Propiedades Mecánicas de Materiales: Estructura, Resistencia y Ensayos
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Propiedades Mecánicas de Materiales
Un material tiene estructura cristalina cuando todos sus átomos están ordenados en el espacio, repitiendo una distribución espacial. Existen diferentes tipos de estructuras cristalinas:
- BCC (Cúbica Centrada en el Cuerpo): Los átomos se sitúan en los vértices y en el centro del cubo.
- FCC (Cúbica Centrada en las Caras): Los átomos se sitúan en los vértices y en los centros de cada cara.
- CP (Hexagonal Compacta): Los átomos se sitúan en los vértices y centro de la cara del hexágono, y se colocan otros 3 átomos internos en triángulo.
Se denominan sólidos cristalinos aquellos en los que los átomos, iones o moléculas se repiten de forma ordenada y periódica en las tres direcciones. En los materiales amorfos no existe una distribución regular dentro del sólido. La temperatura de fusión de un sólido cristalino es precisa y está bien definida, no así en los amorfos.
Propiedades Mecánicas
Resistencia: Se opone a la deformación o ruptura del material en presencia de fuerzas o cargas externas.
Tenacidad: Es la capacidad de un material para absorber la energía y deformarse plásticamente sin fracturarse.
Dureza: Es la capacidad para resistir el cambio de forma permanente debido a la tensión externa.
Fragilidad: Indica la facilidad con la que se fractura un material cuando se somete a una fuerza o carga.
Maleabilidad: La facilidad con la que un material se deforma bajo tensión de compresión en forma de lámina.
Fluencia: La tendencia del material a moverse lentamente y a deformarse permanentemente bajo la influencia de una tensión mecánica externa.
Fatiga: Se trata del debilitamiento del material causado por la carga repetida del mismo.
La resiliencia probada se define como la energía máxima que puede ser absorbida sin que se produzca una deformación permanente.
Ensayo de Tracción
Este ensayo permite conocer cómo se deformará un material ante un esfuerzo de tracción determinado. Se escoge una probeta de un material y se sitúa entre las mordazas de la máquina de ensayos. Se somete la probeta a un esfuerzo de tracción creciente a lo largo de su eje y se determina el alargamiento que sufre hasta que se rompe.
La tensión (σ) es el cociente entre la fuerza aplicada sobre la probeta (F) y el área de su sección (S).
La deformación o alargamiento unitario (ε) de la probeta es el cociente entre el alargamiento producido y la longitud inicial.
El esfuerzo se refiere a la fuerza aplicada por unidad de área en un material. Se expresa en unidades de presión, como pascal (Pa) o megapascal (MPa). Hay diferentes tipos de esfuerzo, como el esfuerzo normal (fuerza perpendicular a la superficie) y el esfuerzo cortante (fuerza tangencial a la superficie).
La deformación es el cambio relativo en la forma o tamaño de un objeto debido a la aplicación de fuerzas externas.
La ley de Hooke es fundamental de la mecánica de materiales que establece que el esfuerzo aplicado a un material es proporcional a la deformación resultante, si el material permanece en el rango elástico.
El módulo elástico es una medida de la rigidez de un material. Se denota comúnmente por la letra E y se utiliza en la ley de Hooke para relacionar el esfuerzo y la deformación en un material elástico. Cuanto mayor sea el módulo elástico, más rígido será el material.