11-11-2016

CIENCIA DE MATERIALES

Miguel García Alonso

Grado en Ingeniería Mecánica

11-11-2016

Materiales seleccionados:

- Monedas

- Madera del lapicero

- Taza de porcelana

CLASIFICACIÓN Y DEFINICIÓN DE CADA MATERIAL:

Monedas (euros): Las monedas estas hechas de aleaciones, que son mezclas

homogéneas con propiedades metálicas de dos o más elementos, uno de los cuales,

al menos, debe ser un metal.

Las monedas de 1, 2 y 5 céntimos están hechas de acero recubierto de cobre. El

cobre es muy blando como para hacer una buena moneda, pero combinado con un

material más duro, funciona bien. El acero es una aleación de hierro con pequeños

contenidos de carbono que otorga tenacidad a la moneda mientras que el cobre que lo

recubre evita su corrosión, proporcionando ese color rojizo y el brillo característico.

Las monedas de 10, 20 y 50 céntimos están hechas de una aleación de cobre,

aluminio, zinc y estaño. El cobre blando se combina con una pequeña cantidad de

zinc, cambiándole completamente sus características de tal manera que sea un

material mucho más duradero.

El círculo interior de las monedas de 1 € y la corona exterior de las de 2 €, de color

plateado, están hechos del mismo material: se trata de una aleación de cobre y níquel.

El níquel se ha vuelto muy popular para usos en donde la dureza del metal es

importante. Por otra parte, el exterior de las monedas de 1 € y el interior de las de 2 €

están hechos de una aleación de níquel-latón. A su vez, el latón es una aleación de

cobre y zinc que otorga ese característico color dorado a estas partes de las monedas.

A lo largo de la historia se han utilizado gran cantidad de materiales para la

elaboración de monedas, algunos de gran valor como el oro o la plata.

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Madera de lapicero: Para la elaboración de lapiceros se suelen utilizar sobretodo

maderas de pinos y, en menor medida, de enebros y tilos. La madera más valorada

para fabricar lapiceros es la de cedro de incienso.

En cuanto a las propiedades mecánicas, la madera de pino tiene una flexión estática

baja, una cota de flexión grande, una cota de rigidez elástica, una cota de

perpendicular media, una flexión dinámica o de choque poco resistente, una cota

dinámica media, es muy laminable, muy adherente y tiene pequeña resistencia a la

rotura.

Taza de porcelana: Las tazas pueden ser de varios materiales, uno de ellos es la

porcelana. La porcelana nace de un polvo muy fino compuesto de feldespato y caolín.

A partir de esta base se hacen tres tipos de porcelana: la tierna, un compuesto con

arcilla y vidrio triturado que se cuece dos veces; la porcelana con huesos de buey

calcinados y piedra de Cornualles, especialidad inglesa y norteamericana, basada

también en dos cocidas; y finalmente la porcelana dura, usada comúnmente en

hostelería, obtenida añadiendo silicato sádico a los elementos indicados; una primera

cocida de este compuesto produce la porcelana cocida y una segunda la vitrificada

Otro material es el gres. El gres es una cerámica dura, compacta e impermeable. El

gres ordinario es arcilla plástica refractaria con algo de hierro ya veces sílice y

feldespato tiene grandes aplicaciones industriales, químicas, en revestimientos,

recipientes... El gres fino se obtiene principalmente a partir de caolín, cuarzo y

feldespato y se usa en materiales sanitarios, industria eléctrica y cerámica artística.

Por último, también se pueden hacer tazas con loza. La loza es una cerámica de

pasta porosa recubierta de un barniz vitrificado transparente u opaco. Su base es el

cuarzo y la sosa o la potasa. Con el tiempo esta mezcla se ha perfeccionado

añadiendo metales como el plomo o el estaño, gracias a los cuales se ha ampliado el

repertorio de colores.

Los materiales cerámicos son generalmente frágiles o vidriosos. Casi siempre se fracturan ante esfuerzos de tensión y presentan poca elasticidad, dado que tienden a ser materiales porosos. Los poros y otras imperfecciones microscópicas actúan como entallas o concentradores de esfuerzo, reduciendo la resistencia a los esfuerzos mencionados.

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El valor del módulo de elasticidad depende de la temperatura, disminuyendo de forma no lineal al aumentar ésta.

Estos materiales muestran deformaciones plásticas pero, en la mayoría de las ocasiones, son muy lentas.

Tienen elevada resistencia a la compresión si la comparamos con los metales incluso a temperaturas altas (hasta 1500 °C). Bajo cargas de compresión las grietas incipientes tienden a cerrarse, mientras que bajo cargas de tracción o cizalladura las grietas tienden a separarse, dando lugar a la fractura.

Los valores de tenacidad de fractura en los materiales cerámicos son muy bajos.

Una propiedad importante es el mantenimiento de las propiedades mecánicas a altas temperaturas.

TABLA COMPARATIVA DE PROPIEDADES MECÁNICAS

Objeto y Material → Propiedad Mecánica↓

MONEDADAS (euros)

METAL

TAZA DE PORCELANA

CERÁMICO

MADERA DE LAPICERO

POLÍMERO

DUREZA 2 1 3

RIGIDEZ 2 1 3

FRAGILIDAD 3 1 2

DUCTILIDAD 1 3 2

TENACIDAD Kic 1 3 2

La taza de porcelana es el material más duro por delante que las monedas y de la

madera ya que la cerámica ofrece una gran resistencia a ser rayado y el más rígido

puesto que la cerámica también tiene gran resistencia a doblarse o torcerse por la

acción de fuerzas exteriores que actúan sobre su superficie.

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A su vez, la taza de porcelana también es el material más frágil ya que la cerámica es

el material que más capacidad tiene para fracturarse sin apenas deformarse.

Las monedas son el elemento más dúctil ya que, al estar hechas de aleaciones

metálicas, pueden deformarse plásticamente de manera sostenible sin romperse al

verse sometidos a la acción de una fuerza y el elemento más tenaz ya que son

capaces de absorber o acumular gran cantidad de energía de deformación antes de

alcanzar la rotura en condiciones de impacto.

Ya que he escogido las monedas y estas están hechas con aleaciones metálicas, en la

siguiente tabla se pueden ver diferentes datos sobre aleaciones utilizadas para hacer

monedas.

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En la siguiente tabla se muestran diferentes datos sobre las propiedades mecánicas

de la madera de pino.

CAMBIO DE MATERIAL PARA CAMBIAR ALGUNAS DE LAS PROPIEDADES DE

CADA OBJETO Y HACERLO MÁS ÚTIL O MÁS BARATO PARA UNA APLICACIÓN

CONCRETA

Como he mencionado en el primer apartado la madera idónea para la fabricación de

lapiceros sería la del cedro de incienso ya que se deja trabajar de manera muy precisa

a máquina, la superficie queda muy suave y sin canales de resina, resiste

temperaturas y humedades sin torcerse, combarse, resquebrajarse o encogerse, tiene

una buena durabilidad natural. La única y principal pega es que encarecería de forma

bastante notable su fabricación.

Para la fabricación de tazas, la porcelana resulta demasiado cara por lo que otra

opción es la loza. Este material resulta mucho más poroso que la porcelana, de menor

dureza, más peso y que tiende a rayarse más con el uso de los cubiertos (por lo que

es menos higiénico).

Las monedas pueden fabricarse de muchos materiales. Hoy en día, a diferencia de

siglos atrás, las monedas no tienen apenas valor físico por lo que se fabrican con

aleaciones de metales bastante económicos ya que lo que se busca se que sean

resistentes y lo más duraderas posibles.