matriz, produciéndose el corte de cizalla del punzón sobre la chapa.
Embutición:
Procedimiento similar al troquelado, pero esta vez la compresión a la que es sometida la chapa entre punzón y matriz, solo consigue que la chapa se deforme sin cortarla.
Según la profundidad de la embutición debido al grosor de la chapa puede ser:
Embutición profunda: 35%
Embutición dificil: 45%
Embutición ordinaria: 30%