Conceptos Clave de la Ingeniería de Materiales: Resistencia, Dureza y Fatiga

Propiedades Fundamentales y Comportamiento de Materiales

Propiedades Mecánicas de Resistencia

Resistencia a la Torsión

Un cuerpo está sometido a torsión cuando se intenta girar sus extremos en sentidos opuestos. Se encuentran sometidos a torsión todos los ejes que transmiten movimientos de giro, como los destornilladores o las llaves de una cerradura.

Cizalladura o Cortadura

Un cuerpo se encuentra sometido a cortadura cuando sobre él actúan dos fuerzas paralelas de sentido contrario en planos paralelos ligeramente separados.

Tenacidad

Capacidad del material de absorber energía antes de romperse. Se cuantifica mediante el área bajo la curva en un diagrama de esfuerzo-deformación.

La tenacidad es la propiedad que permite a un objeto soportar impactos sin romperse.

• Ejemplo: Un yunque o un martillo deben construirse con material tenaz.
• Contraste: El cristal que protege la manguera de incendios ha de ser frágil y no tenaz para que pueda romperse con un pequeño golpe.

Fragilidad

La fragilidad es justamente lo contrario de la tenacidad. Un material es frágil cuando se rompe al aplicar una fuerza, sin deformarse previamente. Los materiales frágiles tienen las fases elástica y plástica muy reducidas.

• Ejemplo: El cristal de emergencia de un autobús deberá ser frágil para que, en caso de accidente, se pueda romper con un pequeño golpe.

Dureza

La dureza mide el grado de oposición de un material a ser rayado o a desgastarse. Un material es más duro que otro si no puede ser rayado por él.

Generalmente, la dureza suele ir unida a la fragilidad: cuanto más duro es un material, más frágil resulta.

Comportamiento Bajo Esfuerzos Cíclicos y Deformación

Fatiga

La fatiga se puede definir como una fractura progresiva. Se produce cuando una pieza está sometida a un esfuerzo repetido o cíclico, como una vibración. Aunque no se supere el límite elástico, el material puede romperse en poco tiempo.

Durante el movimiento cíclico, no se observa deformación aparente, pero se van produciendo pequeñas grietas hasta que la pieza no puede soportar el esfuerzo y se rompe.

Vida a Fatiga

Número de ciclos necesarios para producir la rotura a un nivel especificado de tensiones.

Elasticidad

Propiedad que tienen los cuerpos de cambiar su forma cuando se les aplica una fuerza adecuada y de recobrar la forma original cuando se suspende la acción de la fuerza.

La elasticidad tiene un límite: si se sobrepasa, el cuerpo sufre una deformación permanente o se rompe.

Anaelasticidad

Se llama anaelasticidad al comportamiento elástico dependiente del tiempo, causado por los mecanismos microscópicos que tienen lugar cuando el material se deforma.

En muchos materiales de ingeniería, la deformación elástica continúa aumentando después de aplicar la carga, y al retirar la carga se requiere que transcurra algún tiempo para que el material se recupere completamente. Por esto decimos que depende del tiempo.

Propiedades Físicas y Químicas

Conductividad Térmica

Un material es un buen conductor térmico cuando deja pasar el calor con facilidad. En caso contrario, su conductividad térmica será baja.

• Ejemplo: Todos los metales son buenos conductores del calor, mientras que el aire es un buen aislante térmico.

Corrosión

Cuando la oxidación de un material concreto se produce en un ambiente húmedo o en presencia de otras sustancias agresivas, se denomina corrosión.