Materiales Metálicos. Propiedades Mecánicas

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¿Recuerdas qué es…? • Con frecuencia, algunas personas denominan de la misma forma al hierro y al acero. ¿Sabrías explicar de forma razonada el error que cometen? • Con material similar al que utilizan los arácnidos para construir las «telas de araña», unos científicos españoles están tratando de obtener un cable muchísimo más resistente y flexible que el mejor de los aceros actuales. • Los bronces y los latones son aleaciones. ¿Sabes qué materiales los constituyen? 1 MATERIALES METÁLICOS. PROPIEDADES MECÁNICAS Los materiales, atendiendo a su origen, se clasifican en materiales naturales, transformados y sintéticos, si bien también es frecuente clasificarlos atendiendo a si éstos son o no metálicos, y dentro de los metálicos, en férricos y no férricos. El hierro es uno de los materiales más abundantes en la corteza terrestre. Algunos de los objetos de hierro más antiguos datan de hace más de 9 000 años, e incluso varios de ellos han sido encontrados en las pirámides de Egipto. Los contenidos de esta Unidad son: 1. Los materiales. 2. Materiales férricos. 3. Metales no férricos. 4. Propiedades de los materiales. 1 LOS MATERIALES 1 Como ya estudiamos en primer curso, podemos clasificar los materiales atendiendo a su origen en naturales, transformados y sintéticos. Los materiales naturales, como su nombre indica, son aquellos que el ser humano encuentra y utiliza directamente en el medio natural, y que a su vez pueden ser renovables (como la madera, el algodón, etc.), o no renovables (como los metales, el carbón, el petróleo, etc.), y sirven como materia prima para obtener los materiales transformados o artificiales. Natural Sintético Artificial Materiales naturales, transformados y sintéticos.. Fig. 1.1 Materiales Fig. 1.2 { Metálicos { { Hierro Férricos Acero Fundición { Los materiales sintéticos son todos aquellos que se obtienen mediante procesos artificiales de transformación, es decir, se caracterizan porque no existen en la naturaleza. Cobre y Pesados aleaciones No férricos Ligeros A Aluminio Ultraligeros A Magnesio { { Maderas y derivados No metálicos Pétreos Cerámicos Plásticos Tipos de materiales más utilizados en la industria. Clasificación. 2 Con frecuencia, los materiales también se clasifican atendiendo a si éstos son metálicos o no metálicos, ya que en esta clasificación se pueden englobar la mayor parte de los materiales utilizados en la industria. En este curso analizaremos los materiales metálicos, tanto los férricos como los no férricos, pues las maderas y sus derivados fueron analizadas el curso anterior, y dejaremos el estudio de los materiales pétreos, cerámicos y los materiales plásticos para el próximo curso. MATERIALES FÉRRICOS En tiempos remotos, el hierro procedente de meteoritos fue tal vez el primer metal utilizado por el ser humano para la fabricación de utensilios, ya que para moldear el metal de estos asteroides se podían emplear más o menos las mismas técnicas que para el trabajo de la piedra. Fig. 1.3 8 Técnica de forjado utilizada por el ser humano en la Antigüedad. En las pirámides de Egipto se han encontrado objetos fabricados en hierro con una antigüedad cercana a los 9000 años; en distintas zonas de Asia y Mesopotamia también han aparecido anillos y amuletos fabricados con este material correspondientes a la misma época. El forjado es una operación que consiste en someter a un material en caliente a un golpeteo continuo, hasta obtener en éste la forma y dimensiones deseadas. Éste fue el método empleado inicialmente por el ser humano para trabajar el hierro procedente de los meteoritos. Hubieron de transcurrir miles de años hasta poder dominar su metalurgia. Esto ocurrió gracias a Henry Bessemer, que en 1856 ideó un procedimiento que permitía fabricar acero de calidad, de forma rápida y barata. A PROCESO DE EXTRACCIÓN DE LOS MINERALES DE HIERRO Fig. 1.4 Los minerales de hierro utilizados en la industria siderúrgica proceden de las minas de hierro. En estos lugares el mineral de hierro suele encontrase mezclado con otras impurezas (tierra, rocas, otros minerales, etc.). Durante el proceso de arranque o extracción de estos minerales en las minas, se obtiene un primer producto denominado todouno constituido por bloques de diversos tamaños y riquezas de mineral. Estos bloques, una vez extraídos, se someten a un tratamiento preliminar con objeto de separar el mineral de hierro aprovechable —o mena de las impurezas o estériles que acompañan al mineral— y, obtener un tamaño de mineral adecuado, a la vez que se evitan los rechazos de los finos (minerales que por su pequeño tamaño no son aptos para ser utilizados en los procesos siderúrgicos). Recuerda Se denomina todouno al conjunto de materiales arrancados de una mina (mena y ganga). Todouno (mineral de Fe) Mena En la Figura 1.5 se ha representado el proceso de preparación al que, normalmente, se someten los minerales de hierro antes de ser utilizados en las industrias siderúrgicas. Observa cómo, en primer lugar, se somete al mineral a una fragmentación y molienda, y en segundo lugar se clasifica el producto por tamaños, con objeto de obtener unas dimensiones adecuadas del todouno que faciliten la concentración posterior del mineral, es decir, la separación de la parte de la fracción estéril o ganga contenida en el todouno de la mena o fracción aprovechable del mineral. Fig. 1.5 1. Extracción de todouno 2. Fragmentación Machacadora de mandíbulas (50-100 mm) Mina Todouno 9. Alto horno Parque de materiales 7. Expedición a industria siderúrgica Proceso de preparación de los minerales de hierro. Polos magnéticos Molino de bolas (1,2-1,7 mm) 4. Cribado 8. Mezcla y Homogeneización Ganga 5. Concentración Agua y bruto 3. Molienda Trituradora de martillos (15-20 mm) Pila Forjado de una pieza con un martillo pilón. Criba vibratoria 6. Aglomeración Sintetizado Horno (bolas) Pelets (trozos de mineral más grandes) Ganga o estériles Concentrado Estéril Concentración magnética Canal de conducción de gruesos Suspensión Producto a separar Gruesos Finos Concentración gravimétrica Biela Tabique de Pistón separación Producto puesto en suspensión por la corriente ascendente Concentración por flotación 9 1 B PROCESO DE OBTENCIÓN DE LOS ACEROS Y FUNDICIONES En la Figura 1.8 se ha representado el proceso que se sigue en un alto horno para la obtención de los aceros y fundiciones. Comprueba cómo, dependiendo del material de partida utilizado para la obtención del acero y de las fundiciones, éstos se pueden obtener por un lado, en los altos hornos, cuando partimos de una mezcla de minerales de hierro, fundentes (caliza) y carbón de coque (cok); y por otro en hornos eléctricos cuando la materia prima de partida está constituida por chatarra, fundentes y ferroaleaciones. Fig. 1.6 Mina de hierro. PRINCIPALES MATERIAS PRIMAS PARA OBTENER EL ACERO Fundente (piedra caliza) Tubo de recogida de gases 1/2 t Tratamientos preliminares Observa El primer hierro fundido que se consigue en un alto horno se denomina arrabio, a partir del cual, según qué proceso de afino se haya seguido, se obtendrá la fundición o el acero. Cuchara Ferroaleaciones Carbón de coque 1t Fundente Mineral de hierro 2t Horno eléctrico Arrabio Alto horno Colada tradicional Escoria Torpedo Pieza fundida terminada Lingotera Convertidor Grúa de deslingotar Cuchara Lingotera Perfiles comerciales Colada de lingotes El acero líquido se vierte en un molde (lingotera). Una vez sólido se quita el molde Tren debastador (en caliente) Fig. 1.7 Colada. Bloom Bobinas Chapas galvanizadas Hojalatas Alambres Redondos calibrados Etcétera. 10 Colada continua En caliente se deforman los blooms para obtener perfiles estructurales, carriles, barras, etc. Trenes especiales de acabado Fig. 1.8 Proceso de obtención de los aceros y fundiciones. C HIERRO, ACERO Y FUNDICIÓN. PROPIEDADES CARACTERÍSTICAS Con frecuencia utilizamos de forma errónea los términos hierro, acero y fundición para identificar y definir un material de origen férrico, sin tener en cuenta las características que les diferencian. El hierro no se encuentra en la naturaleza en estado puro, sino combinado con otros elementos químicos formando los distintos minerales de hierro (oligistos, hematites, limonitas, sideritas, magnetitas, piritas...), los cuales son tan abundantes que representan casi el 5 % de la corteza terrestre. El hierro puro como tal es un elemento químico que no tiene prácticamente aplicación industrial ya que presenta una baja resistencia mecánica y se oxida fácilmente, por lo que se ha de combinar con otros elementos (principalmente el carbono) para formar aleaciones tan conocidas como el acero y las fundiciones. Pero, ¿qué son el acero y las fundiciones? El acero es una aleación de hierro con un porcentaje de carbono inferior al 1,76 %. La fundición es igualmente una aleación de hierro con carbono, pero con un porcentaje superior en carbono, que puede oscilar entre el 1,76 % y 6,67 %. Las piritas son menas de hierro. Debes saber que el hierro es uno de los metales más abundante de la corteza terrestre. Fig. 1.9 Aclarando conceptos LECHE Para facilitar su estudio y aclarar conceptos, comparemos ambas aleaciones con dos vasos de leche y cacao. La leche será el acero y el cacao el carbono. Si en un vaso de leche (hierro) echamos un poco de cacao (carbono) de forma que éste se En los aceros, el hierro y el carbono, disuelva totalmente, obtenen cierta forma, los podemos dremos una disolución en la comparar con la leche y el cacao. que ambos elementos se encuentran totalmente «disueltos». A esta aleación la denominamos acero y, al analizarla al microscopio, se puede observar cómo el carbono se encuentra totalmente disuelto. Si seguimos añadiendo más cacao (carbono) a la disolución anterior, llega un momento en que ésta ya no es capaz de disolver más cacao (carbono), por lo que el cacao (carbono) que no se ha disuelto precipita al fondo del vaso. En ese momento coexisten el cacao disuelto y el cacao disperso y precipitado. A ese conjunto lo denominamos fundición; en muchas fundiciones, al observarlas al microscopio, se puede observar el carbón disperso. En el acero, el carbón se encuentra «disuelto» o «combinado» Acero La leche es capaz de disolver totalmente pequeñas cantidades de cacao, influyendo su temperatura en la cantidad de cacao disuelto En las fundiciones, normalmente, parte del carbono se encuentra sin combinar Fundición Cacao precipitado sin disolver 11 1 D Sabías que... A diferencia de los aceros, las fundiciones presentan una resistencia baja a los choques o impactos, son poco dúctiles y maleables y suelen ser difíciles de soldar. Capa muy fina de estaño Acero blando Fig. 1.10 Fig. 1.11 La hojalata está formada por un núcleo de acero blando recubierto por una capa de estaño muy fina. Cuchara en proceso de colado de una pieza de fundición. PROPIEDADES Y APLICACIONES DE LOS ACEROS Y FUNDICIONES El acero es un material de color blanco grisáceo y fibra continua, muy resistente a todo tipo de esfuerzos, principalmente a los de tracción, es dúctil y maleable, muy tenaz y se puede mecanizar, soldar y forjar. Estas propiedades le hacen idóneo como material base para construir todo tipo de estructuras, máquinas y mecanismos. Es buen conductor de la corriente eléctrica, si bien ésta no es su principal propiedad, ya que existen otros metales que son mejores conductores, como el cobre, el aluminio... Otra propiedad que le caracteriza es que, mediante el empleo de técnicas de calentamiento y enfriamiento específicas, denominadas tratamientos térmicos, es posible variar sus propiedades y características mecánicas. Partiendo de la aleación base (Fe-C) descrita anteriormente, y en función del porcentaje en carbono, se obtiene una gran variedad de tipos de aceros aleados, simplemente añadiendo durante el proceso de fabricación otros elementos (níquel, cromo, volframio...) en pequeños porcentajes que mejoran sus propiedades, obteniéndose así, por ejemplo, aceros inoxidables, resistentes al desgaste, etcétera. Los aceros no sólo se emplean como elemento resistente en las estructuras o formando parte de los objetos más diversos. Otra forma de utilizarlos consiste en recubrirlos con otro metal, de este modo se consiguen una gran variedad de aplicaciones, como los aceros galvanizados (cinc), hojalatas (estaño, véase la Figura 1.11), aceros cromados, niquelados... Nosotros, en el aula de tecnología, utilizaremos el acero en forma de varillas, alambres, puntas y tornillería. La fundición suele ser de color más grisáceo que los aceros. Entre sus ventajas se encuentra la posibilidad de obtener piezas de geometría complicada mediante procesos de colado, presentando una mayor resistencia a la corrosión que los aceros y una mayor facilidad para la transmisión del calor. Igualmente se utiliza en máquinas o diseños sometidos a vibración (bancadas de máquinas-herramientas como el torno, taladradora, etc.), ya que los pequeños trocitos de carbón que poseen las fundiciones interrumpen e impiden la transmisión de vibraciones; estos trocitos de carbono actúan como minúsculos «colchones» que amortiguan las vibraciones. Experiencia ¿Fundición o acero? Limadura que mancha los dedos ‰ Fundición 12 Viruta limpia ‰ Acero ¿Cómo podemos reconocer algunos tipos de fundiciones? Aunque ya hemos dicho antes que no todas las fundiciones presentan las mismas características, algunas podemos identificarlas con facilidad limando ligeramente la pieza que deseas identificar. En el caso de que sea un acero (o en algunos tipos de fundiciones) obtendrás una viruta o limadura limpia, ya que el carbón se encuentra totalmente combinado. En la mayoría de las fundiciones la viruta o limadura obtenida suele venir acompañada de pequeños trocitos de carbón, que al tocarlos te tiznarán los dedos (véase la Figura 1.12). Fig. 1.12 Las limaduras de las fundiciones suelen tener pequeñas partículas de carbón grafito que manchan los dedos. 3 METALES NO FÉRRICOS Como metales no férricos se agrupan el resto de los metales utilizados por el ser humano, si bien, y por su importancia, únicamente estudiaremos el cobre y sus aleaciones como ejemplo de metal y aleaciones pesadas y el aluminio, como elemento representativo de metales ligeros. A { Pesados A Cobre y aleaciones, plomo, estaño Metales no férricos Ligeros A Aluminio Ultraligeros A Magnesio METALES PESADOS. UN POCO DE HISTORIA Se cree que el cobre, al encontrarse con facilidad en estado natural (véase la Figura 1.13) , fue uno de los primeros metales utilizados por el ser humano, ya que si bien el hierro se utilizó en épocas anteriores, su metalurgia aun tardó miles de años en desarrollarse. Los objetos más antiguos de cobre encontrando en algunas tumbas reales de Egipto, en forma de puñales, vasos y objetos diversos, tienen una antigüedad media que puede superar los 6000 años. Más tarde la utilización de este metal se extiende a Irán, Mesopotamia y la India, y posteriormente, a comienzos del tercer milenio a.C., llegó a China. Al principio el cobre se trabajaba empleando técnicas de forja; es decir, se calentaba y golpeaba repetidamente la pieza de cobre hasta obtener la forma y dimensiones deseadas, consiguiendo así que los objetos de cobre fabricados con esta técnica adquiriesen una mayor dureza. Fig. 1.13 Mineral de cobre nativo prácticamente puro. Recuerda Una aleación es una mezcla de dos o más metales en estado líquido (fundido), de forma que el producto resultante suele presentar mejores propiedades que las de los distintos elementos que la forman por separado. Fig. 1.14 Hace más de 6 000 años los egipcios ya obtenían objetos de cobre empleando técnicas de forja. Pero el ser humano pronto dejó de fabricar piezas sólo con cobre cuando en la zona de Mesopotamia descubrió las enormes ventajas que presentaba este metal si se le combinaba en proporción adecuada con el estaño, obteniendo así la primera aleación de todo los tiempos, el bronce. 13 1 El descubrimiento del bronce, hace más de 5000 años, desencadenó una verdadera revolución social y económica, ya que a partir de aquel momento se experimentaron nuevas técnicas de fundición, algunas de las cuales se aplicaron para conseguir otros metales como lplata, estaño y plomo, con lo que aparecieron nuevos productos que provocaron un desarrollo espectacular en el comercio de la época; por ello a este periodo se le ha denominado Edad de Bronce. Cobre Tuvieron que transcurrir casi mil años para que se descubriese una nueva aleación de cobre denominada latón (cobre + cinc), con la que los romanos, cientos de años más tarde, acuñaron sus monedas. Estaño Cinc El bronce y sus aleaciones se siguieron empleando hasta que los hititas (tribus que vivieron hace 4000 años en las montañas de Armenia) lograron fundir los minerales de hierro, metal que por sus propiedades sustituyó en gran parte al bronce utilizado hasta entonces. Bronce Fig. 1.15 Fig. 1.16 A1 Latón El cobre Principales aleaciones de cobre. El cobre es un material de color rojizo que se oxida ligeramente en contacto con el aire, adquiriendo una tonalidad verdosa. Posee una resistencia a la tracción media de 30 a 35 kg/mm2 y una densidad que oscila entre 8 y 8,75 kg/dm3. Es muy dúctil, maleable y tenaz, admite la soldadura y el trabajo de forja, y es uno de los mejores conductores eléctricos. Por este motivo, se utiliza de forma masiva en la fabricación de conductores eléctricos o piezas que se han de comportar como tales. Sin embargo, para ciertas aplicaciones se utiliza aleado con otros elementos (estaño, cinc...), ya que combinado con ellos se mejoran considerablemente sus propiedades mecánicas. La cuprita es una de las menas de la que se obtiene el cobre. 4. Separación por flotación 5. Tostación del cobre (horno de pisos) Agua 1. Trituración 3. Molienda Mineral de cobre 2. Cribado Fuel Ganga Finos tamizados Gruesos Anillo de lingoteras para colada continua Lingoteras Concentrado de cobre de baja riqueza Separación del hierro Fábrica de ácido sulfúrico Aire 6. Horno de fusión 7. Convertidor Escorias Mata cobre 40 % (cobre blister) 8. Colada para la obtención de ánodos Colada en línea Tratamiento de lodos (oro, plata, platino, etc.) Ánodo (320 kg) Cobre puro (99,9 %) 14 Cátodo (5 kg) Mata de cobre (concentrado de cobre de baja riqueza) 9. Afinado electrolítico Fig. 1.17 Proceso de obtención del cobre por vía seca. A2 Bronces Los bronces son aleaciones de cobre y estaño, cuya proporción de estaño puede alcanzar el 35 %. Este porcentaje depende del uso que se vaya a dar al bronce, e influye en el color y tonalidad del bronce obtenido. Cobre Estaño Entre las distintas aplicaciones que podemos encontrar en los bronces, ordenadas de menor a mayor porcentaje en relación al estaño que éstos contienen, tendremos: objetos para bisutería y joyería, acuñamiento de monedas y elementos mecánicos como engranajes y cojinetes, grifería..., así como los bronces que poseen una gran sonoridad empleados en la construcción de campanas y platillos. Por último, los bronces que contienen mayor porcentaje de estaño (35 al 40 %) tienen la propiedad de que pueden ser pulidos, por lo que en la antigüedad fueron utilizados para fabricar espejos metálicos. Bronce Cobre Cinc Fig. 1.18 A3 Las aleaciones de bronce constituyen uno de los materiales más versátiles con el que fabricar todo tipo de objetos para las más diversas aplicaciones. Latón Latones Los latones son aleaciones de cobre y cinc muy dúctiles y maleables, de alta resistencia mecánica y difícil corrosión, propiedad de la que se derivan múltiples aplicaciones en tornillería, construcciones navales, piezas de máquinas… El color de los latones depende de la proporción de cinc, y comprende desde el color rojizo hasta alcanzar tonos como el rosa-dorado, y el amarillo en aquellos latones con mayor porcentaje de cinc. Admiten un pulido excelente, motivo por el cual son utilizados en joyería y orfebrería. Estas aleaciones encuentran múltiples aplicaciones industriales en tornillería, carcasas y piezas para maquinaria, etc. Nosotros, en el aula de tecnología, lo podremos encontrar en piezas comerciales que con regularidad utilizamos en forma de casquillos, topes, hélices, engranajes, poleas, chapas de pequeño espesor (véase la Figura 1.19) que utilizamos para obtener contactos y piezas que diseñamos y construimos expresamente para incluir en nuestros proyectos. Fig. 1.19 Operadores de latón de utilización frecuente en el aula de tecnología. 15 1 B Bauxita 5t 1.a Fase 2.a Fase El aluminio es un metal de color blanco, maleable, admite el pulido y es fácil de trabajar. Prácticamente no se oxida al aire, y es un buen conductor del calor y de la electricidad, propiedades que unidas a su ligereza (densidad 2,7 kg/dm3) y al hecho de que puede alearse con otros elementos para mejorar sus propiedades y resistencia mecánica, han propiciado que, actualmente, sea uno de los metales más utilizados. Fuel 0,5 t Alúmina 2 Tn Cal 0,25 t EL ALUMINIO Sosa 0,25 t El método Bayer utilizado industrialmente para la obtención del aluminio partiendo de la bauxita (véase la Figura 1.21), consta de dos fases: 20 000 Kw/h Energía Fuel 0,5 Tn Criolita 0,05t • En la primera fase se separa la mena de aluminio, es decir, la bauxita de la ganga, hasta obtener, tras sucesivos pasos, la alúmina u óxido de aluminio. • En la segunda fase se obtiene el aluminio utilizando como materia prima la alúmina obtenida anteriormente. Esta operación se realiza disolviendo a la bauxita en criolita, y posteriormente se la somete a un proceso de electrolisis a través del cual se descompone la bauxita. El inconveniente que presenta esta metalurgia es el elevadísimo gasto energético, ya que para obtener una tonelada de aluminio se debe utilizar, por término medio, unos 20 000 kWh de energía eléctrica. 1 t de Aluminio Fig. 1.20 Materias primas necesarias para obtener 1 t de Aluminio. Central térmica (agua caliente y energía) Parque de bauxita Puerto Sosa Evaporación Agua fría Agua caliente Transporte a fábrica Recuperación de sosa Sosa nueva Agua caliente Adición agua Cal Mezclador Filtro prensa Intercambiador Tanque de Filtro de agua precipitación Decantación-Filtración Horno rotativo Residuo de lodos (1 200 °C) Transformador Decantador Bauxita en polvo Molino de bolas Machacadora Silo Trituración y molienda Depuración de gases a Calor 2. Fase Electrólisis Alimentación Cuba electrolítica Preparación alúmina Aluminio Colada de aluminio Moldeado Fig. 1.21 Criolita Energía Criolita Alúmina Baño de aluminio fundido Alúmina y criolita fundida Aluminio fundido 1.a Fase Obtención de Alúmina Alúmina Refrigerador Proceso industrial para la obtención del aluminio por el método Bayer. Aleaciones de aluminio Normalmente el aluminio suele utilizarse combinado con otros metales, de esta forma se obtienen aleaciones ligeras cuyas propiedades se ven sensiblemente mejoradas. Existen infinidad de aplicaciones del aluminio. Dado que presenta alta resistencia y bajo peso específico, es imprescindible para las construcciones aeronáuticas, la industria del automóvil, la fabricación de bicicletas, etc. Incluso podemos encontrar el aluminio en las pinturas, en la fabricación de imanes, en los cables como conductores de alta tensión, en los CD-ROM, en utensilios de cocina, en las latas de refresco o envolviendo los alimentos. 16 Fig. 1.22 La industria aeronáutica utiliza el aluminio como metal base. 4 PROPIEDADES DE LOS MATERIALES La elección de un material depende de sus propiedades técnicas. Si bien para definir un material se pueden analizar un gran número de parámetros, éstos en general se refieren a sus propiedades físicas (eléctricas, magnéticas...), químicas (oxidación, acidez…), mecánicas (elasticidad, dureza…), tecnológicas y de fabricación (colabilidad, templabilidad…), intrínsecas (peso específico, densidad…), o extrínsecas (precio, estética del material, etcétera). No existe un material que tenga simultáneamente todas las propiedades anteriores; por ello, a la hora de seleccionarlo, deberemos sopesar las distintas ventajas e inconvenientes. En este apartado, profundizaremos en el estudio de las propiedades mecánicas. Fig. 1.23 Ensayos destructivos y no destructivos. En la tabla siguiente se han representado algunos de los parámetros que debes tener en cuenta a la hora de seleccionar un material. Propiedades Mecánicas Física Química Sensorial A Elección de los materiales Forma de Provisión Precio trabajo ¿Es fácil de ¿Es abundante? cortar, doblar, ¿Utiliza recursos soldar, etc.? escasos? ¿Lo puedo ¿Puedo mecanizar? encontrarlo ¿Tengo en el como material aula los medios? de desecho? ¿Es caro? ¿Precisa acabado? ¿Requiere un mantenimiento posterior? Medio ambiente ¿Es contaminante? ¿Es biodegradable? ¿Es tóxico? PROPIEDADES MECÁNICAS El estudio de las propiedades mecánicas de los materiales tiene por finalidad determinar cuál será su comportamiento ante las acciones o solicitaciones externas a las que se verá sometido. En general, las propiedades mecánicas de un material dependen de la cohesión que existe entre los átomos que lo forman y de la elasticidad y de la plasticidad de dicho material. Cohesión Elasticidad Elasticidad Fig. 1.24 Máquina de ensayos universal. Plasticidad Maleable Oposición o resistencia que presentan los átomos de los materiales a ser separados. Si pudiéramos utilizar un microscopio capaz de observar los átomos, comprobaríamos que se mantienen unidos entre sí por unas fuerzas denominadas de cohesión. Capacidad que tienen algunos materiales de recuperar la forma y dimensiones primitivas cuando cesan las cargas externas que lo deforman. Los materiales son elásticos dentro de ciertos límites. Si se superan, las deformaciones son permanentes. Dúctil Capacidad que presenta un material para deformarse permanentemente por la acción de una carga externa sin llegar a la rotura. Si el material puede deformarse en láminas muy delgadas se dice que es maleable. Cuando se puede extender en alambres o hilos se dice que es un material dúctil. 17 1 Dureza Otras propiedades mecánicas de los materiales: Tenacidad Resistencia que presenta un material para soportar Mayor o menor resistencia que presenta esfuerzos que lo deforman hasta su rotura. Cuanto un material a dejarse rayar o penetrar. más tenaz, más resistente, y cuanto más dureza, menos tenaz. Fatiga Resiliencia Capacidad que presenta un material para Resistencia que ofrece un material a la rotura por choresistir deformaciones sucesivas de distin- que o impacto. Se expresa con una cifra que indica la energía que absorbe el material por cada unidad de to sentido y magnitud. sección necesaria para provocar su rotura. Fragilidad Facilidad con la que un material se rompe por la acción de un golpe o impacto. Propiedad opuesta a la tenacidad. Colabilidad Capacidad de un material fundido para llenar un molde ocupando todos sus huecos. Ensayos Ensayos mecánicos Son pruebas para conocer el comportamiento de los materiales ante unas determinadas solicitaciones. 18 Ensayo de resiliencia. Permite Ensayo de tracción. Sirve para co- conocer la tenacidad de un manocer la resistencia u oposición que terial. Se mide con una máquina presenta un cuerpo a dejarse alargar. denominada péndulo Charpy. Ensayo de dureza. Permite conocer la dureza del material. La máquina que realiza este ensayo se denomina durómetro. ACTIVIDADES Del cuaderno de trabajo Realiza las actividades correspondientes a esta Unidad denominadas «Materiales de uso técnico» propuestas en tu cuaderno de trabajo. Individuales 01 Desarrolla un cuadro en el que figuren, clasificados, los materiales atendiendo a si éstos son metálicos o no metálicos, y profundizando, especialmente, en el desarrollo de los materiales de origen metálico. Describe brevemente en qué consiste el forjado, 02 así como las distintas operaciones que se pueden realizar con esta técnica. Finalmente resalta las características y propiedades que adquieren los materiales en los que se aplican estas operaciones, y cita algunos ejemplos que conozcas en los que se haya empleado este proceso de forjado. 03 Define el concepto de aleación. Analiza y describe, en tu cuaderno de tecno04 logía, el proceso que se debe seguir para transformar el arrabio en acero empleando un convertidor, proceso que podrás describir fácilmente si consultas el dibujo propuesto en el apartado correspondiente. Define brevemente el acero y la fundición, y cita 05 las propiedades que caracterizan a cada uno de ellos. 1 Enumera las aleaciones más importantes en las 06 que intervenga el cobre, indicando los elementos que las constituyen y las propiedades. Búsqueda de información Realiza un trabajo de investigación sobre las menas metalúrgicas más relevantes que se encuentren en tu comarca, comunidad o zona geográfica próxima al lugar donde resides. De grupo 01 nes: Contestad brevemente a las siguientes cuestioa) ¿Cuál es la causa por la que las virutas de las fundiciones grises tiznan los dedos? b) ¿Cuáles son y en qué proporción intervienen los productos que se vierten en la parte superior del alto horno? c) ¿Cómo se llaman los productos que salen por las piqueras del alto horno? d) ¿Cómo se llama el recipiente en el que se vierte el arrabio líquido con objeto de transportarlo al convertidor? e) ¿Cómo se denominan los aceros a los que se añaden, durante la fase de fabricación, pequeños porcentajes de otros materiales con objeto de mejorar sus propiedades? Laboratorio de ensayos mecánicos Realizad una visita a una empresa o a un centro escolar que disponga de un laboratorio de ensayos mecánicos, y observad cómo realizan los diferentes ensayos. Posteriormente, elaborad un esquema del proceso que han seguido para realizarlos. Finalmente, y ya en vuestra aula de tecnología, exponed el proceso al resto de los compañeros de clase y, con las aportaciones de los demás grupos, realizad un mural que refleje el proceso que se ha de seguir para realizar cada uno de los ensayos. 19