Propiedades Mecánicas de Materiales: Esfuerzos, Deformación y Resistencia

Propiedades Mecánicas de los Materiales: Esfuerzos y Deformaciones

Las propiedades mecánicas determinan el comportamiento de los materiales cuando se les sujeta a esfuerzos mecánicos. Estas propiedades incluyen el módulo de elasticidad, ductilidad y dureza.

Relaciones Esfuerzo-Deformación

Es la relación básica que describe las propiedades mecánicas de los materiales. Existen 5 tipos de esfuerzos estáticos a los que se pueden someter los materiales: tensión, compresión, flexión, tensión y corte.

Propiedades de Tensión

Es el ensayo más usado para estudiar la relación esfuerzo-deformación, particularmente en los metales. El ensayo de tensión mide la resistencia de un material a una fuerza estática gradualmente aplicada.

Tensión-Deformación

La tensión en la barra es igual al cociente entre la fuerza de tensión (carga) uniaxial media F y la sección transversal original (Ao) de la barra.

Deformación o Alargamiento

Cuando se aplica a una barra una tensión uniaxial, se produce una elongación de la varilla en la dirección de la fuerza (diferencia de longitud entre longitud inicial).

Propiedades en Tensión

La resistencia máxima a la tensión es la tensión máxima alcanzada en la curva de tensión-deformación. El esfuerzo de fractura es la resistencia calculada inmediatamente antes de la rotura. La reducción del área se obtiene del ensayo de tensión utilizando una muestra de 0.5 pulgadas de diámetro. Después de la prueba, se mide el diámetro de la sección al fracturar, de tal forma que la reducción de área = (diferencia de área / área inicial).

Propiedades en Compresión

Ensayo que se aplica a una carga que aplasta un espécimen cilíndrico. Esfuerzo ingenieril = F/Ao. Deformación ingenieril = (h-ho)/ho.

Fragilidad (Primera Mención)

Es la capacidad de un metal para soportar, en estado sólido y en caliente, una variación de su forma por acciones mecánicas de golpeteo (martillos, prensas, láminas).

Ductilidad

Capacidad de un material para deformarse plásticamente sin fracturarse. Puede medirse a partir de la elongación o de la reducción de área.

Tenacidad

Capacidad de los materiales de absorber energía o bien absorber trabajo antes de la ruptura. Un material es tanto más tenaz cuanto mayor cantidad de trabajo se necesita para deformarlo, por ejemplo, el acero dulce. Mediante tratamientos mecánicos (martillado, trefilado, laminado) se puede mejorar esta propiedad. Si no hay deformación plástica, prácticamente no hay tenacidad, ya que si a un sólido frágil le entregamos energía, se rompe.

Fragilidad (Segunda Mención)

Propiedad contraria a la tenacidad, es decir, un material que carece de tenacidad es frágil. Los materiales frágiles ofrecen poca resistencia al choque, carecen de periodo plástico y, en consecuencia, tienen el límite de elasticidad y el de rotura más próximos.

Cohesión

Resistencia que oponen los átomos de los metales a separarse entre sí. Tener más o menos cohesión depende de cómo están enlazados los átomos. La cohesión de los metales permite pequeñas separaciones de sus átomos al aplicar fuerzas exteriores; por esta razón, los metales son elásticos. (A mayor cohesión, mayor lubricante; a mayor temperatura, menor cohesión).

Elasticidad

Propiedad en la cual un cuerpo deformado por fuerzas exteriores retoma su forma original.

Plasticidad

Capacidad de los cuerpos para adquirir deformaciones permanentes sin llegar a la rotura.

Maleabilidad

Propiedad que modifica la forma en frío por acciones mecánicas de golpeo.

Soldabilidad

Propiedad de poder unir varios trozos de un mismo metal hasta formar uno solo.

Dureza

Mide la resistencia de la superficie de un material a la penetración de un objeto duro.

Flexión

El proceso de doblar una sección transversal rectangular.

Impacto

El ensayo se utiliza para evaluar la fragilidad de un material bajo las siguientes condiciones: fuerza grande, alta velocidad y corto tiempo.