Fundamentos de la Ciencia de Materiales: Propiedades, Tipos y Tratamientos Industriales
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Clasificación y Propiedades Fundamentales de los Materiales
Propiedades Generales de los Materiales
Los materiales se definen por un conjunto de propiedades esenciales:
- Mecánicas: Resistencia, módulo de elasticidad.
- Eléctricas: Conductividad.
- Térmicas: Conductividad, capacidad calorífica.
- Magnéticas.
- Ópticas.
- Químicas: Reactividad química.
Tipos de Materiales
Según su composición y estructura, se clasifican en:
- Metálicos: Resistentes, tenaces, dúctiles.
- Cerámicos: Duros, frágiles.
- Polímeros: Resistencia y rigidez bajas.
Clasificación Adicional (Origen y Sostenibilidad)
Los materiales se clasifican también por su origen (naturales, artificiales y sintéticos) y por su sostenibilidad (renovables y no renovables). Además, pueden ser reciclables, reutilizables, tóxicos o biodegradables.
Propiedades Físicas, Químicas y Mecánicas Detalladas
Propiedades Físicas
- Densidad: Se mide en kg/m³.
- Coeficiente de Dilatación Térmica: Aumento de longitud al incrementar la temperatura en un grado.
- Coeficiente de Conductividad Térmica: Capacidad de transmitir calor (medida en W/mK).
- Resistividad Eléctrica o Conductividad Eléctrica: Resistencia del material al paso de la corriente (medida en ohmios).
Propiedades Químicas
Se refieren principalmente a la resistencia a la oxidación y a la corrosión.
Propiedades Mecánicas
- Dureza: Resistencia a ser rayado por otro material.
- Resistencia Mecánica: Capacidad para soportar esfuerzos.
- Tenacidad: Capacidad de soportar golpes sin romperse.
- Elasticidad: Capacidad de recuperar la posición inicial una vez que cesa la fuerza externa aplicada.
Propiedades Tecnológicas
Estas propiedades definen la aptitud de un material para ser transformado o trabajado:
- Maquinabilidad: Aptitud para ser mecanizado.
- Soldabilidad: Aptitud para ser soldado.
- Ductilidad: Capacidad de deformarse sin rotura (estirarse en hilos).
- Maleabilidad: Capacidad de ser transformado en láminas.
- Fusibilidad: Capacidad de pasar de estado sólido a líquido.
- Colabilidad: Aptitud de un material fundido para llenar un molde.
Metales Industriales Clave: Características y Aplicaciones
Aluminio (Al)
- Baja densidad (2,69 g/cm³).
- Punto de fusión bajo (660 °C).
- Baja resistencia a la fatiga y a temperaturas elevadas.
- Elevada conductividad térmica y eléctrica.
- No magnético ni tóxico.
Cobre (Cu)
- Densidad elevada (8,93 g/cm³).
- Punto de fusión alto (aproximadamente 1100 °C).
- Alta conductividad térmica y eléctrica.
- Alta resistencia a la corrosión.
- Muy conformable en frío.
- Mejor resistencia a la fatiga y al desgaste que el aluminio.
- Resistencia media a la tracción (200-350 MPa).
Titanio (Ti)
- Densidad media (4,5 g/cm³).
- Temperatura de fusión alta (1668 °C).
- Maleable y dúctil.
- Alta resistencia a la corrosión.
- Soporta tratamientos térmicos y químicos.
- Muy resistente a la tracción.
Tratamientos Superficiales para la Protección de Materiales
Los tratamientos superficiales buscan mejorar la resistencia y el aspecto de los metales: