Propiedades Mecánicas de Materiales: Definiciones Clave y Ensayos Fundamentales

Propiedades Mecánicas Fundamentales de los Materiales

Conceptos Elásticos y de Deformación

• Módulo de Resiliencia: Es la energía (por unidad de volumen) que el material absorbe o libera durante la aplicación o liberación de la carga respectiva en la zona elástica.
• Coeficiente de Poisson: Es el coeficiente que relaciona la deformación longitudinal con la deformación lateral en la zona elástica debido a un esfuerzo simple.
• Resistencia a la Tensión: Es el esfuerzo máximo sobre la curva de esfuerzo-deformación. En muchos materiales dúctiles (que se pueden estirar), la deformación no es uniforme, apareciendo un “encuellamiento” (zona de estricción).

Energía y Comportamiento Final

• Tenacidad: La energía (por unidad de volumen) que el material absorbe antes de la ruptura. En ensayos de tracción es el área bajo la curva.
• Ductilidad y Fragilidad: La ductilidad mide el grado de deformación que puede soportar un material sin romperse. Los materiales muy dúctiles (que se pueden estirar mucho) son menos frágiles. Los materiales poco dúctiles (que no se pueden estirar) son muy frágiles.
• Tensión de Seguridad: Es el esfuerzo para el cual existe una seguridad frente a la ruptura.

Ensayos Mecánicos Comunes

Ensayo de Flexión

Este ensayo se suele realizar cuando el material es demasiado frágil. Al aplicar carga en tres puntos se causa flexión.

Se genera tensión sobre la superficie opuesta a la que actúa la carga.

Ensayo de Charpy

El ensayo Charpy permite calcular cuánta energía (resiliencia) logra absorber una probeta al ser golpeada por un pesado péndulo antes de romperse.

Ensayos de Dureza

La dureza puede definirse como la resistencia de un material a la penetración o formación de huellas localizadas en una superficie.

Ensayo de Dureza de Vickers

Una pirámide de diamante se oprime contra la superficie del material.

• Se usa el índice de Vickers (HV) (microdureza).

Ensayo de Dureza Brinell

Una esfera de acero se oprime contra la superficie del material. Se usa el índice Brinell (HB). Es barato y se usa en fundiciones.

Ensayo de Dureza Rockwell

Igual que lo anterior, pero se emplea un indentador de cono de diamante o una bola pequeña de acero. Se usa para materiales más duros. Se utiliza el índice Rockwell (HR) y es más precisa.

Comportamiento Bajo Cargas Cíclicas

Ensayo de Fatiga

En ocasiones un material está sometido a la aplicación cíclica de un esfuerzo menor al de fluencia. Aun cuando este esfuerzo está por debajo del límite elástico, el material puede fallar (romperse). Este tipo de falla se conoce como fatiga.

El proceso de falla por fatiga sigue estos pasos:

1. Se inicia una grieta.
2. La grieta se propaga gradualmente.
3. Cuando la sección transversal es demasiado pequeña, se produce la fractura.

Parámetros de Fatiga

• Esfuerzo Límite: Es el esfuerzo por debajo del cual existe una probabilidad del 50% que ocurra una falla por fatiga.
• Vida a Fatiga: Es el número de ciclos que resiste un material a un esfuerzo particular.
• Resistencia a la Fatiga: Es el esfuerzo máximo en el que no habrá fatiga a un número alto de ciclos, como por ejemplo 50,000,000.