Propiedades del estado sólido

Cuando un material se somete a una carga que aumenta gradualmente, va experimentando una serie de modificaciones elásticas de su forma hasta, que alcanza un punto determinado (límite de elasticidad) a partir del cual el material es ya incapaz de volver a recuperar su forma inicial. Esto es debido a que las estructuras cristalinas de los materiales no son en modo alguno perfectas, por lo que las fracturas internas y la presencia de impurezas (inclusiones de otras sustancias) en su red hacen que muestre puntos más débiles.

La consecuencia de ello es la dislocación de las capas formadas por los átomos y moléculas y la aparición de una deformación permanente.

Aumentando ligeramente la carga aplicada se alcanza otro punto significativo llamado límite de carga, a partir del cual la materia continúa su deformación incluso si se reduce ligeramente la carga aplicada. Finalmente se alcanza el llamado límite de fractura, en el que el material se hace débil y frágil, quebrándose.

El conocimiento de estas características en los materiales empleados en la técnica es vital para garantizar que dichos materiales soportarán las cargas a las que se le someta. Asimismo, es preciso realizar un dimensionado correcto de la estructura para evitar fenómenos como la fatiga.

Esta se presenta cuando la aplicación constante de una carga sobre un elemento puede inducir la aparición de dislocaciones en su red que pueden dar lugar a la fractura de la pieza de forma súbita y al colapso de la estructura de la que forma parte.

Otra de las propiedades importantes de los sólidos es su dureza, que está asociada con la intensidad de los enlaces que existen entre sus átomos y moléculas. La dureza juega un papel muy importante en la técnica, por lo que se han desarrollado varios procesos para su medición.

La escala de dureza más conocida es la Mohs, que abarca del valor (correspondiente al talco, el más blando) al 10 (asignado al diamante, el mineral más duro).

Entre los diversos ensayos para la determinación de las durezas de los materiales cabe mencionar el Brinell, para una carga determinada aplicada durante 10 segundos; el Rockwell, en el que se mide la deformación producida por el impacto de un cono o una bola; el Shore, que se basa en el efecto producido por el rebote de un martillo con punta de diamante, y el Vickers, semejante al Brinell pero en el que se emplea una pirámide de diamante.

Los cuatro ensayos están asociados a escalas de dureza particulares, si  bien la dureza es de gran utilidad para muchas aplicaciones, a veces es necesario disponer de materiales que puedan estirarse con facilidad al objeto de obtener, por ejemplo, alambres.

Esta propiedad recibe el nombre de ductilidad y caracteriza a los metales. Asimismo, puede interesar obtener láminas extremadamente delgadas. Los materiales que presentan esta propiedad se dice que son maleables. Ambas propiedades pueden alterarse mediante tratamientos térmicos, lo que se aprovecha por ejemplo en los procesos metalúrgicos (obtención de aceros, etc.).

Las aleaciones alteran también las propiedades mecánicas de un determinado material. Esto se aprovecha, por ejemplo, para mezclar dos materiales previamente fundidos y obtener de este modo, una vez enfriado, un nuevo material cuyas propiedades ya no son iguales a las de ninguno de los dos de partida, pudiendo ser en algunos casos más adecuadas.

Estos materiales reciben el nombre de aleaciones y su obtención es un proceso usual en la metalurgia. Otro modo de alterar las propiedades mecánicas de un material o, en su caso, de mejorarlas con un propósito determinado, consiste en la inserción de fibras de otro material distinto, en el seno, del primero.

Publicado en Ciencias naturales y física