Fundamentos de Materiales: Propiedades, Clasificación y Fórmulas Esenciales

Propiedades y Ensayos de Materiales

Resiliencia

La resiliencia es la capacidad de un material para absorber energía cuando es deformado elásticamente y liberarla cuando se descarga. En el contexto de un ensayo, se describe el proceso: se coloca la probeta, se posiciona el martillo a una altura determinada, se suelta el martillo para que impacte con la probeta, la rompa y continúe su giro hasta alcanzar una altura h_v.

Aleaciones Metálicas

Aleaciones de Cobre

Las aleaciones de cobre son aquellas en las que el cobre predomina sobre los demás elementos que las componen.

Bronces

Los bronces son aleaciones de Cobre (Cu) y Estaño (Sn). Cuando se añaden otros elementos, se obtienen los bronces especiales.

Bronces Ordinarios

Los bronces ordinarios contienen entre el 5% y el 30% de Zinc (Zn). Para aplicaciones de fundición, la dureza, sonoridad y fragilidad aumentan con el contenido de Zinc. Los bronces más duros se utilizan para campanas y timbres. Los bronces destinados a piezas mecánicas contienen del 8% al 20% de Estaño (Sn).

Bronces Especiales

La adición de otros elementos, además de Cobre (Cu) y Estaño (Sn), permite obtener bronces especiales. Los principales tipos son:

• Bronces al Zinc (Zn)
• Bronces al Plomo (Pb)
• Bronces al Fósforo (P)
• Bronces al Silicio (Si)
• Bronces al Aluminio (Al)

Acero y Fundición

Diferencia entre Acero y Fundición

La principal diferencia entre acero y fundición radica en su contenido de carbono:

• Si el contenido de carbono está entre el 0% y el 2%, se clasifica como acero.
• Si el contenido de carbono es superior al 2%, se clasifica como fundición.

Existen tres tipos principales de acero:

• Acero dulce: Contiene un máximo del 0.25% de carbono.
• Acero semidulce: Contiene alrededor del 0.35% de carbono.
• Acero duro: Contiene aproximadamente el 0.55% de carbono.

Clasificación de las Fundiciones

Existen dos clases principales de fundiciones:

1. Fundición gris: Presenta todo o gran parte de su carbono en forma de grafito laminar.
2. Fundición blanca: Presenta todo o gran parte de su carbono combinado en forma de carburo de hierro.

Latones

Los latones son aleaciones de Cobre (Cu) y Zinc (Zn). Si se añaden otros elementos, se obtienen los latones especiales.

Latones Ordinarios

Los latones ordinarios contienen entre el 45% y el 55% de Zinc (Zn). A mayor contenido de Zinc, la maleabilidad y la ductilidad disminuyen.

• Latón del 30-37% de Zn: Utilizado para piezas moldeadas.
• Latón del 37-42% de Zn: Adecuado para pequeñas piezas.

Aleaciones Ligeras

Las aleaciones ligeras están fundamentalmente compuestas de Aluminio (Al). En la clasificación general de los materiales, se designan comúnmente con la letra "L". El aluminio, como base de estas aleaciones, puede combinarse con elementos como Cobre (Cu), Silicio (Si), Zinc (Zn) y Magnesio (Mg).

Materiales Sinterizados

Sinterizados

Los materiales sinterizados no son, en realidad, una aleación en el sentido tradicional. El proceso de sinterización consiste en aglomerar polvos de materiales a alta temperatura y bajo fuerte presión. Se utiliza, por ejemplo, para fabricar plaquitas de metal duro o widia, mezclando carburos de Wolframio (W), Cobalto (Co) y Titanio (Ti). Estos polvos se pulverizan, se calientan a aproximadamente 1800°C y se someten a altas presiones para consolidarlos.

Polímeros y Plásticos

Plásticos

El plástico es un término que engloba a un numeroso grupo de productos orgánicos de elevado peso molecular, que son sólidos a temperatura ambiente y presentan facilidad de moldeo mediante la aplicación de calor.

Tipos de Plásticos

Termoplásticos

Los termoplásticos son materiales que, al ser calentados hasta una determinada temperatura, vuelven a su estado plástico, lo que les permite cambiar de forma repetidamente.

Termoestables

Los termoestables son plásticos que, una vez calentados y prensados (curados), no pueden volver a su estado plástico original ni cambiar de forma.

Polietilenos Específicos

Polietileno de Baja Densidad (PEBD)

El Polietileno de Baja Densidad (PEBD), también conocido como LDPE por sus siglas en inglés, es un polímero de la familia de los polímeros olefínicos. Es un termoplástico ampliamente utilizado y reciclable. Ejemplos de aplicación incluyen bolsas y botellas.

Polietileno de Alta Densidad (PEAD)

El Polietileno de Alta Densidad (PEAD), también conocido como HDPE por sus siglas en inglés, es un polímero termoplástico de la misma familia. Se utiliza comúnmente en la fabricación de tuberías, entre otras aplicaciones.

Polietileno Reticulado (PEX/XLPE)

El Polietileno Reticulado es conocido por sus siglas PEX o XLPE. Se utiliza en aplicaciones como tubos y mangueras, debido a su mayor resistencia a la temperatura y a la presión.

Fórmulas Fundamentales en Ingeniería de Materiales

Fórmulas Trigonométricas

• Tangente (TG): TG = CO / CC (Cateto Opuesto / Cateto Contiguo)
• Seno (SEN): SEN = CO / H (Cateto Opuesto / Hipotenusa)
• Coseno (COS): COS = CC / H (Cateto Contiguo / Hipotenusa) (Nota: La fórmula original "CO=CC/H" parece ser un error y se ha corregido a Coseno)

Fórmulas de Resistencia de Materiales

• Tensión Normal (Sigma, σ):

  σ = F / S

  Donde S para una superficie redonda es S = π × r².

• Alargamiento (ΔL):

  ΔL = (F × L₀) / (S × E)

  Donde F es la fuerza, L₀ es la longitud inicial, S es el área de la sección transversal y E es el módulo de elasticidad (Young).

• Tensión de Cortadura (Tau, τ):

  τ = F / S

  Donde S para una chapa perforada es S = π × e × d (e = espesor de la chapa, d = diámetro del punzón).

Fórmulas de Geometría y Masa

• Volumen (V): V = A × H (Área de la base × Altura)
• Peso (P): P = D × V (Densidad × Volumen)
• Área Total de un Círculo: A_total = π × D × 2 (Esta fórmula parece incorrecta para el área de un círculo, que es π × r² o π × (D/2)². Podría referirse a la superficie lateral de un cilindro si se multiplica por una altura, o al perímetro de un círculo multiplicado por 2, lo cual no es un área. Se mantiene la original pero se añade una nota de posible ambigüedad.)
• Longitud de la Circunferencia: Longitud = π × d (Donde d es el diámetro). (Nota: La fórmula original "Long d circ,=π•d•h" parece incluir una 'h' extra que no corresponde a la longitud de una circunferencia.)