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El uso y las aplicaciones de los diferentes materiales es extenso. Desde pequeñas estructuras hasta inmensas edificaciones o reactores. La selección de estos va a depender de las propiedades mecánicas de los materiales. Además, al conocer bien las las propiedades mecánicas de los materiales podremos entender con mayor claridad el comportamiento de un material frente a una carga o esfuerzos mecánicos.
Es importante conocer las propiedades mecánicas de los materiales, ya que de esa manera un ingeniero podrá diseñar una estructura de la forma más eficiente. Sin embargo, el número de propiedades mecánicas un tanto larga, pero en seguida se busca cubrir una lista de las propiedades mecánicas más comunes en los diferentes materiales.
Propiedades Mecánicas de los Materiales Más Comunes
Las 12 propiedades mecánicas de los materiales más comunes y las que mayor se presta atención, se pueden apreciar en la siguiente lista. Son precisamente esas propiedades de mayor interés a la hora de evaluar a un material.
- Módulo de Young
- Dureza
- Tenacidad
- Resistencia
- Elasticidad
- Plasticidad
- Fragilidad
- Ductilidad
- Maleabilidad
- Resistencia a la tracción
- Resistencia a la fatiga
- Templabilidad
Módulo De Young
El módulo de Young es uno de los factores mas importantes a la hora de determinar que material es adecuado para una determinada aplicación.
La rigidez se entiende como el módulo de Young. Que a su vez es conocido como el módulo de elasticidad.
A través del cálculo del módulo de Young vamos a poder conocer la rigidez de un material. Cuando mayor sea el valor de esta propiedad mecánica, indicará que mayor será la rigidez del material.
Por otro lado, mientras menor sea el valor del módulo de Young del material, indicará que mayor será la elasticidad del material.
Dureza De Los Materiales
Desde la perspectiva de la escala Mohs se considera a la dureza, como la resistencia que ofrece un material en su superficie a ser rayado. Por lo tanto, si un material es capaz de rayar a otro, indicará que el material rayado será menos duro.
El diamante es el material más duro que se conoce y representa una dureza de 10 en la escala de dureza Mohs.
Pero la dureza también se puede medir por otros métodos. Puede ser por rascado, rebote o indentación. Donde el método más utilizado en ingeniería es el ensayo de dureza Brinell. Otro método muy usado es el ensayo de dureza knoop.
En ese caso la dureza se entiende como la resistencia que ofrecen los materiales a la deformación plástica en sus superficies.
Pero los materiales duros suelen ser frágiles. Es decir que los materiales cuya propiedad mecánica de dureza es alta, es más propenso a sufrir fractura.
Pero también los materiales de buena dureza son importantes. Porque son los adecuados para trabajos de desgaste.
Tenacidad
Esta propiedad mecánica indica cuanta energía puede llegar a absorber un material antes de sufrir fractura. Es decir, por medio de esta propiedad mecánica vamos a determinar el impacto que es capaz de soportar un material antes de que se rompa.
Podemos calcular el valor de la tenacidad haciendo uso de la tensión-deformación de cada material.
Los materiales presentan buena tenacidad cuando cuentan con propiedades mecánicas de resistencia y ductilidad buenas.
En ingeniería debe tenerse en cuenta que para que un material sea lo suficientemente resistente. Deben tener buena resistencia y buena ductilidad.
Resistencia De Los Materiales
Es la propiedad mecánica de los materiales que les brinda la capacidad para oponerse a la deformación o descomposición.
En la ingeniería los materiales deben de tener buena resistencia. Porque estarán trabajando bajo variedad de fuerzas.
Elasticidad
Es la propiedad mecánica que le permite a un material deformarse de manera reversible. Es decir, un material puede sufrir deformación cuando se encuentra bajo fuerzas mecánicas externas. Una vez que se le eliminan o retiran tales fuerzas mecánicas, el material recupera su forma y tamaño inicial.
Plasticidad
Es una de las propiedades mecánicas, que les permite a los materiales a deformarse de manera irreversible sin sufrir rotura. Es decir que el material adoptara una nueva forma después de haberle aplicado fuerzas externas.
Esto sucede debido a las tensiones o las fuerzas aplicadas al material. Estas tensiones son superiores a las que soporta el material en su límite elástico.
Los materiales que tienen buenas propiedades de plasticidad son buenos para ser formados.
Fragilidad
Propiedad mecánica de los materiales que les permite romperse con facilidad.
Esta propiedad mecánica no es muy deseada en la ingeniería. Debido a que en ingeniería se busca estabilidad y generalmente los materiales se encuentran trabajando bajo grandes esfuerzos y muchas veces bajo múltiples esfuerzos.
La fragilidad, indica que un material se rompe o se fractura al sufrir poca deformación.
Esta propiedad mecánica es la opuesta a la ductilidad.
Ductilidad
Esta es una de las propiedades mecánicas muy característico de algunos metales. Esta propiedad mecánica indica la facilidad con la que un material puede deformarse bajo tensiones por TENSION. La ductilidad se encuentra muy relacionado a la plasticidad. Ya que los materiales dúctiles reciben grandes deformaciones plásticas antes de sufrir rotura.
Los materiales dúctiles se caracterizan por su capacidad para formar largos hilos y alambres. Un material metálico con buena ductilidad es el cobre.
Representación De Materiales Dúctiles Y Frágiles
La siguiente es una representación de los materiales dúctiles y materiales frágiles. En una gráfica de esfuerzo-deformación.
Representación De Materiales Dúctiles Y Frágiles
El material dúctil se ha deformado mucho antes del punto de fractura F.
Para el material frágil. La rotura F ocurre poco después de que alcanza el límite elástico E. Y la fuerza máxima es igual al punto de fractura.
Algo típico de ver en los materiales dúctiles es el cuello de botella. Mientras que en los materiales frágiles no ocurre lo mismo.
Maleabilidad
Otra de las propiedades mecánicas muy característicos de algunos metales, como el aluminio. Esta propiedad indica la facilidad con la que un material sufre deformación bajo tensiones por COMPRESION.
Esta propiedad también se encuentra relacionado con la plasticidad. Y básicamente consiste en formar laminas después de formarse al martillarse o rodarse.
La maleabilidad y la ductilidad se pueden incrementar. Ambas propiedades mecánicas se pueden ver influenciadas con la temperatura. Al aumentar la temperatura, ambas propiedades mecánicas incrementan.
Resistencia A La Tracción
Esta propiedad mecánica indica cual será la fuerza máxima que un material puede soportar antes de sufrir rotura.
Es una de las propiedades más tomadas en cuenta en la ingeniería.
También se le conoce como fuerza de tensión o resistencia de máxima tracción. Esta propiedad mecánica es medida en MPa.
Resistencia A La Fatiga
La resistencia a la fatiga es una propiedad mecánica que indica la capacidad que tiene un material para soportar los trabajos, esfuerzo o tensiones cíclicas.
Un material puede llegar a tener un periodo de vida considerablemente largo si es que la tensión o cargas que se le aplican al material o la pieza se encuentran por abajo del límite fatiga.
Esta es una de las propiedades más importantes a la hora de crear y diseñar piezas, que estén sometidas a tensión cíclica. Un ejemplo de ello son los ejes.
Otro de los factores que puede influenciar la fatiga de las piezas es el tipo de grano que posee el material.
Templabilidad
Esta propiedad mecánica les permite a los materiales adquirir o aumentar dureza. Esto se consigue al hacer pasar los materiales por tratamientos térmicos. La templabilidad se lleva solo a bajo determinadas condiciones.
Ensayos y Pruebas Para la Obtención de las Propiedades Mecánicas de los Materiales
La aplicación de ensayos de tensión nos ayuda para obtener las siguientes propiedades mecánicas
- Resistencia a la tensión
- Propiedades elásticas
- Ductilidad
Los ensayos de flexión nos permiten obtener información sobre las siguientes propiedades mecánicas según el comportamiento que los materiales tengan frente a cargas de flexión.
- La resistencia a la flexión
- Módulo de elasticidad
- Deformación en la rotura
- Módulo de corte
- Resistencia a la fatiga
- Comportamiento frente a impactos
- Ductilidad
Los ensayos de dureza nos sirven para poder determinar las siguientes propiedades mecánicas. Según el tipo de ensayo que se realice y las características y el comportamiento durante el ensayo podemos obtener las siguientes.
- Propiedad de dureza Brinell
- Dureza rockwell
- Dureza Vickers
- Valor de dureza Knoop
- Resistencia a la abrasión
El ensayo de impacto proporciona información útil sobre las propiedades mecánicas de los materiales cuando estos se encuentran bajo condiciones de carga de impacto.
- Tenacidad de impacto
- Resiliencia del material
- Fragilidad
- Temperatura de transición vítrea
A través del ensayo de fatiga se pueden determinar propiedades mecánicas y características del material, como las siguientes.
- Vida útil del material
- Resistencia a la fatiga
- Identificación de puntos críticos del material
Otro ensayo que proporciona información sobre las propiedades mecánicas importantes es el ensayo de termofluencia.
- Tasa de fluencia
- Vida útil a la termofluencia
- Deformación permanente
- Temperatura critica de termofluencia
