Este documento explora los diferentes tipos de materiales utilizados en ingeniería y tecnología, así como sus propiedades fundamentales que determinan su comportamiento y aplicaciones.

Tipos de Materiales

Metales

Los metales se caracterizan por su buena conductividad eléctrica y térmica, alta resistencia, rigidez y ductilidad. Son particularmente útiles en aplicaciones estructurales o de carga. Las aleaciones, que son combinaciones de metales, permiten potenciar propiedades específicas o lograr una mejor combinación de características.

Cerámicos

Los cerámicos poseen baja conductividad eléctrica y térmica, por lo que son frecuentemente utilizados como aislantes. Son fuertes y duros, aunque inherentemente frágiles y quebradizos. Sin embargo, nuevas técnicas de procesamiento están logrando que los cerámicos sean lo suficientemente resistentes a la fractura para ser empleados en aplicaciones de carga. Dentro de este grupo de materiales se encuentran: el ladrillo, el vidrio, la porcelana, los refractarios y los abrasivos.

Polímeros

Los polímeros son grandes estructuras moleculares creadas a partir de moléculas orgánicas. Presentan baja conductividad eléctrica y térmica, así como una resistencia reducida, por lo que debe evitarse su uso a temperaturas elevadas. Los polímeros termoplásticos, en los que las cadenas moleculares no están conectadas de manera rígida, exhiben buena ductilidad y conformabilidad.

El Vidrio

El vidrio es una disolución sólida de varios silicatos (de sodio, calcio, plomo, etc.) obtenidos por fusión a elevada temperatura. Una vez enfriada, la masa adquiere un estado amorfo; es dura, transparente o traslúcida, frágil y resistente mecánica y químicamente.

Materiales Compuestos

Como su nombre lo indica, los materiales compuestos están formados a partir de dos o más materiales de distintos grupos, lo que les permite exhibir propiedades que no se encuentran en ninguno de los materiales de forma individual.

Propiedades de los Materiales

Las propiedades de un material se definen como el conjunto de características que hacen que se comporte de una manera determinada ante estímulos externos como la luz, el calor, la aplicación de fuerzas, el medio ambiente o la presencia de otros materiales. Clasificaremos las propiedades de los materiales en tres grandes grupos: físicas, químicas y ecológicas.

Propiedades Físicas

Estas propiedades se ponen de manifiesto ante estímulos como la electricidad, la luz, el calor o la aplicación de fuerzas. Dependen de la estructura y de los tratamientos que haya sufrido el material. Describen características como color, conductividad eléctrica o térmica, magnetismo y comportamiento óptico; generalmente no se alteran por fuerzas que actúan sobre el material. Pueden dividirse en: eléctricas, magnéticas y ópticas.

Propiedades Eléctricas

Son las que determinan el comportamiento de un material cuando a través de él circula una corriente eléctrica.

Conductividad Eléctrica

Es la propiedad que tienen los materiales de transmitir la electricidad. Se distinguen así los materiales conductores, que permiten el paso de la corriente eléctrica a través de ellos, y los materiales aislantes en el caso contrario. Todos los metales son buenos conductores de la electricidad, a diferencia de los materiales plásticos y las maderas, que son aislantes.

Propiedades Ópticas

Se ponen de manifiesto cuando la luz incide sobre un material. En función de su comportamiento ante la luz, los materiales se clasifican en opacos, transparentes y traslúcidos.

Opacos

No permiten ver los objetos a través de ellos, ya que no dejan pasar la luz. Ejemplos incluyen la madera, los metales, el cartón y la cerámica.

Transparentes

Permiten ver claramente los objetos a través de ellos, pues dejan que los rayos de luz los atraviesen. Son materiales transparentes el vidrio, algunos plásticos, etc.

Traslúcidos

Permiten el paso de la luz, pero no dejan ver con nitidez lo que hay tras ellos. Tal es el caso de una tela fina o el papel de cebolla.

Propiedades Térmicas

Las propiedades térmicas determinan el comportamiento de los materiales ante el calor. Entre las más importantes cabe destacar:

Conductividad Térmica

Es la propiedad de los materiales de transmitir calor. Los metales son buenos conductores térmicos, por ello, producen una sensación fría al tocarlos. La madera y los plásticos, por el contrario, son aislantes térmicos.

Dilatación

Consiste en el aumento de tamaño que experimenta un material cuando se eleva su temperatura. Aunque todos los materiales presentan esta propiedad, los metales son especialmente sensibles a ella. Por el contrario, si se hace descender la temperatura de un material, este se contrae y disminuye su tamaño.

Fusibilidad

Es la propiedad de algunos materiales de pasar del estado sólido al líquido al elevar la temperatura, como por ejemplo los metales, plásticos y el vidrio.

Propiedades Acústicas

Estas propiedades determinan la respuesta de los materiales ante un estímulo externo como el sonido.

Conductividad Acústica

Es la propiedad de los materiales de transmitir el sonido. Algunos materiales, como los metales, son buenos transmisores del sonido. Otros, como la fibra de vidrio, el corcho y los plásticos en general, dificultan la transmisión del sonido.

Otras Propiedades Físicas

Densidad

Es la relación que existe entre la masa de un objeto y el volumen que ocupa.

Porosidad

Es la propiedad que presentan los materiales que tienen huecos (poros) e indica la cantidad de agua u otro líquido que dicho material puede absorber o desprender.

Permeabilidad

Es la propiedad de algunos materiales que dejan filtrar a través de ellos agua u otros líquidos.

Propiedades Químicas

Se manifiestan cuando los materiales sufren una transformación debido a su interacción con otras sustancias.

Oxidación

Es la transformación que sufren la mayoría de los metales en contacto con el aire y el agua.

Propiedades Ecológicas

Según el impacto que los materiales producen en el medio ambiente, se clasifican en reciclables, tóxicos, biodegradables y renovables.

Reciclables

Son los materiales que se pueden reutilizar. El vidrio, el papel, el cartón, el metal y los plásticos son ejemplos de materiales reciclables de uso diario.

Tóxicos

Son materiales nocivos para el medio ambiente, ya que pueden resultar venenosos para los seres vivos y contaminan el suelo, el agua y la atmósfera.

Biodegradables

Son aquellos que con el paso del tiempo se descomponen de forma natural en sustancias más simples.

Renovables

Las materias primas renovables son aquellas que existen en la naturaleza de forma ilimitada y que se pueden regenerar.

Propiedades Mecánicas

Estas propiedades describen el comportamiento de los materiales cuando se les aplican fuerzas externas, determinando su resistencia a la deformación y la fractura.

Elasticidad

Capacidad de ciertos materiales de sufrir deformaciones cuando se encuentran sujetos a la acción de fuerzas exteriores y de recuperar la forma original si se eliminan estas fuerzas que lo deformaban.

Plasticidad

Capacidad mecánica de un material de deformarse permanentemente cuando se encuentra sometido a fuerzas por encima de su límite elástico.

Ductilidad

Capacidad que presentan algunos materiales de deformarse sin romperse, permitiendo obtener alambres o hilos de dicho material bajo la acción de una fuerza, por ejemplo: el cobre.

Maleabilidad

Capacidad que presentan algunos materiales de deformarse sin romperse, permitiendo obtener láminas delgadas bajo la acción de una fuerza, por ejemplo: el cobre.

Fragilidad

Capacidad de un material de romperse con escasa deformación. La rotura frágil absorbe poca energía, a diferencia de la rotura dúctil, que absorbe mucha energía.

Tenacidad

Es la habilidad de un material para absorber energía durante la deformación plástica. Cuantifica la cantidad de energía absorbida por unidad de superficie de rotura bajo la acción de un esfuerzo progresivo. Se mide con el ensayo de tensión-deformación. La tenacidad es un concepto muy utilizado, aunque difícil de medir; la forma de concretarlo es calcular el área bajo la curva de esfuerzo-deformación.

Dureza

Es la oposición que presenta un material a ser rayado, cortado o penetrado.

Resiliencia

Es la magnitud que cuantifica la cantidad de energía absorbida por unidad de superficie al romperse por efecto de un impacto. Se mide con el ensayo Charpy.

Acritud

Es la propiedad de un metal de aumentar su dureza, su resistencia a la tracción y su fragilidad debido a la deformación en frío.

Fatiga

Deformación o rotura de un material si se le somete a la acción de cargas periódicas (alternativas o intermitentes) con valores menores a la carga de rotura estática del material, al actuar un número de veces o un tiempo determinado.

Maquinabilidad

Propiedad de un metal de dejarse mecanizar con arranque de viruta. Son muy mecanizables la fundición gris y el bronce, que producen virutas cortadas en forma de escamas. El acero dulce y las aleaciones ligeras de alta tenacidad, por el contrario, producen virutas largas y no son muy mecanizables.

Colabilidad

Capacidad de un metal fundido para rellenar completamente el molde y así producir piezas fundidas completas y sin defectos. Por ejemplo: fundición de hierro, de bronce, de latón y de aleaciones ligeras.

Ensayos Mecánicos para la Valoración de Propiedades

Las propiedades mecánicas mencionadas se valoran con exactitud mediante diversos ensayos:

  • Ensayo de Tracción: Ofrece una idea aproximada de la tenacidad y elasticidad de un material.
  • Ensayos de Dureza: Permiten conocer el grado de dureza del material.
  • Ensayos al Choque: Su práctica permite conocer la fragilidad y tenacidad de un material.
  • Ensayos Tecnológicos: Ponen de manifiesto las características de plasticidad que posee un material para proceder a su forja, doblado, embutido, etc.