Propiedades Mecánicas de los Materiales

  • Cohesión: Es la capacidad de las moléculas o átomos de un material de mantenerse unidos entre sí. Es crucial para la resistencia interna de los materiales.
  • Adherencia: Se refiere a la capacidad de un material para unirse o pegarse a otro. En muchos procesos industriales, la adherencia es esencial para garantizar la eficacia de uniones como adhesivos o recubrimientos.
  • Elasticidad: Es la capacidad de un material para recuperar su forma original después de que se le haya aplicado una deformación. Los materiales elásticos, como el caucho, pueden experimentar deformaciones significativas, pero regresan a su estado inicial cuando cesa la carga.
  • Plasticidad: La plasticidad describe la capacidad de un material para sufrir deformaciones permanentes cuando se aplica una carga superior al límite elástico del material, sin que se rompa. Los metales dúctiles, como el cobre, muestran gran plasticidad.
  • Dureza: Es la resistencia de un material a la deformación plástica o al desgaste, generalmente bajo la acción de un cuerpo duro. Se evalúa con ensayos de dureza como los de Rockwell, Brinell y Vickers.
  • Tenacidad: La tenacidad es la capacidad de un material para absorber energía antes de fracturarse. Es un indicador de la resistencia del material a la fractura, y se asocia con materiales que no son ni frágiles ni extremadamente duros.
  • Fragilidad: Es la tendencia de un material a fracturarse sin una deformación plástica significativa. Los materiales frágiles, como ciertos vidrios o cerámicas, se rompen de manera abrupta al aplicarles un esfuerzo.
  • Resistencia: Es la capacidad de un material para resistir un esfuerzo sin romperse. La resistencia a la tracción es uno de los parámetros más importantes al evaluar metales y aleaciones.
  • Rigidez: La rigidez es la capacidad de un material para resistir una deformación bajo una carga aplicada. Se puede medir a través del módulo de elasticidad o módulo de Young.

Conceptos Fundamentales en Ensayos Mecánicos

  • Carga (F): Fuerza aplicada a un material durante un ensayo, medida en N.
  • Esfuerzo (σ): Cantidad de carga aplicada sobre la sección transversal de la probeta. Se calcula como σ = F/S y su unidad es N/m².

Clasificación de los Ensayos Mecánicos

  • Ensayos de tracción: Miden la resistencia a la tracción y otras propiedades como el límite de elasticidad y la ductilidad.
  • Ensayos de compresión: Evalúan la resistencia a cargas compresivas.
  • Ensayos de flexión: Se utilizan para estudiar el comportamiento de materiales a esfuerzos de flexión.
  • Ensayos de torsión: Analizan la resistencia a esfuerzos de torsión o giro.
  • Ensayos de impacto: Miden la tenacidad del material sometido a impactos.

Puntos Relevantes del Diagrama Esfuerzo-Deformación

El diagrama esfuerzo-deformación es una representación gráfica que muestra cómo un material responde a la aplicación de una carga.

  • Límite de proporcionalidad (a): Se observa que va desde el origen O hasta el punto llamado límite de proporcionalidad; es un segmento de línea rectilíneo.
  • Límite elástico (b): El punto donde el material comienza a experimentar deformación plástica.
  • Límite de fluencia (c): El valor máximo de esfuerzo antes de que el material comience a fluir de manera permanente.
  • Resistencia máxima (d): El esfuerzo máximo que el material puede soportar antes de comenzar a fracturarse.
  • Fractura (e): El punto en que el material se rompe. Se calcula como: ε = (l – l₀) / l₀; donde l = longitud para una carga dada; y l₀ = longitud inicial de la probeta.

Cálculos de Propiedades Mecánicas

  • Límite elástico (σₑ): Es el punto en el que un material deja de ser elástico y comienza a deformarse plásticamente. Se obtiene mediante la relación entre la carga aplicada y la sección transversal de la probeta. En esta zona, el comportamiento del material es como el de un muelle y sigue la Ley de Hooke: σ = E · ε; donde E es el módulo elástico o módulo de Young.
  • Límite de fluencia: Es el punto en que el material comienza a fluir plásticamente, y se obtiene a partir de la curva esfuerzo-deformación.
  • Coeficientes de estricción y alargamiento:
    • Alargamiento: Se mide como el aumento en longitud de la probeta después de someterla a un esfuerzo, calculado como un porcentaje.
    • Coeficiente de estricción: Relaciona la reducción en área de la probeta durante el ensayo de tracción.
  • Resiliencia: Es la cantidad de energía que absorbe un material durante su comportamiento elástico.
  • Coeficiente de seguridad: Es la relación entre la tensión en el límite elástico y la tensión admisible de trabajo: n = σₑ / σₜ. La selección de ‘n’ dependerá de muchos factores, como el coste, la experiencia y, principalmente, el riesgo que puedan correr las personas.

Ensayos de Dureza

Ensayos de Dureza al Rayado

  • Dureza Mohs: Se utiliza en mineralogía para determinar la dureza de los minerales. Se basa en que un cuerpo es rayado por otro más duro, dando lugar a la escala de Mohs.
  • Dureza a la lima: Se usa en la industria. En todo material templado, la lima no “entra”. Dependiendo de si entra o no, sabremos:
    • No entra: el material raya la lima y la dureza es mayor de 60 HRC.
    • Sí entra: la lima raya el material y la dureza es menor de 60 HRC.

Ensayos de Dureza por Penetración

  • Ensayo de dureza Brinell: Consiste en comprimir una bola de acero templado, de un diámetro determinado, sobre un material a ensayar, por medio de una carga durante un tiempo conocido, y medir el diámetro de la huella dejada en el material una vez retirada la carga. La dureza Brinell se define como el cociente de la carga del ensayo por el área de la huella, que se debe calcular como el área de un casquete esférico de igual diámetro que el de la bola. La dureza Brinell se designa por los símbolos siguientes:
    • HBS: en el caso de utilizar bola de acero.
    • HBW: en el caso de que se utilice una bola de metal duro.
  • Ensayo de dureza Rockwell: Se basa en la resistencia que presentan los materiales a ser penetrados. La dureza Rockwell se determina en función de la profundidad de la huella y su valor viene dado directamente por el durómetro. Las ventajas del método Rockwell son:
    • Es un método rápido y preciso, que no necesita de operarios especializados.
    • Produce huellas sobre el material más pequeñas que el método Brinell.
    Como inconveniente, si el material no asienta perfectamente, las medidas no son buenas.
  • Ensayo de microdureza: Cuando sea necesario medir la dureza sobre capas muy finas o sobre materiales frágiles como el vidrio, se requieren equipos de medida que actúen con cargas muy pequeñas. Estos aparatos se denominan microdurómetros, y como método de medida se utiliza el método de Vickers, basado en el método Brinell. Se emplea en el caso particular de piezas delgadas y templadas con espesores mínimos hasta de 0,05 mm.