Propiedades y Clasificación de Materiales en Ingeniería Industrial

Propiedades Mecánicas de los Materiales

• Dureza: Resistencia que oponen los cuerpos a ser penetrados por otros.
• Tenacidad: Cantidad de energía que es capaz de absorber un material hasta romperse.
• Fragilidad: Característica opuesta a la tenacidad, indica la poca capacidad de un material para deformarse plásticamente antes de fracturarse.
• Resiliencia: Capacidad de un material para absorber energía cuando es deformado elásticamente y devolverla cuando se descarga, o resistencia a la tracción por choque.
• Fatiga: Fenómeno por el cual un material puede fallar bajo cargas cíclicas o repetidas, con esfuerzos inferiores a su carga de rotura estática.
• Elasticidad: Propiedad de los cuerpos sólidos de recobrar su extensión y forma original cuando cesa la acción de la fuerza que los deformó.
• Plasticidad: Capacidad de un material para experimentar un cambio de extensión y forma permanente tras la aplicación de una fuerza.
• Ductilidad: Propiedad de un material para deformarse en hilos sin romperse.
• Maleabilidad: Propiedad de un material para deformarse en láminas sin romperse.

Aceros: Composición y Clasificación

El acero es una aleación de hierro y carbono, donde el contenido de carbono varía generalmente entre el 0.05% y el 2%. El carbono es el principal elemento que proporciona al acero su dureza y resistencia.

Clasificación de los Aceros

Aceros No Aleados

• Aceros No Aleados (Comunes): Compuestos principalmente por hierro y carbono.
• Aceros No Aleados de Calidad: Su tenacidad está determinada por el tamaño de grano.
• Aceros No Aleados Especiales: Contienen menos impurezas y se emplean en procesos de temple y revenido.

Aceros Inoxidables

Son aceros resistentes a la corrosión, con una composición química que incluye al menos un 10.5% de cromo y un máximo de 1.2% de carbono. Se clasifican en:

• Ferríticos
• Martensíticos
• Austeníticos

Otros Aceros Aleados

• Manganeso: Mejora la calidad superficial del acero.
• Níquel: Aumenta la tenacidad, resiliencia y resistencia a la fatiga del material.
• Cromo: Confiere mayor dureza y resistencia a los aceros.
• Molibdeno: Aumenta la templabilidad.
• Vanadio: Actúa como desoxidante.
• Wolframio (Tungsteno): Proporciona gran resistencia a elevadas temperaturas.
• Cobalto: Utilizado en aceros rápidos de máxima calidad, dureza y resistencia.
• Silicio: Aumenta la temperatura en los tratamientos térmicos.

Aceros Aleados de Calidad

No se emplean para productos que requieran temple y revenido. Se utilizan en aparatos de presión, tubos, etc.

Aceros Aleados Especiales

Incluyen casi todos los demás aceros aleados, excluyendo los inoxidables. Ejemplos de aplicación son los rodamientos.

Fundiciones: Aleaciones de Hierro y Carbono

Las fundiciones son aleaciones de hierro y carbono con un contenido de carbono superior al 2%.

Tipos de Fundiciones

Fundiciones Ordinarias

• Blancas
• Grises
• Atruchadas

Fundiciones Aleadas

• De Baja Aleación: Resistentes a la rotura, desgaste, calor y con alta dureza.
• De Alta Aleación: Contienen elementos como níquel (Ni), cromo (Cr), silicio (Si) y aluminio (Al).

Fundiciones Especiales

• Maleables
• De Grafito Esferoidal
• De Grano Fino

Bronce: Aleaciones de Cobre y Estaño

Tipos de Bronce

• Bronces Ordinarios: Aleación de cobre y estaño.
• Bronces Especiales: Aleación de cobre y estaño, a la que se añaden otros elementos como cinc, plomo, fósforo o aluminio.

Latón: Aleaciones de Cobre y Cinc

Tipos de Latón

• Latones Ordinarios: Aleación de cobre y cinc.
• Latones Especiales: Aleación de cobre y cinc, a la que se añaden otros elementos como aluminio, hierro, plomo, manganeso, estaño o silicio.

Otras Aleaciones Metálicas y Materiales Avanzados

Aleaciones Ligeras

• Aluminio: Su densidad es aproximadamente un tercio menor que la del acero, lo que le confiere un peso reducido y una alta resistencia específica.
• Magnesio: Consideradas ultraligeras, su densidad es aproximadamente dos tercios menor que la del aluminio.
• Titanio: Material de coste elevado, pero con una excelente relación peso-resistencia y alta resistencia a la corrosión.

Aleaciones Antifricción

• Son aleaciones diseñadas para ser muy resistentes al desgaste por fricción.

Materiales Compuestos

• Materiales formados por la combinación de dos o más componentes, como fibras (ej. fibra de carbono, fibra de vidrio) embebidas en una matriz.

Materiales Plásticos

• Son materiales ligeros, no conductores de calor ni electricidad. Se clasifican en:
  • Termoplásticos: Al aumentar la temperatura, se ablandan y pueden moldearse, volviendo a su forma original al enfriarse. Ejemplos: Polietileno (PE), Policloruro de Vinilo (PVC), Politetrafluoroetileno (PTFE), Poliamida (PA), Poliestireno (PS).
  • Termoestables: Una vez curados y moldeados, no pueden volver a su forma original mediante el calor.

Metalurgia de Polvos: Proceso de Fabricación

La metalurgia de polvos es un proceso de fabricación que permite obtener piezas a partir de materiales reducidos a polvo. El proceso generalmente implica:

• Compactación en Frío: El polvo se compacta en matrices mediante prensas.
• Sinterización (con calor): La aplicación de calor aumenta la movilidad de las partículas, lo que permite su compactación y unión.

Las piezas obtenidas pueden ser posteriormente rectificadas. Esta técnica es ampliamente utilizada en la fabricación de grandes series de piezas, especialmente en la industria de la automoción.