Propiedades Generales de los Materiales


A la hora de seleccionar un material
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Mineral de cobre
para una determinada aplicación debemos tener en cuenta diversos factores, como son el trabajo que va a desarrollar la pieza, la atmósfera en la que se va a encontrar, el procedimiento de conformado mediante el cual se le dará la forma definitiva, etc. Por tanto, un profundo conocimiento de las propiedades es clave para estar en condiciones de determinar cuál es el material más apropiado para dicha aplicación.




El propósito de un técnico especialista en materiales cuando se va a fabricar un objeto determinado es, primeramente, establecer las características deseables que deben poseer los materiales de que estará hecho, y, en una segunda fase, escoger el material óptimo entre aquellos que cumplan las características deseadas.



En esta segunda fase intervienen los siguientes factores:
· Propiedades mecánicas (resistencia, tenacidad, dureza, rigidez, etc.).
· Resistencia a la corrosión.
· Conductividad térmica y eléctrica.
· Facilidad de conformado (disponibilidad en la naturaleza del material, métodos de conformado posibles, etc.).
· Peso específico y apariencia externa (propiedades sensoriales agradables).
· Factores ecológicos: mínima necesidad de materia prima y posibilidad de reciclaje y reutilización.
· Precio de la materia prima.

Presentamos un video de las propiedades más importantes de los materiales que se pueden encontrar en el mercado:





2.1. Propiedades químicas
Las propiedades químicas fundamentales que puede presentar un material son la estabilidad química y la corrosividad.
· Estabilidad química. Con esta propiedad se define si un determinado elemento o compuesto químico tiende a reaccionar espontáneamente al entrar en contacto con otro elemento y a descomponerse o si, por el contrario, para que reaccione es necesaria una acción exterior (calor, trabajo o elementos químicos activadores).
· Corrosividad. Es el deterioro de las propiedades de un material debido a la acción de agentes externos como el agua, los ácidos, etc. Puede deberse a reacciones químicas (rotura de enlaces e intercambio de electrones entre elementos reaccionantes) o a la solubilidad de alguno de los elementos componentes del material con el agente externo.

2.2. Propiedades eléctricas
Las propiedades eléctricas que definen un ma­terial son la resistividad y la conductividad.
· Resistividad (r). Es la medida de la oposición de un material al paso de la corriente eléctrica. Se mide según la cantidad de ohmios (W) de resistencia que opone al paso de la corriente una porción de material de 1 m2 por cada unidad de longitud. Se mide en W·m.
· Conductividad eléctrica (s). Es la propiedad antitética de la resistividad, es decir, mide la permisividad de un material al paso de los electrones y, por tanto, de corriente eléctrica. Depende del número de electrones libres o de huecos (falta de electrones) que posee el material. Su valor es el inverso de r, es decir: s = 1/r, y sus unidades de medida: 1/W·m.

2.3. Propiedades magnéticas
Las propiedades magnéticas representan los cambios físicos que se producen en un cuerpo al estar sometido a un campo magnético exterior. En líneas generales, los materiales pueden ser de tres tipos: diamagnéticos, paramagnéticos y ferromagnéticos.
· Materiales diamagnéticos. Las líneas de campo magnético creadas al estar el material en presencia de un campo inductor son de sentido contrario a éste. La sustancia no presenta efectos magnéticos observables. Entre este tipo de materiales se encuentran el cloruro sódico y el agua.
· Materiales paramagnéticos. Las líneas de campo magnético creadas al estar el material en presencia de un campo inductor son del mismo sentido que éste, si bien no se consigue una alineación total debido a la agitación térmica, se genera un campo magnético resultante que es la causa de la atracción que experimenta la sustancia en presencia del campo magnético externo. Son paramagnéticos, por ejemplo, el cobre, la plata, el aluminio, el estaño y el platino.
· Materiales ferromagnéticos. Si se hallan por debajo de una temperatura determinada (temperatura de Curie) adquieren un campo magnético intenso al estar en presencia de un campo exterior inductor, quedando el material «imanado». Esta propiedad se debe fundamentalmente a la estructura cristalina que está fuertemente ordenada y que crea zonas de dominio magnético, de forma que el campo total será la suma de este campo natural que posee el material más el campo exterior. El hierro, el níquel y el cobalto son los materiales ferromagnéticos más importantes.
Tanto los materiales diamagnéticos como los paramagnéticos poseen poca relevancia magnética y su utilización es reducida; sin embargo, los materiales ferromagnéticos tienen muchas aplicaciones, como, por ejemplo, en motores y generadores eléctricos, amplificadores y memorias electrónicas, cintas magnéticas, etc.

2.4. Propiedades térmicas
Las propiedades térmicas de un material son el calor específico, la dilatación térmica, la conductividad térmica, la temperatura de fusión y el calor latente de fusión.
· Calor específico (Ce). Es el calor necesario para elevar un grado centígrado la temperatura de una unidad de masa del material. Se mide en el sistema internacional en Julios/Kg·ºC.
Para calcular el calor específico de una sustancia se recurre a la fórmula que une la energía calorífica con la temperatura:
Q = m · Ce · (T2 – T1)
Donde Q es el calor suministrado, m es la masa de material y T2 y T1, son las temperaturas final e inicial.



· Dilatación térmica. Señala la variabilidad de las dimensiones del material al variar su temperatura. La dilatación térmica se expresa de tres formas distintas según interese por la forma geométrica de la pieza:
- Coeficiente de dilatación lineal a
- Coeficiente de dilatación superficial b
- Coeficiente de dilatación cúbica g

· Conductividad térmica (K). Es la intensidad con la que se transmite el calor en el seno de un material. Como ocurre con la corriente eléctrica, los portadores de calor en este caso son los electrones; por tanto, los materiales que son buenos conductores eléctricos lo son también térmicos.

· Temperatura de fusión. Es la temperatura para la cual un material pasa de estado sólido a líquido como consecuencia de un aporte de calor. Ocurre que durante el proceso de fusión la temperatura del cuerpo no varía hasta que se ha aportado el calor necesario para el cambio de estado, momento en el cual vuelve a elevarse la temperatura del cuerpo.
· Calor latente de fusión. Es el calor necesario para transformar una unidad de masa del material del estado sólido al estado líquido.

2.5. Propiedades mecánicas
Entre las propiedades mecánicas que pueden presentar los materiales están la elasticidad, la plasticidad, la resistencia a la fluencia, la fragilidad, y otras que veremos a continuación.
· Elasticidad. Es la cualidad que presenta un material para recuperar su forma original al cesar el esfuerzo que lo deformó. El módulo de elasticidad se encarga de cuantificar esta propiedad relacionando la deformación con la fuerza que la ha provocado.
· Plasticidad. Es la cualidad opuesta a la elasticidad, ya que indica la capacidad de un material de mantener la forma que adquiere al estar sometido a un esfuerzo que lo ha deformado.
· Resistencia a la fluencia. Indica la fuerza para la cual un material se deforma sin recuperar su forma primitiva al cesar el esfuerzo.
· Resistencia a la tracción o resistencia última. Indica la fuerza para la cual un material se rompe.
· Resistencia a la torsión. Es la fuerza torsora que provoca la rotura de un material.
· Resistencia a la fatiga. Es la resistencia contra esfuerzos fluctuantes (esfuerzos que varían entre unos determinados valores máximos y mínimos durante el trabajo del material). Estos esfuerzos pueden hacer que un material se rompa incluso antes de haberse alcanzado la fuerza correspondiente a la resistencia última.
· Dureza. Es la resistencia que opone un cuerpo a ser penetrado por otro. Esta propiedad nos proporciona información de la resistencia al desgaste contra agentes abrasivos (elementos ásperos que desgastan el material por fricción).
· Fragilidad. Es la facilidad de rotura de un material sin que se deforme elásticamente.
· Tenacidad. Es la capacidad de un material de deformarse bastante antes de romperse.
· Resiliencia o resistencia al choque. Es la resistencia que posee un material a romperse por la fuerza provocada por un golpe corto e intenso (choque).
· Ductilidad. Es la cualidad de un material para poder ser estirado y conformado en hilos finos.
· Maleabilidad. Es la capacidad de un material para ser conformado mediante deformación. Un material maleable puede ser transformado en láminas finas.
· Maquinabilidad. Mide la mayor o menor facilidad para conformar un material mediante mecanizado con cuchilla, es decir, por arranque de viruta.
· Moldeabilidad. Es la facilidad de un material para ser conformado por fundición o moldeo.
Todas estas propiedades mecánicas deberán ser bien conocidas, pues existen términos análogos y que técnicamente son incompatibles. Así, se dice que un material es resistente si es necesaria una gran fuerza de tracción para romperlo, pero a la vez es frágil si no sufre deformación antes de romperse, o, por el contrario, tenaz cuando sí puede sufrir una gran deformación, bien sea porque es muy elástico o muy plástico.

2.6. Propiedades sensoriales
Estas propiedades corresponden a las que se aprecian mediante los sentidos, de forma que nos dan una primera identificación de un determinado material definiendo la apariencia del mismo. Propiedades sensoriales son las siguientes:
· Acabado superficial y textura. Nos informan de si la superficie de la pieza es áspera o pulida.
· Peso específico. Es el peso del material por unidad de volumen. Generalmente se mide en kg/dm3.
· Características ópticas. Son la transparencia u opacidad, la luminiscencia ante una excitación exterior térmica o eléctrica, etc.
· Características acústicas. Es la sonoridad que posee el material.
· Características olorosas. Algunos materiales son especialmente identificables debido a su olor.

2.7. Propiedades ecológicas
Como veremos, la importancia que han adquirido en los últimos tiempos los factores ecológicos a la hora de diseñar un producto han hecho que un determinado material pueda ser rechazado debido al impacto ambiental que provoca su obtención o su utilización. O, al contrario, puede que sea seleccionado anteponiendo sus buenas cualidades ecológicas a otras que tradicionalmente no habrían permitido alternativa.
Estas propiedades tienen en cuenta fundamentalmente el daño ambiental que puede producir tanto el uso como la obtención de un material: contaminación atmosférica, generación de residuos no aprovechables, utilización de energías no renovables, etc. Asimismo se procura que, una vez terminada la vida útil de un producto, éste pueda ser recuperado y reciclado.
Este tipo de medidas son fundamentales para la consecución dc un desarrollo social sostenido, es decir, para que exista un equilibrio entre explotación de recursos naturales y satisfacción de las necesidades humanas.
Es esencial que cada vez haya una mayor mentalización a nivel internacional y que la sociedad presione a la industria para que colabore activamente en este tipo de acciones.