Selección de Materiales

Al seleccionar un material, no solo se deben considerar las propiedades mecánicas (resistencia, ductilidad o dureza), las propiedades fisicoquímicas (conductividad, dilatación, etc.) o su coste económico, sino también:

• Capacidad de conformado
• No sufrimiento de degradación
• Capacidad de reciclado

Propiedades:

• Tecnológicas: Colabilidad, forjabilidad, maquinabilidad, soldabilidad.
• Mecánicas: Dureza, resistencia, ductilidad, maleabilidad, resiliencia.
• Físico-químicas: Densidad, dilatabilidad, calor específico, conductividad, punto de fusión.

1. Metales

Sustancias inorgánicas compuestas por: hierro, aluminio, cobre, zinc y algunos elementos no metálicos como el carbono, el nitrógeno, el oxígeno, etc. Utilizados en estado puro o como aleaciones. Poseen brillo metálico y elevada conductividad eléctrica y térmica. Tienen buenas propiedades mecánicas (resistencia y dureza) y son buenos conductores eléctricos.

• Férreos: Aceros y fundiciones.
• No férreos: Pesados y ligeros.

Aleaciones férreas: Alto contenido en hierro (aceros y fundiciones).

Aleaciones no férreas: No contienen hierro o se encuentra en pequeñas cantidades, como las aleaciones de aluminio, cobre o níquel.

2. Polímeros

Compuestos orgánicos formados por carbono, hidrógeno y algunos elementos no metálicos (cauchos, plásticos y adhesivos). Tienen baja densidad, gran flexibilidad y son aislantes, pero no son adecuados para altas temperaturas.

• Naturales: Termoestables y Biopolímeros.
• Sintéticos: Elastómeros y Termoplásticos.

• Termoplásticos: Buena ductilidad y conformabilidad. En la industria se conforman por fusión y posterior solidificación en molde.
• Termoestables: Más resistentes y frágiles. No pueden ser reprocesados; después de ser calentados, se descomponen.
• Elastómeros: Caucho, grandes deformaciones elásticas.
• Poliméricos: Moldeado por compresión, inyección, extrusión, soplado, cerámicos.

3. Cerámicos

Formados por metales y no metales, como el vidrio, la porcelana, los abrasivos o los refractarios. Son materiales duros, fuertes y frágiles. Su baja conductividad eléctrica y térmica les confiere buenas propiedades como aislantes. Se comportan mejor que los metales y los polímeros a elevadas temperaturas y bajo condiciones ambientales agresivas.

• Vidrios: La resistencia al calor y a los choques térmicos se consigue incrementando el porcentaje de silicio.
• Vitrocerámicas: Tienen un coeficiente de dilatación muy bajo que las hace aptas para aplicaciones a elevada temperatura.
• Arcillas: Fáciles de conformar, estructura de grano fino en línea blanca (sanitarios y vajillas) y de grano grueso en línea estructural (ladrillos y baldosas).
• Refractarias: Resistentes al ataque químico y a elevadas temperaturas.
• Abrasivos: Se emplean como muelas abrasivas para operaciones de desgaste o corte de otros materiales más blandos.
• Cementos: Tienen muy buenas propiedades a compresión.
• Cerámicas técnicas: Aplicaciones en electrónica, óptica, magnetismo.

4. Materiales Compuestos

Formados por dos o más constituyentes con diferente forma y composición química, e insolubles entre sí. Están compuestos por una matriz o material aglutinante y otros materiales en forma de fibras o partículas.

• Reforzados: Aportan resistencia a la tracción, bajo peso y buenas propiedades de modelado y conformado. Están formados por una matriz de materia plástica y una armadura de fibra de vidrio, carbono o boro.
• Aglomerados: Formados por la aglutinación de partículas de material con un producto aglutinante o aglomerante.
• Reforzados con partículas: Las partículas son más duras que la matriz y mejoran las propiedades mecánicas del material.
• Reforzados con fibra: Elevada resistencia y baja densidad.
• Estructural: Formados por diferentes láminas apiladas con refuerzos. Los de tipo sándwich están formados por láminas externas que protegen un núcleo interior de baja resistencia.
• Matriz metálica (MMC): Matrices de aluminio, cobre y titanio. Aplicaciones aeroespaciales.
• Matriz cerámica (CMC): Carbono con fibra de grafito para mejorar la tenacidad de los cerámicos y mantener sus propiedades.
• Matriz polimérica: Poliéster con fibra de carbono, que combina la flexibilidad de la matriz y la resistencia de la fibra.

Ordenación Espacial

• Cristalino: Estructura ordenada.
• Amorfos: Estructura desordenada.
• Semicristalinos: Estructura intermedia.

Oxidación

Se produce por la acción de atmósferas gaseosas (aire) sobre el metal o aleación, creando capas de óxido. El material aumenta su peso y volumen. Es la reacción de un material con el ambiente, en ausencia de líquido. Puede haber:

• Película de óxido porosa.
• Película no porosa:
  1. Reacción en la interfase óxido-aire (hierro, cromo y cobalto).
  2. Reacción en la interfase metal-óxido (titanio o circonio).
  3. Combinación de los casos 1 y 2.

Los metales son resistentes a la oxidación cuando son capaces de crear una capa de óxido superficial.

Corrosión

Deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno, como el agua de lluvia y atmósferas industriales contaminantes. Provoca pérdida de material.

• Corrosión uniforme: Ataca por igual a toda la superficie.
• Corrosión galvánica: Unión eléctrica de dos metales con distintas composiciones químicas. El metal menos noble sufre la corrosión.
• Corrosión por picaduras: Forma pequeños agujeros.
• Corrosión por aireación diferencial: La parte en contacto con oxígeno no se corroe, pero la parte no aireada sí.
• Corrosión intergranular: Afecta los bordes de grano, provocando la descohesión y fragilización de los mismos.
• Corrosión por erosión: Acción erosiva (abrasión mecánica o desgaste) junto al ataque químico.
• Corrosión bajo tensiones: Combina la acción química con la aplicación de tensiones mecánicas.

Resistencia a los Agentes Químicos y a las Radiaciones

Propiedades Mecánicas

• Elasticidad: Al deformarse, vuelve a su estado original.
• Plasticidad: Al deformarse, no vuelve a su estado original.
• Ductilidad: Capacidad de estirarse en hilo.
• Maleabilidad: Aptitud de extenderse en láminas.
• Dureza: Resistencia que oponen los cuerpos a ser rayados o penetrados por otros.
• Tenacidad: Capacidad de resistir la rotura.
• Resiliencia: Energía que absorbe una probeta por unidad de sección antes de romperse; depende de la tenacidad.
• Tracción: Resistencia que opone una barra a la acción de fuerzas que actúan en la dirección de su eje y tienden a alargarla.
• Compresión: Resistencia a la compresión.
• Flexión.
• Cizallamiento: Resistencia al corte.
• Fatiga: Resistencia a los esfuerzos repetitivos, variables en magnitud y sentido.
• Fluencia: Deformación de un material según su temperatura; es una deformación lenta pero continua, plástica y permanente.
• Torsión: Resistencia a rotar sobre su mismo eje.

Maquinabilidad, Soldabilidad y Embutición

• Maquinabilidad: Propiedad que tienen los materiales para poder ser mecanizados por corte, con arranque de virutas.
• Soldabilidad: Capacidad para unirse por soldadura, por fusión o por presión, consiguiendo una cohesión local.
• Embutición: Propiedad que tienen los materiales para poder deformarse, adaptando formas complejas mediante matrices, sin romper su cohesión interna.

Tratamientos Superficiales

Permiten modificar características superficiales como la dureza, la resistencia a la penetración y al desgaste, y también mejoran las cualidades anticorrosivas.