Práctica 1. Materiales cotidianos y propiedades mecánicas.

Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática.

M a r í a G a r c í a I r r i b a r r í a . G r u p o A .

Ciencia  de  Materiales    

Objetivo: La realización de la actividad consiste en seleccionar 3 objetos pequeños y analizarlos, definiéndolos, comparándolos y finalmente proponiendo mejoras según sus propiedades mecánicas. Los objetos elegidos han sido: un clip sujetapapeles, una cuchara de cerámica usada para servir el azúcar y una goma de borrar (borra lapicero únicamente). 1) Clasifique y defina brevemente cada tipo de material e indique qué otros

materiales se utilizan en el mercado para realizar el mismo objeto para varias aplicaciones.

Clip sujetapapeles Dimensiónes: 32 mm de largo, 7 mm de ancho. Se trata de un objeto metálico, con un mecanismo tipo pinza con el cual se pueden agrupar documentos impresos de forma temporal. Normalmente el material utilizado para su fabricación es el acero, una aleación de hierro con pequeñas cantidades de carbono y que adquiere con el temple gran dureza y elasticidad. Es un material muy tenaz, maleable y relativamente dúctil (se pueden obtener láminas e hilos delgados). La dureza de los aceros varía entre la del hierro y la que se puede lograr mediante su aleación u otros procedimientos térmicos o químicos. Este objeto puede estar fabricado de otros tipos de materiales:

- Con recubrimientos de plástico, o bien clips de presión, que usan tanto metal como polímeros.

- Clips confeccionados enteramente de plástico. - Clips de cobre. - Los bizantinos los crearon de bronce, aunque resultaba muy costoso. Los

empleaban en documentos reales e importantes. - Se han visto incluso de diversas formas, fabricados de oro en su totalidad.

Cuchara de cerámica Dimensión: 95 mm de largo Es usada principalmente para servir o comer, en hostelería y también utilizada en la preparación de alimentos para medir y mezclar ingredientes, en laboratorios científicos y químicos. Un material cerámico es un tipo de material inorgánico, no metálico, buen aislante y que además tiene la propiedad de tener una temperatura de fusión y resistencia muy elevada. Es el producto de diversas materias primas, especialmente arcillas, que se fabrican en forma de polvo o pasta (para poder darles forma de una manera sencilla). Comparados con los metales y plásticos son duros. Son generalmente muy frágiles o vidriosos. Casi siempre se fracturan ante esfuerzos de tensión y presentan poca elasticidad. Otros de los tres materiales con que se fabrican las cucharas son:

- Cuchara de plástico, fabricado con polímero. Según el tipo de polímero, pueden ser de un solo uso o varios.

- Cuchara de madera, utilizada principalmente para cocinar. - Cuchara de metal, empleada en su mayoría para uso doméstico.

Goma de borrar Dimensiónes: 38 mm de largo, 26 mm de ancho, 9 mm de grosor. Es un instrumento de mano cuya finalidad es eliminar trazos generalmente de lápiz mediante la fricción sobre el papel, aunque también puede ser de tinta. Las gomas de borrar son fabricadas en su mayoría de caucho, un tipo de elastómero. Algunas contienen materiales plásticos como el titinilio, La propiedad mecánica de la goma es principalmente su elasticidad, ya que es capaz de poder sufrir una gran deformación elástica bajo estrés y regresar a su tamaño previo sin deformación permanente. El caucho natural se obtiene de un líquido lechoso de color blanco llamado látex, que se encuentra en numerosas plantas. El caucho sintético se prepara a partir de hidrocarburos insaturados.

- A bajas temperaturas, se vuelve rígido, y cuando se congela en estado de extensión adquiere estructura fibrosa.

- Calentando a más de 100 ºC., se ablanda y sufre alteraciones permanentes.

Entre los tipos de goma de borrar existen:

- Goma moldeable. - Goma de la máquina de escribir. - Goma de derivados de arcilla, no dejan virutas. - Goma de plástico duro. - Goma de borrar tinta, contienen partículas de metal que desgarran el papel.

2) Ordene comparativamente de mayor a menor las propiedades de los tres objetos y

justifique su elección en la medida de lo posible. Utilice las tablas que se adjuntan e Internet para investigar y defender su elección.

Repasamos previamente las características a analizar:

• Dureza: el grado de resistencia a la deformación permanente que sufre un metal bajo acción directa de una carga determinada.

• Rigidez: resistencia a la deformación elástica. • Fragilidad: expresa la falta de plasticidad. • Ductilidad: alargamiento máximo por tracción antes de rotura (%). • Tenacidad: cuantifica la cantidad de energía almacenada por el material antes

de romperse por esfuerzos de tracción progresivos (tenacidad de fractura en deformaciones planas Kic).

Comenzamos analizando la dureza. La cuchara de cerámica es el más duro ya que no se deforma nada, debido a su poca elasticidad, en cambio es posible doblar el clip y la goma de borrar (aún con más facilidad). Teniendo en cuenta que la dureza es opuesta a la ralladura, podríamos también rayar los objetos. El objeto más rígido debido a la escasa elasticidad es la cuchara de cerámica. El clip es un poco elástico por lo que le damos un valor de 2, y la goma de borrar es el objeto más elástico, así que también el menos rígido. En cuanto a la ductilidad, el clip es el objeto más dúctil ya que es el que más se alarga sin romperse, con el acero se obtienen hilos delgados. La goma de borrar se deforma un poco al alargarlo, por lo que lo ponemos en segundo lugar, y el menos dúctil es la cuchara ya que no se deforma nada al tener algún esfuerzo, sino que se rompe cuando ya no aguanta más ese esfuerzo. La fragilidad y la ductilidad es lo contrario, por lo que el objeto más frágil es la cuchara de cerámica, en segundo lugar de nuevo está la goma de borrar ya que se puede deformar bastante sin romperse. Y el clip es el objeto menos frágil.

El acero es un material muy tenaz, así que el clip lo ponemos en primer lugar, después está la goma de borrar y al final con valor de 3 ponemos la cuchara de cerámica que no absorbe casi nada de energía antes de romperse ya que se rompe con facilidad al no tener elasticidad. Tenemos finalmente la tabla de esta manera: Objeto y material Propiedad mecánica

CLIP

METAL

CUCHARA CERÁMICA

CERÁMICO

GOMA DE BORRAR

POLÍMERO DUREZA 2 1 3 RIGIDEZ 2 1 3 FRAGILIDAD 3 1 2 DUCTILIDAD 1 3 2 TENACIDAD Kic 1 3 2 3) Proponga un cambio de material para cambiar algunas de las propiedades de cada

objeto y hacerlo más útil o más barato para una aplicación concreta. En el primer objeto estudiado, el clip, con el fin de reducir costes, se puede modificar el material de éste por plástico. Para la cuchara, una mejora es fabricarla de plástico con el fin de evitar la ruptura por impacto. Además, presenta otra ventaja en cuanto a costes, debido a que resulta más económico. Finalmente, se cambiaría el material de la goma de borrar a un material capaz de borrar bolígrafo, no solo lapicero. Una opción práctica es hacer una sola goma con dos lados, uno con la goma que hemos estudiado, la cual borraba lápiz, y en el otro lado añadir una goma de borrar tinta, con pequeñas partículas de metal que desgarran el papel.