Ciencia De Los Materiales

PROPIEDADES MECANICAS

La propiedades mecánicas de los materiales se determinan realizando ensayos cuidadosos de laboratorio que reproducen las condiciones de servicio hasta donde sea posible. Los factores que deben considerarse son la naturaleza de la carga aplicada, su duración, así como las condiciones del medio. La carga puede ser una tracción (tensión), una compresión o una cizalladura, y su magnitud puede ser constante con el tiempo o bien fluctuar continuamente. El tiempo de aplicación puede ser solo una fracción de segundo o durar un periodo de varios años. La temperatura de servicio puede ser factor importante.

Propiedades más comunes:

Tenacidad: Es la propiedad que tienen ciertos materiales de soportar, sin deformarse ni romperse, los esfuerzos bruscos que se le aplican.

Elasticidad: Consiste en la capacidad de algunos materiales para recobrar su forma y dimensiones primitivas cuando cesa el esfuerzo que había determinado su deformación.

Dureza: Es la resistencia que un material opone a la penetración.

Fragilidad: Un material es frágil cuando se rompe fácilmente por la acción de un choque.

Plasticidad: Aptitud de algunos materiales sólidos de adquirir deformaciones permanentes, bajo la acción de una presión o fuerza exterior, sin que se produzca rotura.

Ductilidad: Considerada una variante de la plasticidad, es la propiedad que poseen ciertos metales para poder estirarse en forma de hilos finos.

Maleabilidad: Otra variante de la plasticidad, consiste en la posibilidad de transformar algunos metales en láminas delgadas.

Dureza: Se entiende por dureza la propiedad de la capa superficial de un material de resistir la deformación elástica, plástica y destrucciones presencia de esfuerzos de contacto locales inferidos por otro cuerpo mas duro, el cual no sufre deformación residual (penetrador) de determinada forma y dimensiones.

Ensayo de tensión: Después de la prueba de dureza, la prueba de tensión es la realizada más frecuentemente para determinar ciertas propiedades mecánicas.

El ensayo de tensión mide la resistencia de un material a la aplicación gradual de una fuerza tensora.

Cuando una pieza de metal se somete a una fuerza de tensión uniaxial se produce la deformación del metal. Si el metal recupera sus dimensiones originales cuando se elimina la fuerza se considera que el metal ha sufrido de una deformación elástica. Si el metal se deforma tanto que no puede recuperar completamente sus dimensiones originales, se considera que ha sufrido una deformación plástica.

Los ensayos de compresión-deformación: se realizan si las fuerzas que operan en servicio son de este tipo. Un ensayo de compresión se realiza de forma similar a un ensayo de tensión, excepto que la fuerza compresiva y la probeta se contraerán a lo largo de la dirección de la fuerza. Por convención, una fuerza de compresión se considera negativa y por tanto produce un esfuerzo negativo. Los ensayos de compresión se utilizan cuando se desea conocer el comportamiento del material bajo deformaciones permanentes grandes (o sea, plásticas), tal como ocurre en los procesos de conformación, o bien cuando tiene un comportamiento frágil a tensión.

Fatiga: ha sido definida como el progresivo cambio estructural permanente localizado que ocurre en materiales sometidos a repetidas o fluctuantes deformaciones, provocadas por esfuerzos teniendo un máximo valor menor que la resistencia tensíl del material.

Creep o termofluncia: esta definido como deformación inelástica dependiente del tiempo bajo carga constante o sostenida y a elevada temperatura.

A continuación se presentan imágenes de los tipos de ensayos mecánicos más comunes que son sometidos los materiales.

Ensayo de flexión

Ensayo de compresión

Ensayo de tensión

Ensayo de fatiga

Ensayo de Dureza Rockwell

Ensayo de termofluencia

La fractura de materiales de ingeniería es casi siempre un hecho indeseable por varias razones las que incluyen, la seguridad de vidas humanas, perdidas económicas, y la interferencia con la disponibilidad de productos y servicios

La fractura es la separación de un sólido bajo tensión en dos o más piezas. En general, la fractura metálica puede clasificarse en dúctil y frágil. La fractura dúctil ocurre después de una intensa deformación plástica y se caracteriza por una lenta propagación de la grieta. La fractura frágil se produce a lo largo de planos cristalográficos llamados planos de fractura y tiene una rápida propagación de la grieta.

En todos los casos, el proceso de fractura puede ser dividido en varias etapas: nucleación de microfisuras o de cavidades, crecimiento a nivel microestructural de las cavidades o de las microfisuras, coalescencia y localización de la deformación, y crecimiento de las microfisuras hasta la rotura final.

La fractura dúctil comienza con la formación de un cuello y la formación de cavidades dentro de la zona de estrangulamiento. Luego las cavidades se fusionan en una grieta en el centro de la muestra y se propaga hacia la superficie en dirección perpendicular a la tensión aplicada. Cuando se acerca a la superficie, la grieta cambia su dirección a 45° con respecto al eje de tensión y resulta una fractura de cono y embudo.

Existe un gran número de materiales que a temperaturas altas o velocidades de deformación pequeñas se deforman plástica o visco plásticamente, pero que a bajas temperaturas o velocidades de deformación elevadas muestran fractura frágil. Este comportamiento es exhibido por metales con estructura cristalina BCC, polímeros en estado vítreo, vidrios y sales iónicas.

La fractura frágil tiene lugar sin una apreciable deformación y debido a una rápida propagación de una grieta. Normalmente ocurre a lo largo de planos cristalográficos específicos denominados planos de fractura que son perpendiculares a la tensión aplicada.

La mayoría de las fracturas frágiles son transgranulares o sea que se propagan a través de los granos. Pero si los límites de grano constituyen una zona de debilidad, es posible que la fractura se propague intergranularmente. Las bajas temperaturas y las altas deformaciones favorecen la fractura frágil.

Transgranular Intergranular

La corrosión es la destrucción de los metales iniciada en la superficie. Esta destrucción puede ser de naturaleza química, pero en muchos casos

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