Aherencia

RESISTENCIA A LA FLEXIÓN EN MATERIALES CERÁMICOS: LA CERÁMICA Y LA MADERA

I. RESUMEN

En la presente práctica de laboratorio vimos una de las propiedades de los materiales que es el ensayo a la flexión para materiales cerámicos. Utilizamos listones de madera (cedro, tornillo, copaiba) así como varias cerámicas de piso de distintas marcas, para que las fuerzas se distribuyan de manera uniforme también se les corto de un tamaño determinado; una vez lijadas y cortadas las mayólicas se les llevó a la máquina de flexión obteniendo la resistencia a la flexión de las probetas las cuales serán comparadas con los demás grupos.

II. OBJETIVOS

2.1. Determinar la resistencia a la flexión (N/mm2) de los listones de madera como de la cerámica para piso.

2.2. Determinar en que afecta la variación del spam con respecto a la fuerza aplicada.

2.3. Determinar que madera como cerámica es la más resistente.

III. MARCO TEÓRICO

3.1. Propiedades mecánicas en cerámicos

Los materiales cerámicos son buenos aislantes y que además tienen la propiedad de tener una temperatura de fusión y resistencia en compresión elevadas. Así mismo, su módulo de Young (pendiente hasta el límite elástico que se forma en un ensayo de tracción) también es muy elevado (lo que llamamos fragilidad).

Todas estas propiedades, hacen que los materiales cerámicos sean imposibles de fundir y de mecanizar por medios tradicionales (fresado, torneado, brochado, etc.).

El conocimiento de las propiedades mecánicas de cualquier material de ingeniería es necesario para su utilización en aplicaciones estructurales, donde el material será requerido para soportar cargas. Las propiedades mecánicas más estudiadas son:

• DUREZA

• TENACIDAD

• RESISTENCIA MECÁNICA

También se estudia resistencia a la oxidación, al choque térmico, al desgaste y a la fluencia lenta.

DUREZA

Como es de esperar en materiales con enlaces atómicos fuertes, la dureza es elevada. La forma habitual de medir la dureza en materiales cerámicos es mediante dureza Vickers o Knoop (penetradores de diamante).Como ocurre generalmente para materiales duros y frágiles, la dureza es proporcional a la carga aplicada hasta un valor de carga a partir del cual es independiente. En general se calcula como:

La dureza se ve influenciada por:

- cantidad de fase intergranular

- tipo de fase intergranular

- porosidad (relación lineal entre 90-100% D.T.)

- relación de fases presentes

RESISTENCIA MECÁNICA

La falta de plasticidad de los cerámicos se debe al tipo de enlace que presentan, iónico + covalente. En los cerámicos con enlace fundamentalmente covalente, la aplicación de un esfuerzo provoca la separación de las uniones de pares de electrones sin que el enlace se vuelva a formar nuevamente, esto da lugar a una fractura frágil. Los materiales cerámicos con enlace iónico (MgO, ClNa) se deforman de manera diferente. Los monocristales presentan una deformación plástica importante cuando se los somete a compresión a temperatura ambiente. Sin embargo, los policristales se comportan de manera frágil. La resistencia de un material cerámico policristalino está determinada fundamentalmente por: composición química, microestructura y condiciones superficiales.

Factores que afectan la resistencia mecánica

- Composición química

- Método de procesamiento

- Porosidad

- Preparación superficial

- Tipo y cantidad de fase intergranular (a elevada temperatura)

TENACIDAD A LA FRACTURA KIC

Debido a su enlace los materiales cerámicos presentan una muy baja tenacidad a la fractura.

Materiales como Si3N4 y SiC presentan valores cercanos a 3MPa√m, dentro de los cerámicos la circonia ZrO2 es el más tenaz alcanza valoresde hasta 12 MPa√m.

La tenacidad aumenta con:

- La relación de aspecto

- El tamaño de grano

- La cantidad de fase intergranular

FIABILIDAD DE CERÁMICAS ESTRUCTURALES

En los materiales cerámicos la fiabilidad estructural está determinada por defectos microestructurales.

Tipos de defectos:

- Defectos intrínsecos del material (bordes de grano, puntos triples)

- Inhomogeneidades creadas en el procesamiento o en la preparación de las superficies (aglomerados, inhomogeneidades químicas, inclusiones poros, grietas superficiales)

Los defectos inducidos por procesamiento son los más importantes de cara a la fiabilidad.

3.2. Resistencia a la Flexión

Dada la esbeltez de la baldosa cerámica (mayólica cerámica), con grandes dimensiones de longitud y anchura respecto al grosor, la resistencia a la flexión nos aproxima a la resistencia mecánica de la pieza en su conjunto, ante agresiones de diferente naturaleza: cargas dinámicas y estáticas, rodaduras e impactos.

La norma EN 14411 contempla dos magnitudes para evaluar la resistencia mecánica:

- La fuerza de rotura, en relación directa con la carga aplicada sobre la baldosa, con un coeficiente corrector que relaciona la distancia entre apoyos y la anchura de la probeta, expresada en newtons (N). En resultado del ensayo es función del grosor de la baldosa para un mismo tipo de material.

- El modulo de rotura, también denominado resistencia a la flexión, que se deduce de la magnitud fuerza de rotura a través de una fórmula matemática (fuerza de rotura dividida por el cuadrado del grosor mínimo en la sección de rotura). El resultado del ensayo, expresado en newtons por milímetro cuadrado (N/mm2), nos aproxima a la resistencia mecánica de la baldosa cerámica independientemente de su grosor.

La resistencia a la flexión según ISO 10545-4

La norma internacional ISO 10545-4 establece un método de ensayo para la determinación de la resistencia a la flexión o módulo de rotura, y la fuerza de rotura para todo tipo de baldosas cerámicas. Le módulo de rotura solamente se mide en baldosas cuya fuerza de rotura sea inferior a 3000 N (Newton). El método de ensayo contempla las siguientes magnitudes:

De las anteriores definiciones, las personas que trabajan con baldosas (el Alicatador/Soldador) debe recordar la fuerza de rotura (S) expresad en Newtons (N) y la resistencia a la flexión o modulo de rotura (R), expresado en Newtons por milímetro cuadrado (N/mm2). Ambas magnitudes deben venir reflejadas en la documentación técnica suministrada por el fabricante y, además, forman parte del marcado y etiquetado, según los Anexos ZA y ZB de la norma EN 14411:

- En

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