PROPIEDADES MECANICAS DE UN MATERIAL

PROPIEDADES MECANICAS

Las propiedades mecánicas de un material describen cómo reaccionará a las fuerzas físicas. Las propiedades mecánicas se producen como resultado de las propiedades físicas inherentes a cada material y se determinan a través de una serie de pruebas mecánicas estandarizadas.

Fuerza La resistencia tiene varias definiciones según el tipo de material y la aplicación. Antes de elegir un material basado en su resistencia publicada o medida, es importante comprender la manera en que se define la resistencia y cómo se mide. Al diseñar para la resistencia, la clase de material y el modo de carga son consideraciones importantes. Para los metales, la medida más común de resistencia es la resistencia de rendimiento. Para la mayoría de los polímeros, es más conveniente medir la resistencia a la falla, la tensión en el punto donde la curva de tensión de la tensión se vuelve obviamente no lineal. La resistencia, para la cerámica, sin embargo, es más difícil de definir. La falla en la cerámica es altamente dependiente del modo de carga. La resistencia de falla típica en compresión es quince veces la resistencia de falla en tensión. El valor reportado más común es la resistencia a la falla de compresión.  

Límite elástico El límite elástico es la tensión más alta a la que todas las deformaciones de deformación son totalmente recuperables. Para la mayoría de los materiales y aplicaciones, esto puede considerarse el límite práctico al esfuerzo máximo que un componente puede soportar y aún funciona como se diseñó. Más allá del límite elástico, es probable que las deformaciones permanentes deformen el material hasta el punto en que su función se vea afectada.

Límite proporcional El límite proporcional es la tensión más alta a la que la tensión es linealmente proporcional a la tensión. Este es el mismo que el límite elástico para la mayoría de los materiales. Algunos materiales pueden mostrar una ligera desviación de la proporcionalidad mientras aún están bajo una tensión recuperable. En estos casos, se prefiere el límite proporcional como nivel máximo de esfuerzo porque la deformación se vuelve menos predecible por encima de él.  

 Fuerza de rendimiento El límite elástico es la tensión mínima que produce la deformación plástica permanente. Esta es quizás la propiedad material más común reportada para materiales estructurales debido a la facilidad y precisión relativa de su medición. El límite elástico generalmente se define en una cantidad específica de deformación plástica, o compensación, que puede variar según el material o la especificación. El desplazamiento es la cantidad que la curva de tensión-deformación se desvía de la línea elástica lineal. El offset más común para metales estructurales es de 0.2%.

Resistencia a la tracción

La máxima resistencia a la tracción es un valor de ingeniería calculado al dividir la carga máxima en un material experimentado durante una prueba de tracción por la sección transversal inicial de la muestra de prueba. Cuando se observa a la luz de los otros datos de la prueba de tracción, la resistencia a la tracción máxima ayuda a proporcionar una buena indicación de la resistencia de un material, pero no es en sí un límite de diseño útil. A la inversa, esto puede interpretarse como la tensión mínima necesaria para garantizar el fallo de un material.

Fuerza de fractura verdadera

La verdadera resistencia a la fractura es la carga en la fractura dividida por el área de la sección transversal de la muestra. Al igual que la máxima resistencia a la tracción, la verdadera resistencia a la fractura puede ayudar a un ingeniero a predecir el comportamiento del material, pero no es en sí mismo un límite práctico de resistencia. Debido a que la prueba de tracción busca estandarizar variables como la geometría del espécimen, la tasa de deformación y la uniformidad de la tensión, puede considerarse un tipo de falla en el mejor de los casos.

Ductilidad

La ductilidad es una medida de cuánta deformación o deformación puede soportar un material antes de romperse. La medida más común de ductilidad es el porcentaje de cambio en la longitud de una muestra de tracción después de la ruptura. Esto generalmente se reporta como% El o porcentaje de alargamiento. El R.A. o la reducción del área de la muestra también da alguna indicación de ductilidad.

Dureza

La dureza describe la resistencia de un material a la fractura. A menudo se expresa en términos de la cantidad de energía que un material puede absorber antes de la fractura. Los materiales resistentes pueden absorber una cantidad considerable de energía antes de la fractura, mientras que los materiales quebradizos absorben muy poco. Ninguno de los materiales fuertes, como el vidrio, o los materiales muy dúctiles, como el caramelo, pueden absorber grandes cantidades de energía antes del fallo. La tenacidad no es una propiedad única, sino una combinación de resistencia y ductilidad.

La tenacidad de un material puede relacionarse con el área total bajo su curva de tensión-deformación. Una comparación de las magnitudes relativas de la resistencia de elasticidad, la resistencia a la tracción final y el alargamiento porcentual de diferentes materiales proporcionará una buena indicación de su resistencia relativa. Los materiales con alta resistencia al rendimiento y alta ductilidad tienen una alta tenacidad. Los datos integrados de tensión-tensión no están disponibles para la mayoría de los materiales, por lo que se han ideado otros métodos de prueba para ayudar a cuantificar la tenacidad. La prueba más común para la tenacidad es la prueba de impacto Charpy.

En los materiales cristalinos, la tenacidad depende en gran medida de la estructura del cristal. Los materiales cúbicos centrados en la cara suelen ser dúctiles, mientras que los materiales hexagonales compactos tienden a ser frágiles. Los materiales cúbicos centrados en el cuerpo a menudo muestran una variación dramática en el modo de falla con la temperatura. En muchos materiales la tenacidad depende de la temperatura. Generalmente, los materiales son más frágiles a temperaturas más bajas y más dúctiles a temperaturas más altas. La temperatura a la que tiene lugar la transición se conoce como DBTT, o temperatura de transición dúctil a frágil. El DBTT se mide realizando una serie de pruebas de impacto Charpy a varias temperaturas para determinar los rangos de comportamiento frágil y dúctil. Se evita el uso de aleaciones por debajo de su temperatura de transición debido al riesgo de falla catastrófica.

Relación de fatiga

La relación de fatiga adimensional f es la relación de la tensión requerida para causar una falla después de un número específico de ciclos a la tensión de rendimiento de un material. Las pruebas de fatiga generalmente se realizan a través de 107 o 108 ciclos. Una alta relación de fatiga indica materiales que son más susceptibles al crecimiento de grietas durante la carga cíclica.

Coeficiente de perdida

El coeficiente de pérdida es otro parámetro importante del material en la carga cíclica. Es la fracción de energía mecánica perdida en un ciclo de tensión. El coeficiente de pérdida para cada material es una función de la frecuencia del ciclo. Un alto coeficiente de pérdida puede ser deseable para amortiguar las vibraciones, mientras que un bajo coeficiente de pérdida transmite energía de manera más eficiente. El coeficiente de pérdida también es un factor importante para resistir la falla por fatiga. Si el coeficiente de pérdida es demasiado alto, la carga cíclica disipará la energía en el material y provocará una falla por fatiga.

Dureza

Es la capacidad de un material para resistir un cambio permanente de forma debido a la tensión externa. Hay varias medidas de dureza: dureza de rayado, dureza de indentación y dureza de rebote.

1. Dureza de rayado La dureza de rayado es la capacidad de los materiales para oponer los rayones a la capa de la superficie externa debido a la fuerza externa.

2. Dureza de la muesca Es la capacidad de los materiales para oponerse a la abolladura debido al punzón de objetos externos duros y afilados.

3. Dureza de rebote La dureza de rebote también se denomina dureza dinámica. Se determina por la altura del "rebote" de un martillo con punta de diamante que se cae desde una altura fija sobre el material.

Endurecimiento

Es la capacidad de un material para alcanzar la dureza por tratamiento de tratamiento térmico. Está determinada por la profundidad hasta la cual el material se endurece. La unidad de endurecimiento del SI es metros (similar a la longitud). La endurecimiento del material es inversamente proporcional a la capacidad de soldadura del material.

Fragilidad

La fragilidad de un material indica que la facilidad con que se fractura cuando se somete a una fuerza o carga. Cuando un material frágil se somete a una tensión, observa muy menos energía y obtiene fracturas sin una tensión significativa. La fragilidad es inversa a la ductilidad del material. La fragilidad del material depende de la temperatura. Algunos metales que son dúctiles a temperatura normal se vuelven frágiles a baja temperatura.

Maleabilidad

La maleabilidad es una propiedad de los materiales sólidos que indica la facilidad con que un material se deforma bajo el esfuerzo de compresión. La maleabilidad a menudo se clasifica por la capacidad del material para formarse en forma de una lámina delgada mediante martillado o laminado. Esta propiedad mecánica es un aspecto de la plasticidad del material. La maleabilidad del material depende de la temperatura. Con el aumento de la temperatura, aumenta la maleabilidad del material.

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