Propiedades Mecánicas de los Materiales: Conceptos Clave
Las propiedades mecánicas describen cómo un material responde a las fuerzas aplicadas. A continuación, se definen y explican varias propiedades fundamentales:
Ductilidad y Maleabilidad
- Ductilidad: Capacidad de un material para deformarse plásticamente (sin romperse) bajo tensión (estiramiento). Ejemplo: estirado de un alambre.
- Maleabilidad: Capacidad de un material para deformarse plásticamente bajo compresión (sin romperse). Ejemplos: forja o laminado.
Elasticidad y Plasticidad
- Elasticidad: Capacidad de un material deformado para recuperar su forma y tamaño originales al cesar la fuerza que causó la deformación. Si un material supera su límite elástico, la deformación se vuelve permanente.
- Plasticidad: Habilidad de un material para adoptar y retener permanentemente nuevas formas bajo presión. El rango de plasticidad varía según el material y las condiciones.
Dureza y Resistencia
- Dureza: Resistencia de una superficie a la penetración por otro material.
- Resistencia:
- Resistencia a la tracción: Carga máxima por unidad de área que soporta un material al ser estirado. Los valores de resistencia son cruciales en el diseño.
Fragilidad y Tenacidad
- Fragilidad: Opuesto a la ductilidad. Un material frágil se fractura sin deformación plástica significativa, incluso bajo cargas estáticas. Un material se considera frágil si su alargamiento es menor al 5%.
- Tenacidad: Energía absorbida por un material durante la deformación y hasta la ruptura. Relacionada con la resistencia y la ductilidad. Materiales como el vidrio y el hierro fundido son poco tenaces (baja ductilidad), mientras que el cobre es tenaz (buena resistencia y ductilidad). Una goma de mascar tiene baja tenacidad a pesar de su alta ductilidad, debido a su baja resistencia.
Esfuerzo y Deformación
- Esfuerzo: Fuerza aplicada sobre un área conocida.
- Esfuerzo y deformación ingenieriles: Resultados de ensayos aplicables a cualquier tamaño y sección transversal, convirtiendo la fuerza en esfuerzo y la distancia en deformación.
Propiedades Obtenidas en el Ensayo de Tensión
El ensayo de tensión proporciona información valiosa sobre el comportamiento mecánico de un material.
- Esfuerzo de cedencia (fluencia): Esfuerzo que separa los comportamientos elástico y plástico. Es el esfuerzo mínimo necesario para iniciar la deformación plástica permanente (en metales, el movimiento de dislocaciones).
- Resistencia a la tensión (tracción): Esfuerzo máximo que puede resistir un material, basado en la sección transversal original. En materiales dúctiles, aquí comienza la estricción (formación de un «cuello» localizado).
- Esfuerzo de ruptura: Esfuerzo, basado en la sección original, que causa la fractura. La deformación se concentra en el cuello, reduciendo el área y provocando la ruptura.
- Resiliencia: Capacidad de un material para absorber y devolver energía cuando se deforma elásticamente.
- Módulo de resiliencia: Energía de deformación por unidad de volumen necesaria para deformar el material hasta su límite elástico.
- Tenacidad a la tensión: Capacidad de absorber energía en el campo plástico antes de fracturarse (trabajo de fractura). Se determina como el área bajo la curva esfuerzo-deformación ingenieril.
- Ductilidad: Medida de la deformación que un material resiste sin romperse. Se expresa como:
- Porcentaje de elongación: Deformación plástica permanente antes de la falla.
- Reducción porcentual del área: Adelgazamiento de la muestra durante el ensayo.