Propiedades Mecánicas de los Materiales: Elasticidad, Dureza y Resistencia

Propiedades Mecánicas de los Materiales

Límite Elástico

Definido por el punto E, representa el límite de elasticidad del material. Es el punto límite en el que, cuando cesa la fuerza aplicada, la probeta es capaz de recuperar su longitud inicial. En la práctica, es difícil de determinar con exactitud, por lo que se ha convenido fijarlo con la tensión unitaria que produce un alargamiento unitario del 0.2%.

Límite de Proporcionalidad

Op = Fuerza / Sección inicial. Queda definido por el punto P y representa el límite del material donde los incrementos de longitud de la probeta y el esfuerzo son proporcionales. En toda la zona de proporcionalidad se cumple la Ley de Hooke, que se define como la relación constante entre las tensiones unitarias en la zona de proporcionalidad y los alargamientos unitarios (Módulo de Young: E = σ / ε).

Límite Aparente de Elasticidad o Fluencia

Definido por el punto B, a partir del cual se produce un incremento importante en la longitud de la probeta sin aumentar significativamente la fuerza de tracción. Esto se traduce en una deformación muy acusada en los materiales plásticos. Se denomina límite aparente de elasticidad porque a partir del punto B comienza la deformación permanente, es decir, el material entra en la zona de plasticidad.

Tensión de Rotura

Punto R, representa la máxima tensión unitaria admisible que puede soportar la probeta. Se producen tres fenómenos:

• Se alcanza una tensión unitaria máxima que soporta el material antes de producirse la rotura física de la probeta: σ = F / S.
• Se alcanza la máxima disminución de la sección de la probeta que se puede conseguir antes de la rotura: W = (d - d₀) / d₀ * 100.
• Se produce el máximo incremento de longitud de la probeta antes de romperse: ε = (L_r - L₀) / L₀ * 100.

Límite de Rotura

Queda definido en el punto U y representa la tensión unitaria que soporta la probeta en el momento de romperse. Se producen dos fenómenos:

• Se alcanza la tensión unitaria a la que se produce la separación física de la probeta en dos partes.
• Se produce el alargamiento máximo de la probeta en el momento de la rotura: ε = (L_u - L₀) / L₀ * 100.

Dureza

Es la resistencia superficial que presenta un material a la deformación. La diferencia fundamental reside en la forma del penetrador.

Ensayos No Destructivos

Se aplican sobre piezas y elementos que han sufrido procesos de mecanización (laminados, forjados, embutidos) con la finalidad de descubrir y localizar defectos en la superficie o interior de los materiales.

Formación de Soluciones Sólidas

Solución Sólida de Sustitución (SSS)

Los átomos del soluto se sitúan en las posiciones de equilibrio de la red base, sustituyendo en sus posiciones al metal base. Cuando las sustituciones ocurren al azar, decimos que la solución es desordenada. Por el contrario, si el soluto se coloca siempre en una posición ordenada de la red, tendremos una solución sólida ordenada. El hecho de que la red esté ordenada o desordenada modifica drásticamente las propiedades de la aleación. La probabilidad de formar una SSS está condicionada por el volumen atómico de los elementos que forman la aleación. El factor tamaño establece que, para que los átomos de un elemento se alojen en los nudos de la red del otro, la diferencia no debe diferir en más de ±15%. Ejemplo: Cu-Zn. El elemento con mayor radio atómico tendrá menor solubilidad observada.

Aleación Meta

0.1% de bismuto con cobre los convierte en frágiles. 0.1% de berilio en cobre aumenta la resistencia mecánica y dureza. Carburo y boro en hierro elevan la resistencia y dureza.

Solución Sólida de Inserción (SSI)

Se produce cuando los átomos del soluto (aleante) ocupan los intersticios de la red del disolvente base. La posibilidad de formación está en función de la relación de radios atómicos y del tipo de red. Los elementos característicos para esto son H, C, O, N por su pequeñísimo radio atómico.

Diferencias entre SSS y SSI

Se debe a la diferente red cristalina y, como consecuencia, a la diferencia de espacios que dejan ambas estructuras, lo que permite un mayor o menor alojamiento del carbono.

Granos Equiaxiales y Columnares

Los granos columnares se forman a partir de pocos núcleos y cuando existen gradientes térmicos.

Resiliencia

Consiste en romper de un solo golpe, en una máquina específica, una probeta con dimensiones normalizadas. El fundamento consiste en determinar la energía que absorbe la probeta hasta que se rompe (medida en mm²).