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Todo lo que debes saber sobre las propiedades mecánicas

Propiedades mecánicas

A menudo, los materiales están sujetos a fuerzas cuando se utilizan. Los ingenieros mecánicos y científicos de materiales calculan esas fuerzas y cómo los materiales se deforman (alargan, comprimen, tuercen) o se rompen en función de la carga aplicada, el tiempo, la temperatura y otras condiciones.

Los científicos de materiales aprenden sobre estas propiedades mecánicas mediante el análisis de materiales. Los resultados de las pruebas dependen del tamaño y la forma del material a analizar (muestra), cómo se sostiene y la forma de realizar la prueba.

Resistencia a la tracción y estrés tensil

Quizás la prueba más natural de las propiedades mecánicas de un material es la prueba de tensión, en la cual
una tira o cilindro del material, que tiene longitud L y área de sección transversal A, está anclado en uno
fin y sometidos a una carga axial P – una carga que actúa a lo largo del eje longitudinal de la muestra – en el
otro.

A medida que la carga aumenta gradualmente, la deflexión axial δ del extremo cargado aumentará también. Finalmente, el espécimen de prueba se rompe o hace algo catastrófico, a menudo se fractura de repente en dos o más piezas.

Los materiales pueden fallar mecánicamente en diferentes formas. Por ejemplo, recuerda cómo se rompían las tizas de la pizarra o una pieza de madera fresca.

Propiedades mecánicas
Propiedades mecánicas

En ingeniería se busca entender cuestiones tales como cómo δ se relaciona con P, y qué carga de fractura podríamos esperar en un espécimen de diferente tamaño que el original o cómo estas relaciones están influenciadas por la constitución y microestructura del material.

Deformación elástica

Cuando se elimina la tensión, el material vuelve a la dimensión que tenía antes de que se aplicara la carga. Válido para pequeñas cepas (excepto la caja de gomas).

La deformación es reversible, no permanente.

Deformación plástica

Cuando se elimina la tensión, el material no vuelve a su dimensión anterior. Hay una deformación permanente e irreversible.

Anelasticidad

Aquí el comportamiento es elástico pero la curva de tensión-deformación no es reversible de inmediato. La cepa tarda un tiempo en volver a cero.

El efecto es normalmente pequeño para los metales pero puede ser significativo para los polímeros.

Propiedades de tracción

Las propiedades de tracción son diferentes propiedades mecánicas que se evalúan según diferentes características.

Punto de rendimiento

Si el estrés es demasiado grande, la tensión se desvía de ser proporcional al estrés. El punto en el que esto sucede es el punto de fluencia porque ahí el material cede, deformándose de manera permanente (plásticamente).

El estrés de rendimiento

El estrés en el punto de fluencia se denomina límite elástico y es una medida importante de las propiedades mecánicas de los materiales. En la práctica, la tensión de fluencia se elige como la que causa una deformación permanente de 0,002.

El límite elástico mide la resistencia a la deformación plástica.

La razón de la deformación plástica, en materiales normales, no es que el enlace atómico se extienda más allá de la reparación, sino el movimiento de las dislocaciones, que implica romper y reformar los enlaces.

Propiedades mecánicas
Propiedades mecánicas

Resistencia a la tracción

Cuando el estrés continúa en el régimen de plástico, la tensión-deformación pasa por un máximo, llamada la resistencia a la tracción, y luego cae a medida que el material comienza a desarrollar un cuello y que finalmente se rompe en el punto de fractura .

Para aplicaciones estructurales, el límite de fluencia suele ser una propiedad más importante que la resistencia a la tracción, ya que una vez que se pasa, la estructura se ha deformado más allá de los límites aceptables.

También te pueden interesar las propiedades de los fluidos o las propiedades térmicas.

Ductilidad

La ductilidad es la capacidad de deformarse antes de romperse. Es lo opuesto a la fragilidad. La ductilidad puede darse como porcentaje máximo de elongación o reducción máxima del área.

Resistencia

Capacidad para absorber energía elásticamente. La energía por unidad de volumen es el área bajo la curva de tensión-esfuerzo en la región elástica.

Tenacidad

Capacidad de absorber energía hasta la fractura. La energía por unidad de volumen es el área total bajo la curva tensión-tensión. Se mide mediante una prueba de impacto.

Compresión, cizallamiento y deformación torsional

Las tensiones de compresión y cizallamiento proporcionan un comportamiento similar a las tensiones de tracción, pero en el caso de las tensiones de compresión no hay un máximo en la curva, ya que no se produce ningún estrechamiento.

Dureza

La dureza es la resistencia a la deformación plástica. Por lo tanto, es una medida de la deformación plástica, como lo es la resistencia a la tracción, por lo que están bien correlacionados.

Históricamente, se midió en una escala empírica, determinada por la capacidad de un material para rayar a otro, siendo el diamante el más duro y el talco el más suave. Ahora usamos pruebas estándar, donde una bola o punto se presiona en un material y se mide el tamaño de la abolladura.

Hay algunas pruebas de dureza diferentes: Rockwell, Brinell, Vickers, etc. Son populares porque son fáciles y no destructivas (excepto por la pequeña abolladura).

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