ESFUERZOS FÍSICOS DE LOS MATERIALES

Materiales
ESFUERZOS FÍSICOS DE LOS MATERIALES
Tracción: La fuerza tiende a alargar el objeto y actúa de forma perpendicular a la superficie que lo
sujeta
Compresión: La fuerza tiende a acortar el objeto. Actúa perpendicularmente a la superficie que lo
sujeta.
Flexión: La fuerza es paralela a la superficie de fijación. Tiende a doblar el objeto.
Torsión: La fuerza tiende a retorcer el objeto. La fuerza es perpendicular a la superficie de
fijación.
Pandeo: Similar a la compresión, pero se dan con objetos alargados, que tienden a doblarse
cuando los comprimes.
PROPIEDADES MECÁNICAS
Elasticidad: La capacidad que tiene un material para recuperar su forma una vez cesa la fuerza
que lo deformaba.
Plasticidad: La capacidad que tiene un objeto para mantener una forma una vez deformado.
Ductilidad: La capacidad que tiene un objeto para estirarse en hilos.
Maleabilidad: La capacidad de un objeto para extenderse en láminas sin romperse.
Dureza: La capacidad que tiene un objeto para no rayarse o ser penetrado por otro.
Resiliencia: La capacidad que tiene un objeto a la hora de resistir golpes o choques bruscos.
Conductividad térmica: La capacidad que tiene un objeto para transferir la energía cinética que
tiene sus moléculas , a las moléculas de otro cuerpo que están en contacto
Conductividad eléctrica: La capacidad que tiene un objeto para transferir energía eléctrica a
través de sí.
ENSAYOS DE MATERIALES
Ensayo de dureza: Consiste en ejercer una determinada fuerza a un cilindro creado con el
material a testear , y acto seguido, midiendo la huella que ha dejado. Luego se aplica una formula y
se calcula el grado de dureza.
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Ensayo de tracción: Consiste en alargar lentamente una probeta creada del material a analizar, y
comprobar en que momento se rompe. Si en caso de que el material no se rompe y mantiene la
forma estirada, decimos que es un material plástico, y si vuelve a su forma original sin romperse,
es un material elástico.
Ensayo de compresión: Consiste en un ensayo para determinar la resistencia que tiene un objeto
o material a un esfuerzo de compresión, se suele realizar con hormigones y metales.
Ensayo de fatiga: Consiste en hacer girar una probeta rápidamente normalizado al material a
testear, aplicándole una fuerza de flexión. El tiempo que tarda en deformarse se le denomina limite
de fatiga.
Ensayo de resiliencia: Consiste en determinar la energía necesaria para romper una probeta del
material a analizar mediante la fuerza de un impacto. Se lanza el péndulo a una velocidad de 6 a 8
m/s. Para calcular la energía se mide a que altura se lanza el péndulo, esa será su energía
potencial. Una vez rota la probeta la energía sobrante hace retroceder al péndulo.
METALES FERROSOS
Se denominan metales ferrosos a aquellos que llevan hierro como elemento base. Pueden llevar
además pequeñas proporciones de otros.
Tipos de productos ferrosos
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Hierros: Son aquellos productos ferrosos cuyo porcentaje de carbono está entre 0,01 y
0,03%. Son muy blandos y difíciles de obtener por lo que no tienen muchas aplicaciones
Aceros: Son aleaciones de hierro-carbono, pudiendo obtener otros elementos químicos,
su porcentaje de carbono está comprometida entre 0,03% y 1,76%.
Fundiciones: Son aleaciones de hierro-carbono, pudiendo obtener otros elementos
químicos. Su porcentaje de carbono está comprometida entre 1,76% y 6%.
Grafitos: Se obtienen cuando el porcentaje de carbono asciende del 6,67% al ser muy
frágiles no tienen aplicaciones.
Tipos de aceros : Aceros aleados o no aleados
Un acero se considera que no está aleado cuando el porcentaje de los elementos que no
intervienen en la aleación es menor a  Aluminio 0,10% , Cobalto 0,10%, Cobre 0,40% etc…
Los aceros aleados son aquellos que además de contener los elementos hierro y carbono,
contienen otros elementos en proporciones superiores a  Aluminio 0,10% , Cobalto 0,10%, Cobre
0,40% etc..
En la actualidad, casi todo los aceros son aleados, puesto que las aleaciones con los diferentes
elementos químicos mejoran mucho sus propiedades.
Aplicaciones del acero
Las formas más comunes de los aceros que se emplean en la industria mecánica y metálica
pueden clasificar en tres grandes grupos: palastros, barras y perfiles.
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Palastros: Son chapas laminadas que miden entre 1x2 y 3x3
Barras: Son piezas mucho más largas que anchas.
Perfiles: Son piezas huecas de longitudes variables que miden entre 5 y 12 metros. Sus
perfiles más habituales son: en cuadrado, IPN, rectangular, en T. También existe otro perfil
llamado especiales que se suelen usar para ventanas, puertas de coches, estructuras de
aviones, etc..
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Obtención de acero y otros productos ferrosos
A través de mineral de hierro…
Horno alto
Materias primas
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Mineral de hierro ( 60%): Antes de ser introducidas al horno , deben ser trituradas para
separar la parte aprovechable(MENA) de la no aprovechable, que constituye la ganga.
Carbón de coque ( 30% ): Creada apartir de la hulla ( tipo de carbón mineral ). Tiene como
función ser usada como combustible para quemar el mineral de hierro y emitir gases que
reacciónen con estos para que se conviertan en hierro de primera fusión o arrabio, que a
través de un convertidor se transforma en acero.
Fundente ( 10% ): Compuesta por cal, reacciona con la ganga que haya podido quedar
arrastrándola a la parte superior, y formando lo que se denomina escoria.
A medida que se baja la materia prima, ésta va bajando y aumentando su temperatura hasta llegar
al etalaje. Aquí la temperatura ya ronda los 1650ºC suficientes para que el mineral de hierro se
funde y se convierta en crisol.
Entonces el fundente ( cal ) reacciona con la ganga formando la escoria, que flota sobre el hierro
fundido, y se extrae cada 2 horas por un agujero llamado piquera de escoria.
Periódicamente se abre la piquera de arrabio y se extrañe el hierro, que contiene muchas
impurezas por lo que no tiene aplicación, por eso se usa para convertirla en acero a través de un
convertidor.
A través de chatarra…
Horno eléctrico
La materia prima que se usa principalmente es la chatarra, cal y ferroaleaciones.
Su funcionamiento consiste en quitar la tapadera e introducir la chatarra y cal, dentro del horno se
funde la chatarra y se le inyecta oxígeno para eliminar los elementos indeseables.Se inclina el
horno para sacar la escoria, a continuación se le añade carbono y ferroaleaciones hasta que las
adiciones se disuelven y se juntan. Para finalizar se vuelve a inclinar el horno y se vierte el acero
en la cuchara, que lo llevara al áea de moldeo.
Fundiciones
Son aleaciones de hierro carbono, que además pueden contener otros elementos. El tanto por
ciento de carbono oscila entre 0,3% y 1.6%. Se clasifican en:
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Fundición ordinaria: Solamente lleva carbono y hierro.
Aleada: Además de hierro y carbono , lleva otros elementos químicos que mejoran sus
propiedades.
Especial: Emplea como materia prima las fundiciones ordinarias. Luego se somete a un
tratamiento térmico.
Las carcasas de motores y las estructuras de máquinas-herramientas se suelen hacer de fundición.
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Impacto medioambiental de los productos ferrosos.
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A la hora de obtener la materia prima. La mayoría de minas se explotan al aire libre , eso
ocasiona un importante impacto acústico, paisajístico y de destrucción de habitats.
Durante la transformación del mineral en producto comercial. Las emisiones que se
pueden liberar a la atmósfera del los altos hornos…
Al desechar o reciclar un producto ferroso usado. El reciclado también tiene unos
impactos ambientales, aunque son muchísimo menores que la fabricación del hierro.
METALES NO FERROSOS
Aunque siguen siendo menos utilizados que los metales ferrosos, de cada día más son mas
imprescindibles en la industria para la fabricación de productos y se suelen alear con otros
elementos para mejorar sus propiedades, se clasifican en tres grupos según su peso: Pesados,
Ligeros y ultraligeros.
Metales no ferrosos Pesados
Estaño
Es un metal bastante escaso en la corteza terrestre, aunque por suerte se suele encontrar
concentrados en minas, aunque su riqueza solo ser bastante baja. Se obtiene del mineral la
casiterita. Sus principales características son:
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En estado puro es muy brillante, pero en temperatura ambiente pierde su color y se oxida.
A temperatura ambiente es muy maleable y blanda pudiéndose pueden sacar de el muy
finas laminas, en cambio, en caliente es muy frágil y se rompe con facilidad.
A -18º C se descompone y se convierte en polvo, a esto se le llama peste del estaño
Cuando se dobla se oye un crujido llamado grito del estaño.
Sus principales aleaciones son:
 Bronce: En un aleación con cobre.
 Soldaduras blandas: Aleaciones con plomo, con proporciones de estaño entre 25% y 90%
Una de sus aplicaciones más importantes es la creación de hojalata, consiste en recubrir una
chapa de acero con dos capas muy finas de estaño para protegerlo de la oxidación.
Proceso de obtención
La caserita molida, se introduce en una cuba de agua en el que se agita, el mineral de estaño se
va el fondo de la cuba y se separa de su parte no aprovechable ( ganga ).
Posteriormente se introduce en un horno, donde se oxidan los sulfuros de estaño que hay en el
mineral y se convierte en óxido, estos óxidos se introducen en un horno reverbero donde se
transforma estos óxidos en estaño, para que finalmente , se obtenga estaño con porcentaje al 99%
a través de un proceso electrolítico.
Cobre
Los minerales de cobre más utilizados en la actualidad son: Calcopirita, Calcosina, Malaquita y
Curpita
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Sus principales características son:
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Es muy dúctil ( se obtienen hilos muy finos ) y maleables ( se obtiene laminas de hasta
0,02mm de espesor.
Posee una alta conductividad térmica y eléctrica.
Se puede obtener de dos formas:
Si el contenido de cobre supera el 10% se utiliza la vía seca , consiste en:
Triturar y pulverizar el mineral, una vez triturado, se introduce en una cuba de agua para separarlo
de la ganga. El mineral concentrado se llevara al horno, donde se oxidara el hierro , pero no el
cobre y a continuación , se mete en otro horno de reverbero, donde se funde, se le añade fundente
para que reaccione con el óxido de hierro y forme escoria. De todo este proceso se consigue cobre
al 40% , si se quiere obtener el 99% es necesario un proceso de electrolítico.
Si el contenido no supera el 10% se usa la vía húmeda, consiste en: triturar el mineral y añadirle
ácido sulfúrico , y luego, mediante un proceso de electrolítico, se obtiene el cobre.
Aleaciones y aplicaciones
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Bronce: Aleación con estaño y otros elementos químicos, diversas aplicaciones como
cables eléctricos, esculturas, joyeria.
Latón: Aleación entre cobre y cinc, diversas aplicaciones como tornillos, tuercas, grifos etc..
Cuproaluminio: Aleación entre aluminio y cobre, diversas aplicaciones como turbinas,
hélices de barco etc..
Cuproníquel: Aleación entre cobre y níquel, diversas aplicaciones como monedas y
contactos eléctricos.
Cinc
Es uno de los metales más antiguos, pero hasta el siglo XVII no se obtuvo en estado puro. Los
minerales del cual se obtienen son blenda y calamina. Sus principales características son:
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Es muy resistente a la oxidación y corrosión en aire y agua, pero poco resistente a los
ataques de ácidos y sales.
Tiene el mayor coeficiente de dilatación de todo los metales.
A temperatura ambiente es quebradizo, pero a 150ºC es muy maleable.
Se puede obtener de dos formas, vía seca ( cuando el contenido es mayor del 10% ) y vía húmeda
( menor de 10% )
El cinc se usa principalmente para recubrir piezas de metal y protegerlos del óxido, ya que es muy
resistente a el.
Plomo
Se empieza a utilizar el año 5000 a.C., adquiriendo una gran importancia en la época romana, sus
principales características son:
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Se oxida con facilidad
Muy maleable y blando
Resiste bien los ácidos sulfúrico y clorhídrico, pero es atacado por el ácido nítrico y el
vapor de azufre.
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Por su capacidad para resistir bien los agentes atmosféricos y químicos tiene multitud de
aplicaciones:
En estado puro…
 Oxido de plomo. Usado para fabricar pinturas al minio ( antioxidantes )
 Recubrimiento de baterías, protección de radiaciones nucleares, etc..
Formando aleación:
 Soldadura blanda, a base de plomo y estaño, empleado como material de aportación
Otros materiales pesados…
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Cromo: Es muy duro y resiste muy bien la oxidación y corrosión y se emplea para la
fabricación de aceros inoxidables aleándolo con Níquel.
Níquel: Es muy magnético y resiste muy bien a la oxidación y corrosión y se emplea para la
fabricar aceros inoxidables.
Metales no ferrosos ligeros
Aluminio
Es el material más abundante de la tierra hasta constituir el 8º del la corteza terrestre, aunque no
se encuentra en estado puro, sino combinado con otros elementos, se obtiene de la bauxtita,
compuesto de alúmina. Sus principales características son:
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Es muy ligero e inoxidable, ya que posee una pequeña capa de óxido de aluminio que lo
protege.
Es muy buen conductor de la electricidad y el calor.
Es muy dúctil y maleable.
Obtención
El aluminio se obtiene de un proceso llamado método Bayer que consta de dos partes: a partir de
el mineral, una mezcla con otros elementos ( cal , sosa cáutica, agua caliente ) y unos procesos de
calentamiento y enfriamiento, se obtiene la Alúmina , que disolviéndola en un horno a unos 1000
ºC y sometiéndole un proceso de electrólisis, se obtiene el aluminio.
Aleaciones
Aluminio + cobre: Llanas de coches, bicicletas, sartenes etc…
Aluminio+magnesio: Aeronáutica
Aluminio+níquel+cobalto (alnico): Se usa para potentes imanes.
El aluminio en puro ( en polvo ) se mezcla con pintura y protege muy bien de la intermperie.
Titanio
Se encuentra abundantemente en la naturaleza ya que es uno de los componentes de todas las
rocas de origen volcánico. El proceso de extracción es muy complejo por lo que encarece
extraordinariamente el producto final. Posee las siguientes características:
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Titanio
Se encuentra abundantemente en la naturaleza ya que es uno de los componentes de todas las
rocas de origen volcánico. El proceso de extracción es muy complejo por lo que encarece
extraordinariamente el producto final. Posee las siguientes características:
 Resiste la oxidación y la corrosión mejor que el acero inoxidable.
 Propiedades iguales o incluso superiores al del acero, pero tiene la ventaja de que se
conserva hasta los 400 ºC.
Obtención
El método de obtención del titanio que más se emplea en la actualidad es el método Kroll, que
consta de:
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Cloración: se calienta el mineral al rojo vivo y se le añade carbón obteniendo tetracloruro
de titanio.
Transformación: El compuesto se introduce en un horno a 800ºC y se introduce un gas
inerte y magnesio. Se forma titanio esponjoso.
Obtención: El titanio esponjoso se introduce en un horno eléctrico y se le añade fundente,
el resultado es titanio puro.
Respecto a las aplicaciones, dada su baja densidad y sus buenas propiedades, se usa
mayoritariamente en la fabricación de elementos aeronáuticos.
Magnesio
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En estado líquido o polvo, es muy inflamable.
Tiene un color blanco, parecido al de la plata. Es maleable y poco dúctil.
Es más resistente que el aluminio, se usa en aeronáutica.
Dependiendo del mineral se obtiene por:
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Electrólisis:
Por reducción: Consiste en introducir el mineral en un horno eléctrico, al que se le añade
fundente para provocar la eliminación de oxígeno.
Impacto ambiental de los metales no ferrosos
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Durante la extracción del mineral. Causa un impacto al paisaje y afectan al hábitat, ya
que las extracciones suelen ser al aire libre.
Durante la obtención de los distintos metales. Las emisiones que salen de las fábricas
destinadas a la obtención de metales dañan a la atmósfera. La contaminación acústica
causado por los aparatos de estas fábricas.
Durante el proceso de reciclado. Es menor que en la obtención de minerales, pero
también es importante.
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Materiales
PLÁSTICOS
Se denominan polímeros al material sintético, obtenido a través de reacciones químicas (que usan
los monómeros como materia básica ) , a los que se añaden aditivos para mejorar sus
propiedades. Sus principales características son:
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Resistente a la corrosión, oxidación y otros agentes químicos.
Aislante térmico, acústico y eléctrico.
Resistencia a los choques.
Buena presencia.
Tipos de plásticos
Los plásticos se clasifican según su comportamiento frente al calor y sus propiedades mecánicas:
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Termoplásticos: Son aquellos plásticos que al ser calentados a una temperatura entre 50º
y 200º pueden ser moldeados fácilmente
Termoestables: Aquellos plásticos que una vez moldeados, no pueden volver a recuperar
su forma original.
FIBRAS TEXTILES
La unión de estas da origen a los hilos y a su vez, con la unión de los hilos se crean los tejidos. En
el mercado existen una gran variedad de fibras textiles, que se pueden clasificar en tres grandes
grupos:
Fibras naturales
De origen mineral…
El único mineral de estructura fibrosa es el amianto, pero su uso esta prohibido porque se ha
comprobado que produce leucemia y canceres. Por este motivo, se usan otras fibras, las fibras
transformadas entre las que se encuentran las fibras de vidrio y fibras de algunos metales
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Fibras de vidrio: Se obtiene de la unión de diversos minerales. Se emplea como aislante
térmico y acústico.
Fibras de algunos metales: Especialmente el oro y la plata pueden ser convertidos en hilos.
Se emplea para la fabricación de tejidos para el culto religioso o regionales como los trajes
de torero.
De origen vegetal…
Formado por diferentes frutos, flores o tallos vegetales, los más importantes son:
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Algodón: Formado el 91% de celulosa. Esta celulosa se emplea para fabricar fibras
naturales y también sirve como materia prima para crear fibras artificiales.
Lino: Es mas resistente que el algodón, pero menos elástica y flexible. Buena conductora
del calor por lo que se usa mucho para la fabricación de ropa de verano.
Esparto: Su aportación se centra en productos de artesanía popular.
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Materiales
De origen animal..
Se obtiene el pelo de los distintos de animales ( ovejas, camellos, conejos… ) y también por la
seda y el cuero.
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Lana: Se obtiene del pelo que recubre el cuerpo de las ovejas, es muy elástico y no se
arruga con facilidad, pero tiene el inconveniente de que el calor húmedo le afecta, por lo
que no puede plancharse
Seda: Se obtiene del gusano de seda. Es una fibra utilizada para las ropas de vestir, muy
cara, aunque tiene el inconveniente de ser muy mala conductora de calor, por lo que en
verano se suda con ella.
Cuero: Se saca de la piel de los animales añadiéndole una sustancia que le hace ganar en
elasticidad y evita los ataques de insectos.
Fibras artificiales
Fibras creadas usando un método similar al gusano con la seda, los dos tipos más importantes
son:
Fibras celulósicas
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Usan como materia la celulosa ( fibra vegetal de algodón ).
Tienen una gran resistencia en seco, aunque no tanto cuando están en húmedo.
Son agradables al tacto, se suelen juntar con fibras vegetales o sintéticas para mejorar las
propiedades.
Fibras proteínicas
Se forman disolviendo una proteína de origen animal o vegetal y luego crear filamentos.
Fibras sintéticas
Son las que mas uso tienen en la utilidad. Son muy resistentes a los agentes externos. No
necesitan casi planchado y la suciedad se va con facilidad. Tienen el inconveniente de que no
absorben el sudor, por lo que en verano son muy calientes y en invierno muy frías.
LA MADERA
La madera ha sido usada por el hombre desde tiempos remotos de la antigüedad.En la industria,
de un árbol solo se aprovecha exclusivamente el tronco por sus buenas propiedades, aunque
también se pueden usar las raíces para la fabricación de maderas finas.
La parte que se aprovecha del tronco es el duramen (leño viejo cuyo interior ha entrado aire y sirve
para darle rigidez al árbol), junto a la albura ( anillos mas jóvenes que aun tienen células vivas que
transportan el agua y las sustancias.
Las madera, atendiendo a su dureza, se dividen en dos grupos:
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Maderas blandas: Corresponden a aquellos árboles de hoja perenne de tipo resinoso,
como el pino. Suelen tener una fibra larga. Dada su poca solidez, se emplea para fabricar
cajas, embalajes etc.. Es muy fácil de trabajar con ellas.
Maderas duras: Corresponden a aquellos árboles de hoja caduca, como el roble. Suelen
tener una fibra corta. Dado su solidez, se emplea para raquetas de tenis, barcos,
instrumentos musicales…. Es muy difícil de trabajar con ellas.
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