Tecnología e Ingeniería I - Materiales y Fabricación PDF

Tecnología e Ingeniería I  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación En la fabricación de un objeto → selección del material óptimo Los materiales constituyen cualquier producto de uso cotidiano y desde el origen de los...

Tecnología e Ingeniería I  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación En la fabricación de un objeto → selección del material óptimo Los materiales constituyen cualquier producto de uso cotidiano y desde el origen de los tiempos han sido utilizados por el hombre para mejorar su nivel de vida. Al principio, éstos se encontraban espontáneamente en la naturaleza: la madera, la piedra, el hueso, el cuerno o la piel. Más tarde se empezaron a emplear otros materiales más elaborados como la arcilla, la lana o las fibras vegetales, para llegar más tarde al empleo de los metales y las aleaciones y terminando, con la revolución industrial, con el auge del uso del acero por encima de todos los demás materiales. Se tiene que tener la mayor información posible para que cuando debamos optar por un material, para fabricar un objeto, un útil, o una máquina, la elección sea acertada, reuniendo el material todas las características que precise. La obtención de nuevos materiales y los procesos productivos para su transformación en productos finales es un fin de la tecnología. Para ello es necesario conocer sus orígenes, propiedades, características y comportamiento ante los distintos tipos de requerimientos. Se han desarrollado innumerables materiales diferentes con características muy especiales para satisfacer necesidades muy concretas de nuestra compleja sociedad, metales, plásticos, vidrios y fibras. Actualmente los adelantos electrónicos más sofisticados se basan en el uso de semiconductores.  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Clasificación de los materiales Materiales naturales son los que se encuentran en la naturaleza, pudiendo estar en el subsuelo, sobre la tierra o en el mar. A partir de ellos se obtienen los demás productos. Pertenecen a este grupo la madera, el hierro, el algodón, el carbón… Aunque esto materiales se encuentran en la naturaleza, para poder hacer uso de ellos se deben prospectar, localizar, extraer y obtener. Hay que ser conscientes de que se tiene que hacer un uso racional de estos materiales, ya que si bien algunos de ellos son renovables (lana, madera…), hay otros que no lo son (petróleo, metales,…) y dejarán de existir con el paso del tiempo. Materiales sintéticos artificiales son los que han sido obtenidos por el hombre a partir de materiales naturales por medio de procesos físicos y químicos. Son materiales sintéticos artificiales el hormigón, que se obtiene a partir de la mezcla de arena, grava, cemento y agua, o la baquelita obtenida por reacción química del fenol y el formol (primer plástico comercial). La sociedad actual exige el continuo desarrollo de técnicas para obtener nuevos materiales que atiendan a necesidades cada vez más estrictas: soportar temperaturas muy elevadas, ser más resistentes a la corrosión, operar a mayores velocidades, emplear productos más ligeros…  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Propiedades de los materiales Los materiales se diferencian entre sí por sus propiedades. Las propiedades de los materiales se pueden agrupar en base a distintos criterios. Nosotros, desde un punto de vista técnico, vamos a establecer la siguiente clasificación: Propiedades sensoriales Propiedades físico químicas Propiedades mecánicas Propiedades tecnológicas A continuación estudiaremos cada una de ellas. Propiedades sensoriales Son aquellas que están relacionadas con la impresión que causa el material en nuestros sentidos. Son propiedades sensoriales el color, el brillo, el olor y la textura. Podríamos decir que estas propiedades son las menos "importantes", ya que, al hacer referencia al aspecto externo del material, tienen un componente más estético que técnico. Pero, como todos sabemos, en nuestra sociedad de consumo, las cosas nos entran por los ojos, y por eso a un producto le pedimos, además de que cumpla unas condiciones determinadas, que sea atractivo, y es ahí donde entran en juego las propiedades sensoriales.  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Propiedades de los materiales Propiedades fisicoquímicas Son las que nos informan sobre el comportamiento del material ante diferentes acciones externas, como el calentamiento, las deformaciones o el ataque de productos químicos. Estas propiedades son debidas a la estructura microscópica del material; es la configuración electrónica de un átomo la que determina los tipos de enlaces atómicos y son éstos los que contribuyen a forjar las propiedades de cada material. Calor específico (Propiedad Térmica) Es la cantidad de energía necesaria para aumentar 1ºC la temperatura de un cuerpo. Indica la mayor o menor dificultad que presenta dicha sustancia para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Para aumentar 1 ºC un gramos de agua se requiere 1 caloría 1𝑐𝑎𝑙 1𝐾𝑐𝑎𝑙 𝐶𝑒 = = ℃ × 𝑔 ℃ × 𝐾𝑔  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Propiedades de los materiales Propiedades fisicoquímicas Conductividad eléctrica Según esta propiedad los materiales pueden ser conductores (cobre, aluminio), aislantes (mica, papel) o semiconductores (silicio, germanio).Es la capacidad de un cuerpo de permitir el paso de la corriente eléctrica a su través. El ejemplo de los alicates universales de electricista es muy representativo. Utiliza un material conductor para lo que es la mordaza, debido a sus propiedades de resistencia mecánica, pero un material aislante (1000 V) en la zona donde las agarramos, para evitar problemas de descargas eléctricas cuando las utilizamos.  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Conductividad eléctrica Propiedades de los materiales Resistividad: Es la medida de la oposición de Propiedades fisicoquímicas 1/Cº un material al paso de la corriente eléctrica Conductividad eléctrica Conductividad: Es la medida de la permisividad de un material al paso de la corriente eléctrica Conductancia eléctrica  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Propiedades de los materiales Conductividad eléctrica Variación de la resistividad de los Propiedades fisicoquímicas materiales en función de la temperatura: Es 1/Cº la medida de la variación de la resistencia en función de la temperatura.  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Propiedades de los materiales Propiedades fisicoquímicas Conductividad térmica Es la intensidad con la que se transmite el calor en el seno de un material. El material del que están hechas las sartenes, ollas..., debe ser conductor térmico, para que transmita el calor desde el fuego hasta los alimentos. Es la capacidad de un cuerpo de permitir el paso del calor a su través.  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Propiedades de los materiales H→ Intensidad del campo magnético. (A/m- SI) Magnetismo Según el comportamiento ante los campos magnéticos exteriores, los materiales pueden ser: diamagnéticos (oro, cobre, plata, estaño), cuando se oponen a un campo magnético aplicado, de modo que en su interior se debilita el campo 𝜇𝑟 < 1 paramagnéticos (aluminio, platino, titanio) cuando el campo magnético en su interior es algo mayor que el aplicado 𝜇𝑟 ~ = 1 ferromagnéticos (hierro, cobalto, níquel) cuando el campo se ve reforzado en el interior de los materiales. Estos materiales se emplean como núcleos magnéticos en transformadores y bobinas en circuitos eléctricos y electrónicos. 𝜇𝑟 > 1 β → Inducción magnética cantidad de líneas de fuerza que atraviesan perpendicularmente la unidad de superficie. (Tesla/SI o Gauss/cgs) 1Tesla =104 Gauss Permeabilidad en el vacío o en el aire (SI) Permeabilidad absoluta Permeabilidad relativa Propiedades fisicoquímicas dada en tablas  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Propiedades de los materiales Propiedades fisicoquímicas Ópticas Un material puede ser transparente, (vidrio, celofán) cuando permite ver claramente objetos situados tras él, traslúcido (alabastro, mármol) cuando deja pasar la luz pero no permite ver nítidamente a su través y opaco (madera, cartón) cuando impide que la luz lo atraviese. Son las que determinan la aptitud de un material ante el paso de la luz a su través. Peso específico Es la relación entre la masa y el volumen de un material, y se conoce con el nombre de densidad. 𝑚 𝐾𝑔 𝑃𝑒 (𝜌) = = 3 𝑉 𝑚  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Propiedades de los materiales Propiedades fisicoquímicas Dilatación térmica Esta variación viene dada por la expresión: Es la variación de dimensiones que sufren los materiales cuando se modifica su temperatura. Donde Li es la longitud inicial, k el coeficiente de dilatación lineal (depende de cada material) y ΔT es el incremento de temperatura. ∆𝑆𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 𝑆𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 × 𝛽 × ∆𝑇 ∆𝐶ú𝑏𝑖𝑐𝑎 = 𝑉𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 × 𝛾 × ∆𝑇 ∆𝐿𝑖𝑛𝑒𝑎𝑙 = 𝐿𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 × 𝛼 × ∆𝑇  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Propiedades de los materiales Punto de congelación Es la temperatura a la cual un líquido se transforma en sólido. Punto de ebullición Es la temperatura a la cual un líquido se transforma en gas. Punto de fusión (temperatura de fusión) Es la temperatura a la cual un cuerpo en estado sólido se transforma en líquido.  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Propiedades de los materiales Calor latente de fusión Calor necesario para transformar una unidad de masa de materia del estado sólido al líquido Propiedades fisicoquímicas 𝐾𝑐𝑎𝑙 𝑄𝐿𝑎𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒 = 𝐾𝑔 1 Julio = 0,24 Calorías Para fundir 1 gr de hielo, es decir, pasarlo de 0ºC hielo a 0ºC agua son necesarias 79,7 cal/g ó Kcal/Kg  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Propiedades de los materiales Propiedades fisicoquímicas Resistencia a la corrosión Resistencia a la oxidación La corrosión es el comportamiento que tienen los La oxidación es la capacidad de los materiales a materiales al estar en contacto con determinados ceder electrones ante el oxígeno de la atmósfera productos químicos, especialmente ácidos en (Reacción Rédox) ambientes húmedos. Libera Energía Absorben Energía Corrosión  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Propiedades de los materiales Propiedades mecánicas Son las que describen el comportamiento de un material ante las fuerzas aplicadas sobre él, por eso son especialmente importantes al elegir el material del que debe estar construido un determinado objeto. Tenacidad Fragilidad Es la capacidad de un material Es la facilidad para romperse un material de soportar, sin deformarse ni romperse, por la acción de un impacto. los esfuerzos bruscos que se le apliquen.  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Propiedades de los materiales Propiedades mecánicas Son las que describen el comportamiento de un material ante las fuerzas aplicadas sobre él, por eso son especialmente importantes al elegir el material del que debe estar construido un determinado objeto. Elasticidad es la capacidad de algunos Plasticidad es la aptitud de los materiales de materiales para recobrar su forma y adquirir deformaciones permanentes, es decir dimensiones primitivas cuando cesa el de no recobrar su forma y dimensiones esfuerzo que les había deformado. primitivas cuando cesa el esfuerzo que les había deformado.  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Propiedades de los materiales Propiedades mecánicas Son las que describen el comportamiento de un material ante las fuerzas aplicadas sobre él, por eso son especialmente importantes al elegir el material del que debe estar construido un determinado objeto. Dureza es la oposición que presenta un material a ser rayado por otro.  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Propiedades de los materiales Propiedades mecánicas Son las que describen el comportamiento de un material ante las fuerzas aplicadas sobre él, por eso son especialmente importantes al elegir el material del que debe estar construido un determinado objeto. Fatiga es una propiedad que nos indica el comportamiento de un material ante esfuerzos, inferiores al de rotura, pero que actúan de una forma repetida  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Propiedades de los materiales Propiedades tecnológicas Son las que nos indican la disposición de un material para poder trabajar con él o sobre él. Ductilidad Es la propiedad que presentan algunos metales de poder estirarse sin romperse, permitiendo obtener alambres o hilos. Alambre Galvanizado y Espigado, cómo lo fabrica Aceros de Guatemala - YouTube  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Propiedades de los materiales Propiedades tecnológicas Son las que nos indican la disposición de un material para poder trabajar con él o sobre él. Maleabilidad Es la posibilidad que presentan algunos metales de separarse en láminas delgadas sin romperse. Así se fabrica el papel de aluminio - YouTube  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Propiedades de los materiales Propiedades tecnológicas Son las que nos indican la disposición de un material para poder trabajar con él o sobre él. Resilencia En Resistencia de Materiales, se llama resiliencia de un material a la energía de deformación que puede ser recuperada de un cuerpo deformado cuando cesa el esfuerzo que causa la deformación. La resiliencia es igual al trabajo externo realizado para deformar un material hasta su límite elástico. Resistencia mecánica Es la capacidad que tiene un material de soportar los distintos tipos de esfuerzo que existen sin deformarse permanentemente. Soldabilidad Es la posibilidad que tienen algunos materiales para poder ser soldados.  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Propiedades de los materiales Propiedades tecnológicas Son las que nos indican la disposición de un material para poder trabajar con él o sobre él. Colabilidad Es la aptitud que tiene un material fundido para llenar un molde. Mecanibilidad Es la facilidad de algunos materiales para ser mecanizados por arranque de viruta. También se le llama maquinabilidad. Acritud Es el aumento de dureza y fragilidad que adquieren los materiales cuando son deformados en frío.  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Composición de la materia: Estructuras cristalinas Todos los metales, excepto el mercurio, se encuentran en estado sólido a temperatura ambiente. Esto se debe a que sus átomos ocupan unas posiciones espaciales de equilibrio predeterminadas, y a estas posiciones espaciales de equilibrio las llamamos redes cristalinas. En los metales son comunes tres redes cristalinas: Red cúbica centrada en el cuerpo (BCC) Red cúbica centrada en las caras (FCC) Red hexagonal compacta (HC)  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Composición de la materia: Estructuras cristalinas Red cúbica centrada en el cuerpo, BCC. (Body Centered Cube) Los átomos conforman una estructura con forma de cubo y en ella un átomo ocupa el centro geométrico del cubo y otros ocupan cada uno de los ocho vértices. En este tipo de redes un átomo ocupa el centro geométrico del cubo y otros ocupan cada uno de los ocho vértices. Cada uno de estos ocho átomos pertenecen, al mismo tiempo, a cada uno de los ocho cubos que comparten el vértice. Por lo tanto, cada cristal de esta red tiene realmente el equivalente a dos átomos. Metales que cristalizan en este sistema son, por ejemplo, hierro α (Magnético), cromo, titanio, molibdeno, tungsteno, niobio, vanadio, cromo, circonio, talio, sodio y potasio. Todos ellos tienen como característica común el ser muy resistentes a la deformación. Átomos equivalentes por celda Átomos compartidos en la red Celdas unidad del sistema cúbico y como se originan - YouTube  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Composición de la materia: Estructuras cristalinas Red cúbica centrada en las caras, FCC. (Face Centered Cube) En éstas un átomo ocupa el centro de cada una de las seis caras y otro ocupa cada uno de los ocho vértices. En estas redes, el átomo que ocupa el centro de cada una de las seis caras pertenece, realmente, a los dos cristales que comparten cara, y el átomo que ocupa cada uno de los ocho vértices pertenece a los ocho cristales que comparten vértice, por lo que realmente estos cristales tienen el equivalente a cuatro átomos. Los metales que cristalizan en esta red son fácilmente deformables. Ejemplos de metales con estructura FCC son el hierro γ, el cobre, la plata, el platino, el oro, el plomo, el níquel y el aluminio.  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Composición de la materia: Estructuras cristalinas Red hexagonal compacta, HC. (Hexagonal Compact) Son aquellas en las que los átomos conforman una estructura con forma de prisma hexagonal, y presentan un átomo en el centro de cada base, un átomo en cada uno de los vértices del prisma y tres átomos más en un plano horizontal, interior al cristal. El átomo situado en el centro de cada base hexagonal es compartido por los dos cristales contiguos; el átomo de cada uno de los vértices es compartido por los seis cristales que concurren en el vértice, por lo que estas estructuras tienen el equivalente a seis átomos. En este sistema cristalizan: cobalto, circonio, cadmio, magnesio, berilio y zinc, y tienen como característica común su gran resistencia a la deformación.  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Composición de la materia: Estructuras cristalinas Algunos metales tienen la característica de que cambian de red de cristalización dependiendo de la temperatura a que se encuentren. Cuando ocurre eso decimos que el metal es politrópico, y a cada uno de los sistemas en que cristaliza el metal se le llaman estados alotrópicos. Un ejemplo de metal politrópico es el hierro. A partir de 1539 ºC cristaliza en la red cúbica centrada en el cuerpo (BCC) y a esta variedad alotrópica se le llama Fed Al llegar a los 1400 ºC cambia de red de cristalización y cristaliza en la red cúbica centrada en las caras (FCC); a esta variedad alotrópica se le llama Feγ A partir de los 900 ºC tenemos el Feβ que cristaliza de nuevo en el BCC A los 210 ºC aparece el Feα que, aunque no cambia de red de cristalización, adquiere propiedades magnéticas que seguirá conservando a temperatura ambiente.  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Modificación de las propiedades de los metales: Aleaciones La industria precisa materiales con propiedades muy específicas y, por supuesto, con el menor coste posible. En general estas propiedades no son capaces de aportarlas los materiales simples, por lo que es preciso que se sometan a determinados procesos con el fin de mejorar estas características. Uno de estos procesos consiste en alearlos. Una aleación es una mezcla homogénea de un metal en estado fundido con, al menos, otro elemento, que puede ser metálico o no, obteniendo un producto final que presenta características metálicas. Hierro + Oro puro 75% Oro puro 24 Carbono Mercurio Paladio 16% Cobre 60% Cobre 67% quilates Cromo, líquido + Estaño 60% Plata 9% Zinc 40% Estaño 33% 14 quilates 14/10 Tungsteno, Plata Plomo 40% (oro/aleación) Manganeso, Estaño 18 quilates Níquel, Cobre 18/6 Vanadio, Zinc. (oro/aleación) Cobalto, Molibdeno, Cobre, Azufre Fósforo  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Modificación de las propiedades de los metales: Aleaciones Las aleaciones se realizan fundiendo los diversos metales en un crisol y dejando luego solidificar, lentamente, la solución líquida. Se obtiene un material con una estructura granular cristalina formada por diferentes microconstituyentes como son: Cristales simples o de componentes puros. Cristalizan separadamente y cada cristal contiene un solo componente. Es el caso de la aleación llamada eutéctica, que es una mezcla íntima de cristales formados cada uno de ellos de un solo componente puro. Estas aleaciones son de poca aplicación práctica debido a sus malas propiedades mecánicas pero son las que tienen la temperatura de fusión más baja, por lo que se emplean casi exclusivamente para la soldadura blanda. El ejemplo típico lo constituye la aleación estaño-plomo, empleada en la soldadura de componentes electrónicos. Cristales de elementos compuestos. Están formados por compuestos químicos de los componentes que forman la aleación, y no es posible distinguir separadamente los componentes originales. Un ejemplo es la cementita (Fe3C) que aporta dureza a los aceros que la contienen. Cristales de solución sólida. Formados por una solución sólida de los componentes puros o por uno de ellos y un compuesto químico de ambos. Se forman debido a la solubilidad de los componentes en el estado sólido. Pueden ser soluciones sólidas por inserción, cuando los átomos de soluto ocupan los huecos dejados por los átomos de disolvente, o soluciones sólidas por sustitución, cuando los átomos de soluto sustituyen en las redes de átomos de disolvente a algunos de estos átomos. Cuando los cristales de solución sólida se forman con enfriamiento muy lento, tienen estructuras muy homogéneas y muy buenas propiedades mecánicas para ser empleados en la construcción de elementos de máquinas.  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Modificación de las propiedades de los metales: Aleaciones En comparación con los metales puros, las aleaciones presentan algunas ventajas: Mayor dureza y resistencia a la tracción. Menor temperatura de fusión, por lo menos de uno de sus componentes. Pero también algunos inconvenientes: Son menores la ductilidad, la tenacidad y la conductividad térmica y eléctrica. El estudio de las aleaciones se hace a través de los diagramas de fase. Los diagramas de fases son la forma de representar gráficamente la aleación y en ellos se observan las fases que están presentes en una aleación a diversas temperaturas y composiciones, siempre que se hayan obtenido en condiciones de enfriamiento o calentamiento lento. En el diagrama de fases que tenemos de ejemplo se observan tres zonas: La monofásica L, donde solamente existe líquido. La zona monofásica α, donde solamente existe sólido. La zona bifásica L+ α, donde coexisten las dos fases.  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Modificación de las propiedades de los metales: Temple El temple es un proceso térmico por el cual las aleaciones de acero y el hierro fundido se fortalecen y endurecen. Estos metales constan de metales ferrosos y aleaciones. Esto se realiza calentando el material a una cierta temperatura, dependiendo del material, y luego enfriándolo rápidamente. Esto produce un material más duro, por endurecimiento superficial o a través de endurecimiento que varía en la velocidad a la que se enfría el material. El material es entonces a menudo revenido para reducir la fragilidad e incrementar la ductibilidad y la tenacidad que puede aumentar por el rápido enfriamiento del proceso de endurecimiento. Los objetos que pueden ser templados incluyen engranajes, ejes y bloques de desgaste…  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Tipos de esfuerzos Cuando se diseña cualquier objeto o estructura se debe tener en cuenta que los elementos que lo forman van a estar sometidos a diferentes tipos de esfuerzos, cargas y acciones que deberán soportar. Ahora vamos a ir viendo los distintos tipos de esfuerzos a que están sometidos los elementos estructurales. Tracción Se dice que un elemento está sometido a un esfuerzo de tracción cuando sobre él actúan esfuerzos que tienden a estirarlo, como sucede, por ejemplo, con los cables de un puente colgante o con una lámpara que está colgada del techo. Tensión en el material: N/m2 Compresión Un elemento se encuentra sometido a compresión cuando sobre él se aplican fuerzas que tienden a provocar su aplastamiento, como es el caso, de los pilares de nuestra casa, o de las patas de una silla cuando estamos sentados en ella. Cuando un elemento esbelto, es decir mucho más largo que ancho, es sometido a este tipo de esfuerzos puede sufrir importantes deformaciones características debidas a flexiones laterales llamadas pandeo.  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Tipos de esfuerzos Flexión Este tipo de esfuerzos es el que se aplica sobre elementos que tienden a doblarse. Es una combinación de compresión y tracción, mientras que las fibras superiores de la pieza sometida a un esfuerzo de flexión se acortan (compresión), las inferiores se alargan (tracción), como sucede con una pasarela o en una estantería que se comba debido al peso de los libros. Torsión Es el tipo de esfuerzos que soportan los elementos que tienden a ser retorcidos sobre su eje central, es el caso de los ejes, los cigüeñales y las manivelas. Cortadura o cizalladura Es el esfuerzo que al ser aplicado sobre un elemento provoca su desgarro o corte. Se produce cuando sobre el mismo plano se aplican esfuerzos en sentidos opuestos. Es el caso de la bola de enganche de una caravana o simplemente del corte con una tijera.  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Ensayos de materiales Con objeto de conocer la idoneidad de un material para una determinada aplicación, o si va a soportar determinados esfuerzos, solicitaciones o cargas, debemos valorar, o más bien, cuantificar las anteriores propiedades mecánicas. Para realizar un ensayo se toman muestras del material en cuestión a las que llamaremos probetas, y se someten a distintas pruebas o ensayos y a partir de éstos y de sus resultados podremos: Conocer las propiedades de los materiales, la influencia de su composición química o de los tratamientos a que se han sometido. Predecir el posible comportamiento que tendrá un determinado material. Identificar posibles causas de fallo en servicio y procurar poner los medios para evitar los fallos. Seleccionar los materiales más idóneos para usos concretos. Ensayo de tracción Analiza el comportamiento de un material ante un esfuerzo progresivo de tracción hasta su rotura. Para ello se somete a una probeta de un material, de dimensiones normalizadas, a un esfuerzo progresivo. Ésta va aumentando de longitud (alargamiento unitario ε= Δl/lo) mientras su sección se va reduciendo, estricción, hasta que llega un momento en que la probeta se rompe.  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Ensayos de materiales Ensayo de compresión Estudia el comportamiento de un material sometido a un esfuerzo progresivo de compresión, hasta que éste se rompe por aplastamiento. Ensayo de cortadura o cizalladura Analiza el comportamiento de un material sometido a un esfuerzo progresivo de cortadura hasta conseguir la rotura por deslizamiento en la sección de cortadura.  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Ensayos de materiales Ensayo de flexión Estudia el comportamiento de un material apoyado en sus extremos y sometido en su parte central a un esfuerzo progresivamente creciente, comprobando la deformación producida en él, flecha. Ensayo de pandeo Analiza un material esbelto al que se somete a un esfuerzo de compresión progresivamente creciente, hasta conseguir su flexión lateral o pandeo. En la fotografía se pueden ver distintas deformaciones que puede sufrir un material sometido a pandeo  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Ensayos de materiales Ensayo de torsión Analiza el comportamiento de un material sometido a esfuerzos de torsión progresivos hasta alcanzar su rotura. Ensayo de resiliencia El ensayo de resiliencia consiste en romper una probeta de un material mediante un único impacto de un péndulo de una masa determinada. La resiliencia será el cociente entre el trabajo realizado y la sección de rotura. Para la realización de este ensayo, reproducido en el esquema, se emplea un péndulo Charpy como el que vemos a continuación.  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Ensayos de materiales Ensayo de dureza Sobre la superficie del material a ensayar se aplica una fuerza mediante un durómetro o penetrador, obteniéndose la dureza mediante el cociente entre la carga aplicada y la superficie de la huella que queda sobre el material. Existen varios métodos de ensayos de dureza que se diferencian por la forma del penetrador y por la distinta carga aplicada: El ensayo Rockwell. El ensayo Brinell, emplea una bola de acero extraduro. El ensayo Vikers utiliza una pirámide de base cuadrada de unas dimensiones determinadas. Ensayo Rockwell Ensayo Brinell Ensayo Vikers  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Ensayos de materiales Otros ensayos tecnológicos Se pueden realizar también una serie de ensayos tecnológicos para tratar de predecir que comportamiento tendrán los materiales ante este tipo de exigencias en los procesos de fabricación, y así habrá ensayos de plegado, de embutición, de forjado, de fatiga… Criterios de elección de los materiales  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Uso racional de los materiales El enorme incremento de la cantidad de productos fabricados trae consigo la aparición de dos graves problemas para la sociedad: El agotamiento prematuro de los recursos naturales tanto de materiales renovables, que jamás deberían verse en peligro, siempre que se hiciese de ellos un uso razonable, como de los no renovables, siendo éstos los que están en mayor riesgo ya que no existe recambio para ellos en la Tierra. Excesivo aumento de residuos industriales lo que provoca un significativo deterioro del medio ambiente. Estos residuos industriales (materiales sólidos, líquidos o gaseosos generados en las actividades sociales e industriales) se están generando en la actualidad en cantidades desproporcionadas, debido al gran desarrollo industrial del que gozamos. Regla de las tres erres: Reducir. El desarrollo tecnológico permite diseñar procesos que minimicen el uso de materiales en los procesos de producción y que se generen menor cantidad de residuos. Igualmente nosotros debemos evitar el consumo de productos innecesarios. Reutilizar. Debemos ofrecer nuevas posibilidades de utilización a un producto que haya tenido otro uso, sin necesidad de modificarlo o transformarlo. Reciclar. Los productos que han llegado a su fase última de utilización deben ser separados para ser reprocesados e incorporados de nuevo a la cadena productiva, dándoles una nueva utilidad.  Tecnología e Ingeniería I TEMA 1 – Materiales y Fabricación Uso racional de los materiales El planeta necesita una nueva revolución industrial en armonía con la naturaleza. Es lo que propugnan el arquitecto estadounidense William McDonough y el químico alemán Michael Braungart con su sistema "De la cuna a la cuna". A las conocidas tres erres: reducir, reutilizar y reciclar, añaden una cuarta, la regulación: en vez de reducir los consumos de energía, deberemos trabajar en el diseño del producto, de manera que, teniendo en cuenta todas las fases de los productos (extracción, procesamiento, utilización, reutilización, reciclaje...), ni siquiera sean necesarios los gastos de energía. Por ejemplo, si un edificio gasta mucha energía con el aire acondicionado y la iluminación, en vez de optimizar el rendimiento de la maquinaria y de instalar paneles fotovoltaicos, proponen concebir el edificio desde su inicio planteándose el aprovechamiento de la ventilación cruzada y de la iluminación natural, para no necesitar el gasto de energía que se produciría de otra forma. Para saber algo más de este "De la cuna a la cuna" puedes visitar este vínculo. http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/energia_y_ciencia/2008/08/22/179486.php