Propiedades físicas Y Mecánicas De Los Metales

Propiedades físico mecánica de los materiales

.- Tipos de materiales

Los materiales son sustancias que, a causa de sus propiedades, resultan de utilidad para la fabricación de estructuras, maquinaria y otros productos.

Existen materiales de muy diversos tipos que, de forma muy regular, se pueden clasificar en cuatro grandes grupos:

• Metales y aleaciones: hierro y acero, aluminio, cobre, níquel, titán, etc., y sus aleaciones.

• Polímeros: gran desarrollo potencial. Comúnmente llamados plásticos.

• Cerámicos y vidrios: vidrios, cementos, hormigones, etc.

• Propiedades mecánicas

• Las propiedades mecánicas indican el comportamiento de un material cuando se encuentra sometido a fuerzas exteriores.

• .- Ensayo de tracción

• La tracción se relaciona con la elasticidad, capacidad de recuperar su forma original al cesar las fuerzas que originan la deformación.

• El ensayo de tracción es uno de los más importantes para la determinación de las propiedades mecánicas de los materiales. Los datos obtenidos se pueden utilizar para comparar distintos materiales y comprobar si algunos de ellos podrán resistir los esfuerzos a los que van a ser sometidos en una determinada aplicación.

• Este ensayo consiste en estirar una probeta de dimensiones normalizadas por medio de una máquina, a una velocidad lenta y constante, obteniéndose de esta forma la curva de tensión alargamiento.

• Resistencia: capacidad de soportar una determinada carga externa.

• Tracción

• Compresión

• Flexión

• Zizalladura

• Torsión

• Tensión: es la fuerza aplicada a la probeta por unidad de sección (N/m2).

• = tensión F = fuerza S0 = sección inicial

• Alargamiento o deformación unitaria: es el tanto por uno en que se ha incrementado la longitud de la probeta.

• = alargamiento o deformación unitaria

• En la curva de tensión-alargamiento se aprecian tres zonas:

• Zona elástica: En ella la relación tensión-deformación es lineal, cumpliéndose la ley de Hooke:

• en la que E es el módulo de Young o módulo de elasticidad longitudinal, que se expresa en N/m2 en el sistema Internacional. Si se detiene el ensayo en cualquier punto de esta zona, la probeta recupera su longitud inicial. La zona elástica se termina cuando se alcanza el límite elástico (e).

• Zona plástica: en ella los alargamientos son permanentes. Si el ensayo se detiene, por ejemplo en el punto A, se recupera el alargamiento elástico (e), quedando un alargamiento remanente o plástico (p).

• Zona de estricción: a partir de la carga de rotura la tensión disminuye y la probeta termina por romperse en esta zona.

• Ensayos de dureza

• • Dureza mineralógica clásica:

• La dureza de los minerales, entendida como la resistencia que oponen a ser rayados, se puede medir mediante la escala de Mohs.

• Dureza: resistencia de un material a ser rayado o penetrado por otro. Está relacionado con la resistencia al desgaste.

• • Dureza a la penetración:

• La dureza se mide como la resistencia que opone un cuerpo a ser penetrado por otro. Esta es la base de los ensayos Brinell, Vickers y Rockwell, en los que se utilizan distintos tipos de penetradores que se aprietan con una fuerza determinada contra el material. La medida de la dureza se obtiene dividiendo la fuerza con la que se ha empujado el penetrador entre la superficie de la huella que éste deja en el material.

• La dureza es una propiedad de gran importancia práctica, ya que está relacionada con el comportamiento del material frente a la abrasión o al desgaste, así como con la facilidad con que puede mecanizarse.

• Brinell Vickers Rockwell

• Ensayo de resiliencia

• El ensayo de resiliencia mide la tenacidad de los materiales.

• La tenacidad (propiedad inversa la fragilidad) se define como la capacidad que tiene un material para almacenar energía, en forma de deformación plástica, antes de romperse.

• El método más habitual de llevar a cabo la medida de la tenacidad de un material es por medio del ensayo Charpy.

• Se dispone de una probeta de sección cuadrada (10•10mm) y de 55mm de longitud en cuya parte central se ha realizado una entalla en forma de U o de V. El ensayo consiste en lanzar una bola sujeta a un hilo, desde una cierta altura contra la probeta por el lado opuesto a la entalla. La resiliencia se calcula dividiendo la energía consumida por el material en la rotura ( diferencia de energías potenciales gravitatorias en las posiciones inicial y final de la bola) entre la sección de la probeta en la zona de entalla. De esta forma se tienen las expresiones:

• Los péndulos de Charpy están normalizados.

• Un material tenaz o de alta resiliencia se deforma plásticamente de manera importante antes de romperse, mientras que los materiales de baja resiliencia son frágiles y apenas experimentan deformación alguna antes de la rotura.

• Resiliencia: resistencia a los choques o esfuerzos bruscos

• Fractura

• La fractura de un sólido se puede definir como su separación en dos o más partes como consecuencia de los efectos de una tensión. Existen dos tipos de fracturas:

• 1/ Fractura dúctil, en la que se produce una importante deformación plástica en la zona de rotura. Debido a la irregularidad de esta deformación plástica, se originan superficies de fractura mates.

• 2/ Fractura frágil, en la que el material se separa según un plano y sin que apenas se produzca deformación plástica. Este tipo de fractura origina superficies brillantes.

• . Fatiga

• Por fatiga se entiende la situación en la que se encuentran algunas piezas sometidas a cargas cíclicas de valor inferior al crítico de rotura del material.

• Existen dos tipos de fatiga:

• • Fatiga en elementos sin defectos como, por ejemplo, la que tiene lugar en bielas, ejes, etc. El comportamiento de estos elementos frente a la fatiga presenta dos etapas: la de nucleación de fisuras y la de crecimiento de estas fisuras hasta alcanzar un tamaño crítico que producirá la rotura frágil.

• • Fatiga en elementos con defectos como, por ejemplo, la que se produce en puentes, barcos, aviones, etc., en los que, al haber uniones entre las piezas, se originan las lógicas fisuras.

• Cuando una pieza se encuentra sometida a un proceso de fatiga, las grietas de tamaño diminuto existentes en el material van creciendo progresivamente hasta que en un momento dado el tamaño de la grieta mayor es lo suficientemente grande

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