Propiedades de los metales

Las propiedades de los metales se clasifican en fisicas, mecanicas y tecnologicas.
Las propiedades físicas dependen del tipo de aleación y las más importantes son:

• Peso específico
• Calor específico
• Dilatación térmica 
• Temperatura de fusión y solidificación
• Conductividad térmica y eléctrica
• Resistencia al ataque químico

Peso específico.

El peso específico puede ser absoluto o relativo: el primero es el peso de la unidad de volumen de un cuerpo homogéneo. El peso específico relativo es la relación entre el peso de un cuerpo y el peso de igual volumen de una sustancia tomada como referencia; para los sólidos y líquidos se toma como referencia el agua destilada a 4°C.

Calor específico.

Es la cantidad de calor necesaria para elevar en 1°C la temperatura de 1 kg de determinada sustancia. El calor específico varía con la temperatura. En la práctica se considera el calor específico medio en un intervalo de temperaturas.

Punto de fusión.

Es la temperatura a la cual un material pasa del estado sólido al líquido, transformación que se produce con absorción de calor.
El punto de solidificación es la temperatura a la cual un líquido pasa al estado sólido, durante la transformación hay cesión de calor. Casi siempre coinciden los puntos de fusión y de solidificación.

Calor latente de fusión.

Es el calor necesario para vencer las fuerzas moleculares del material ( a la temperatura de fusión) y transformarlo de sólido en líquido.

Resistencia ala corrosión.

La corrosión de los metales puede originarse por:

• Reacciones químicas con los agentes corrosivos

• Reacciones electroquímicas producidas por corrientes electrolíticas generadas en elementos galvánicos formados en la superficie con distinto potencial. Las corrientes electrolíticas se producen con desplazamiento de iones metálicos.

La corrosión electrolítica puede producirse por:

• Heterogeneidad de la estructura cristalina

• Tensiones internas producidas por deformación en frío o tratamientos térmicos mal efectuados.

• Diferencia en la ventilación externa
  

La protección de los metales contra la corrosión puede hacerse por:

• Adición de elementos especiales que favorecen la resistencia a la corrosión.

• Revestimientos metálicos resistentes a la corrosión

• Revestimientos con láminas de resinas sintéticas o polímeros.

Propiedades fisicas

Mecánicas

Son aquellas que expresan el comportamiento de los metales frente a esfuerzos o cargas que tienden a alterar su forma.

Resistencia: Capacidad de soportar una carga externa si el metal debe soportarla sin romperse se denomina carga de rotura y puede producirse por tracción, por compresión, por torsión o por cizallamiento, habrá una resistencia a la rotura (kg/mm²) para cada uno de estos esfuerzos.

Dureza

Propiedad que expresa el grado de deformación permanente que sufre un metal bajo la acción directa de una carga determinada. Los ensayos más importantes para designar la dureza de los metales, son los de penetración, en que se aplica un penetrador (de bola, cono o diamante) sobre la superficie del metal, con una presión y un tiempo determinados, a fin de dejar una huella que depende de de la dureza del metal, los métodos más utilizados son los de Brinell, Rockwell y Vickers.

Elasticidad

Capacidad de un material elástico para recobrar su forma al cesar la carga que lo ha deformado. Se llama límite elástico a la carga máxima que puede soportar un metal sin sufrir una deformación permanente. Su determinación tiene gran importancia en el diseño de toda clase de elementos mecánicos, ya que se debe tener en cuenta que las piezas deben trabajar siempre por debajo del límite elástico, se expresa en Kg/mm².

Plasticidad

Capacidad de deformación permanente de un metal sin que llegue a romperse.

Tenacidad

Resistencia a la rotura por esfuerzos de impacto que deforman el metal. La tenacidad requiere la existencia de resistencia y plasticidad.

Fragilidad

Propiedad que expresa falta de plasticidad, y por tanto, de tenacidad. Los materiales frágiles se rompen en el límite elástico, es decir su rotura se produce espontáneamente al rebasar la carga correspondiente al límite elástico. 

Resiliencia

Resistencia de un metal a su rotura por choque, se determina en el ensayo Charpy.

Fluencia
Propiedad de algunos metales de deformarse lenta y espontáneamente bajo la acción de su propio peso o de cargas muy pequeñas. Esta deformación lenta, se denomina también creep.

Fatiga

Si se somete una pieza a la acción de cargas periódicas (alternativas o intermitentes), se puede llegar a producir su rotura con cargas menores a las que producirían deformaciones.

Resumen

Los metales y aleaciones son procesados en diferentes formas mediante diversos métodos de manufactura. Algunos de los procesos industriales más importantes son la fundición, la laminación, extrusión, trefilado, embutido y forja, maquinado y troquelado.
Cuando se aplica un esfuerzo de tensión uniaxial sobre una barra de metal, el metal se deforma elásticamente y luego plásticamente, produciendo una deformación permanente. Para muchos diseños, el ingeniero está interesado en el elímite elástico al 0.2% ( esfuerzo de fluencia convencional al 0.2%), la máxima resistencia a la tensión y la elongación o ductilidad del metal o aleación. Estos valores se obtienen a partir del diagrama esfuerzo-deformación generado en un ensayo de tracción.
La dureza de un metal también puede resultar de importancia en ingeniería; comunmente, las escalas de dureza en la industria son de los tipos: Rockwell B y C y Brinell (HB).
La deformacíon plástica de los metales tiene lugar principalmente por el proceso de deslizamiento, que involucra un movimiento de las dislocaciones. El deslizamiento usualmente tiene lugar sobre los planos más compactos y en las direcciones compactas. La combinación de un plano de deslizamiento y una dirección de deslizamiento constituye un sistema de deslizamiento. Los metales con un alto número de sistemas de deslizamiento (Cu, Ag, Pt, Ni, Pb, Al) son más dúctiles que aquellos con sólo unos pocos sistemas de deslizamiento (Fe, Cr, V, Mo, W). Muchos metales se deforman con formación de maclas cuando el deslizamiento es difícil.
Los límites de grano a bajas temperaturas, usualmente endurecen los metales por proporcionar barreras al movimiento de las dislocaciones, sinembargo, bajo algunas condiciones de deformación a alta temperatura, los límites de grano se vuelven regiones de debilidad debido al deslizamiento del límite de grano.
Cuando un metal se deforma plásticamente por trabajo en frío, el metal se endurece por deformación produciendo un aumento en la resistencia y una disminución de la ductilidad. El endurecimiento por deformación puede eliminarse proporcionando al metal un tratamiento térmico de recocido. Cuando el metal endurecido por deformación es calentado lentamente hasta una temperatura por encima del punto de recristalización tiene lugar un proceso de recuperación, recristalización y crecimiento de grano, y el metal se ablanda. Mediante la combinación de endurecimiento por deformación y recocido, pueden conseguirse grandes reducciones en la sección de un metal sin fractura.
La fractura de los metales sometidos a esfuerzos de tracción puede clasificarse según los tipos de dúctil, frágil y dúctil-frágil.
Un metal también puede fracturar debido a la fatiga si está sometido a una tensión cíclica y por compresión de suficiente magnitud. A altas temperaturas y tensiones en un metal puede sobrevenirle termofluencia, o deformación dependiente del tiempo. La termofuencia de un metal pude ser tan severa que ocurre la fractura del metal. Existen diversos ensayos para diagnosticar la fatiga y la falla por termofluencia de los productos maufacturados.

El comportamiento mecánico de los materiales se describe a través de sus propiedades mecánicas, que son el resultado de ensayos simples e idealizados. Estos ensayos están diseñados para representar distintos tipos de condiciones de carga. Las propiedades de un material que aparecen reportadas en diversos manuales, son los resultados de estas pruebas. En consecuencia, se debe recordar siempre que los valores de los manuales son valores promedio, obtenidos a partir de pruebas ideales y, por tanto, deberán ser utilizados con cierta precaución.
El ensayo de tensión describe la resistencia de un material a un esfuerzo aplicado lentamente. Entre las propiedades importantes están el esfuerzo de cedencia (el esfuerzo al cual el empieza a deformarse de manera permanente), la resistencia a la tensión (el esfuerzo que corresponde a la carga máxima aplicada), el módulo de elasticidad (la pendiente de la porción elástica de la curva esfuerzo-deformación), y el porcentaje de elongación, así como el porcentaje de reducción de área (siendo ambos, medidas de la ductilidad del material).
El ensayo de flexión se utiliza para determinar las propiedades a tensión de materiales frágiles. De ahí se puede obtener el módulo de elasticidad en flexión y la resistencia a la flexión similar a la resistencia a la tensión).
El ensayo de dureza mide la resistencia de un material a la penetración y da una medida de su resistencia al desgaste y a la abrasión. Comúnmente se utilizan varios ensayos de dureza, inclu yendo los ensayos Rockwell y Brinell. A menudo la dureza se relaciona con otras propiedades mecánicas, particularmente con la resistencia a la tensión.
El ensayo de impacto describe la respuesta de un material a una carga aplicada rápidamente. Los ensayos Charpy e Izod son típicos. La energía que se requiere para fracturar la probeta se mide y puede utilizarse como base de comparación de diversos materiales, probados bajo las mismas condiciones. Además, se puede determinar una temperatura de transición por encima de la cual el material fallará de manera dúctil, en vez de fallar de manera frágil.
La tenacidad a la fractura describe la facilidad con la cual se propaga una grieta o defecto en un material.
El ensayo de fatiga permite comprender el comportamiento de un material cuando se le aplica un esfuerzo cíclico. Propiedades importantes incluyen el esfuerzo límite para fatiga (esfuerzo por debajo del cual nunca ocurrirá la ruptura), resistencia a la fatiga (el esfuerzo máximo para que la falla ocurra en un número dado de ciclos) y la vida en fatiga (número de ciclos que resistirá un material a un esfuerzo dado). También puede ayudar a determinar la vida en fatiga el conocer la rapidez de crecimiento de las grietas en el material.
El ensayo de termofluencia proporciona información sobre la capacidad de un material para soportar cargas a altas temperaturas. La rapidez de termofluencia y el tiempo de ruptura son ptopiedades importantes obtenidas a partir de estos ensayos.