Introducción a los materiales

INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES
Se dice que existen más de 50 000 materiales disponibles para el ingeniero. En el diseño de una estructura o dispositivo, ¿cómo elegirá el ingeniero entre un menú tan amplio el material más adecuado? Los errores pueden causar desastres. Durante la Segunda Guerra Mundial, un tipo de barco mercante fabricado por soldadura sufrió grandes pérdidas pero no causadaspor el enemigo, sino a causa de que se partió por la mitad en el mar: la tenacidad a la fractura del acero, en particular la de las soldaduras 1-1, era muy pequeña.
Más recientemente, tres aviones Comet se perdieron antes de que se cayera en la cuenta de que el valor de diseño de la resistencia a la fatiga para los marcos de las ventanillas era superior a la del material elegido. El lector mismotendrá experiencias negativas a causa de un mal diseño en aparatos de plástico: sus frecuentes fallos se deben a que el que los diseñó probablemente no consideró el bajo módulo que tienen los polímeros.
La mayoría de los componentes de ingeniería están fabricados con metales y aleaciones, más que con ningún otro tipo de material. Pero, de forma creciente, los polímeros son cada vez másatractivos para el diseñador a causa de que ofrecen una buena combinación de propiedades. Y basta con leer un periódico para cerciorarse de que las cerámicas, aún en desarrollo en el mundo, son un tipo de material de ingeniería emergente que permite fabricar motores más eficientes desde el punto de vista térmico, cuchillos más afilados y cojinetes con menos fricción. El ingeniero puede combinar lasmejores de estas propiedades para producir materiales compuestos (el más típico es la fibra de vidrio), que también ofrecen un atractivo conjunto de propiedades. Y finalmente no podemos ignorar losmateriales naturales, como la madera o la piel, que poseen propiedades que –incluso con los desarrollos científicos actuales en ciencia de materiales– son difíciles de superar.
EJEMPLOS DE SELECCIÓN DEMATERIALES
Un alto módulo es uno de los criterios de selección de un material para la varilla de un destornillador, pero no el único. La varilla ha de tener, además, un alto límite elástico. Si no lo tiene se doblará o torcerá cuando se gire con fuerza (los malos destornilladores lo hacen). Además, debe tener una gran dureza, porque si no se dañará con la cabeza del tornillo. En conjunto, elmaterial de la varilla, incluyendo su extremo plano, no sólo debe cumplir estos requisitos sino que además ha de soportar una posible rotura –el vidrio, por ejemplo, tiene un alto módulo, un alto límite elástico y una gran dureza, pero no es una buena elección para esta aplicación porque es muy frágil. De forma más precisa, diremos que posee una baja tenacidad a la fractura; la del acero es alta,pues se deforma antes de romperse.
El mango del destornillador es de un polímero o plástico, en este caso polimetacrilato de metilo, también conocido como PMMA, “plexiglas” o “perspex”. El mango tiene una sección mayor que la varilla, por lo que su posible torsión, y por tanto su módulo, importan menos. No sería muy conveniente un elastómero blando (otro polímero) porque su módulo es demasiadobajo, aunque un recubrimiento fino de caucho podría ser útil gracias a su elevado coeficiente de fricción, evitando que se deslice. Antiguamente, por supuesto, los mangos de las herramientas se hacían de otro polímero natural –madera– y, quitando importancia al volumen consumido por año, la madera aún es el polímero más importante disponible para el ingeniero. La madera se remplaza por PMMAporque éste se reblandece con la temperatura y se puede moldear de forma sencilla y darle formas complejas. Es fácil de fabricar para esta aplicación. También se elige por cuestiones estéticas: su aspecto, su textura, son adecuados; además, su densidad es baja, por lo que no hace pesado al destornillador. Por último, el PMMA es barato, lo que permite que el producto final tenga un precio razonable....