ENTRADAS

12 jun 2015

MATERIALES METALICOS, PROPIEDADES Y ESTRUCTURA

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES METÁLICOS.

Desde un punto de vista de la agregación y del comportamiento mecánico de los materiales metálicos la estructura del átomo es un tema clave. Sí, es cierto, que  ingenieros y arquitectos trabajamos con vigas de gran tamaño, maquinaria pesada, soportes…, pero la clave está en los electrones periféricos corticales de algo tan pequeño como fascinante: el átomo.

Fíjate que, para que funcione lo grande, lo pequeño, ha de funcionar.

Materiales metálicos

Materiales metálicos: organización atómica

Presuponiendo el modelo clásico atómico, los átomos, debidos a esos electrones de corteza se ligan entre sí debido a las fuerzas de repulsión y de atracción creando unas energías de enlace con unas distancias de equilibrio del orden de los 10-10 metros. Enlaces atómicos diferentes ponen en juego distintas fuerzas interatómicas. Se presentan tres casos principales de enlaces:

Iónicos: un electrón se transfiere de un átomo a otro produciendo iones que se mantienen unidos por efecto de la fuerza de Coulomb   F=K\cdot \frac{Q_1\cdot Q_2}{r^2}   donde K es la constante de Coulomb que adquiere un valor de \frac{1}{4\pi\epsilon} N·C2/m2, Q_1 y Q_2 son las cargas electrónicas expresadas en culombios (1.6\cdot 10^{-19} C) y r es la distancia que los separa expresada en metros.  Su energía de enlace alcanza hasta los 360 kcal/mol

materiales metálicos

Enlace iónico

Covalente: Es un enlace basado en la compartición electrónica entre átomos que difieren poco en sus electronegatividades. Permite formar enlaces múltiples de pares de electrones de un átomo con otros o consigo mismo. Alcanza una energía de enlace de hasta 300 kcal/mol

enlace covalente

Enlace covalente

Metálico: Emplea electrones deslocalizados para formar un enlace fuerte no direccional entre los átomos. El empaquetamiento de los átomos siguiendo una determinada estructura cristalina obliga a que sus electrones de valencia sean atraídos por los núcleos de los átomos circundantes. Esto hace que estos electrones no estén vinculados a un único núcleo y, por tanto, permite que se extiendan entre los átomos a modo de nube electrónica cargada con densidad electrónica reducida. Su energía de enlace, apenas alcanza las 200 kcal/mol

Materiales metálicos

Materiales metálicos: enlace metálico Fuente Imagen: Pearson Prentice Hall Inc 2006

La vinculación de los átomos que participan en el enlace metálico se basa en la atracción electrostática entre los átomos del metal o cationes y los electrones deslocalizados. Por esta razón puede explicarse que se presenten deslizamiento de capas que dan origen a las propiedades características de los metales conocidas como maleabilidad (capacidad para formar láminas) y ductilidad (capacidad para formar hilos).

En función del número de valencia de los electrones deslocalizados que existan en esa suerte de nube electrónica que sirve de aglutinante a la red de cationes, se puede advertir que, cuando un metal se deforma, no existe una rotura de enlaces localizados, antes bien, se genera una reordenación de esa nube de carga que permite mantener gran número de sus propiedades o alterarlas sutilmente en función de su geometría. Evidentemente, una fractura total que acabe creando una barrera entre distintas partes de una pieza, a escala molecular, se traduciría en la rotura práctica de los puentes de unión, salvaguardando la dispersión electrónica cada una de las partes por separado pero desconectando cada gran parte de la siguiente, como si al cortar una barra en dos, ambos trozos permanecieran intactos pero desvinculados uno de otro.

Así la cosa, estos fenómenos electrónicos combinados permiten a los metales adquirir sus diferentes propiedades:

Elasticidad: capacidad de recuperar la forma una vez ha cesado la carga que los ha sacado de su zona de equilibrio. Siempre, habrá de realizarse el esfuerzo dentro de su zona elástica sin sobrepasar el punto de límite elástico a partir del cual, la pieza quedará deformada permanentemente.

Plasticidad: Capacidad para deformarse permanentemente sin alcanzar la fractura. La ductilidad y la maleabilidad son consecuencia de esta propiedad

Dureza: resistencia a ser rayado o penetrado que presenta un material (metal, en este caso). Depende directamente de la cohesión a nivel molecular.

Cohesión: Resistencia que presentan los átomos a separarse. En el caso de metales, los enlaces permiten ciertas holguras en sus distancias favoreciendo la capacidad elástica.

Tenacidad: Capacidad que permite a las piezas evitar la rotura por efecto de una fuerza externa

Fragilidad: es la propiedad opuesta a la tenacidad. Los materiales frágiles, presentan una zona de plasticidad muy reducida de forma que su límite elástico y su punto de rotura se encuentran muy próximos.

Resistencia a la Fatiga: es la capacidad de soportar ciclos de esfuerzo repetitivos. En muchas ocasiones un material puede alcanzar su límite de rotura no por agotarse mecánicamente sino por estar sometido a ciclos rápidos, repetidos de carga/descarga a modo de vibración. De hecho, muchas de las máquinas empleadas en ensayos de fatiga trabaja realizando ciclos resonantes, es decir, haciendo coincidir la frecuencia natural del material con la frecuencia con varían los ciclos de carga, alcanzándose la rotura mucho antes de su límite si la carga aplicada se aplicara una sola vez en el tiempo.

Resiliencia: Es la energía que puede absorber el material en una rotura provocada por un impacto.

Estas propiedades se pueden comprobar  por medios de distintos ensayos que se irán analizando en nuevos artículos.

AUTOR: FCO JAVIER LUQUE

Más entradas del autor para FdeT

Si quieres participar en el blog como colaborador en alguna de las secciones, envíanos un mail a info@fdet.es 

Grupo FdeT

Compartir:
Facebooktwittergoogle_pluslinkedin

4 Responses

  1. Pingback : FdeT blog ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS EN LA EVALUACIÓN DE MATERIALES METALICOS - FdeT blog

  2. Pingback : FdeT blog PLÁSTICOS QUE NO SE QUEMAN - FdeT blog

    1. Hola “Estructuras Metálicas”. Gracias por tus palabras, nos alegra saberlo. Sobre lo que comentas no tenemos artículos por el momento pero daremos traslado a alguno de nuestros especialistas en ingeniería para que se planteen abordarlo en próximas fechas. Saludos.

Leave a Reply

A %d blogueros les gusta esto: