Resistencia y tenacidad en materiales: factores clave y ejemplos

Influencia de la estructura cristalina FCC en la resistencia a bajas temperaturas

¿Por qué a menudo se recomiendan metales con estructura cristalina cúbica centrada en las caras (FCC) para su uso a bajas temperaturas cuando se esperan cargas de impacto inesperadas en la pieza?

Los metales con estructura cúbica centrada en las caras (FCC) generalmente no presentan una temperatura de transición dúctil-frágil (TTDF). Por lo tanto, la energía absorbida por impacto disminuye muy lentamente conforme baja la temperatura. Incluso, en algunos casos, como en las aleaciones de aluminio (Al), las energías incluso aumentan a bajas temperaturas. Los metales FCC pueden presentar grandes ductilidades, lo que se traduce en grandes áreas bajo la curva de tensión verdadera-deformación verdadera.

Comparación de la tenacidad entre piezas fabricadas por metalurgia de polvos y maquinado

Una pieza puede fabricarse por metalurgia de polvos o mediante maquinado a partir de un acero sólido. ¿Cuál de las piezas se espera que tenga la tenacidad más alta?

Las piezas fabricadas mediante metalurgia de polvos a menudo contienen una gran cantidad de poros debido a un sinterizado incompleto. Dicha porosidad proporciona lugares en los que las grietas crecen rápidamente. En cambio, las piezas fabricadas mediante maquinado a partir de un bloque de acero sólido presentan una menor probabilidad de contener defectos que posibiliten el crecimiento de la grieta, presentando, por tanto, una mayor tenacidad.

Sensibilidad a las muescas y tenacidad en aleaciones de Al-Si

Varias aleaciones de Al-Si tienen una estructura que incluye placas frágiles de silicio (Si) con bordes agudos. ¿Qué esperaría usted que estas aleaciones fueran sensibles a las muescas en una prueba de impacto? ¿Esperaría que estas aleaciones tuvieran una gran tenacidad?

Las placas frágiles de Si con bordes agudos pueden actuar como amplificadores de esfuerzo o muescas, dando como consecuencia una baja tenacidad de la aleación. La presencia de muescas adicionales, como las marcas de mecanizado, no tendrá un efecto significativo, ya que hay un gran número de muescas debido a la microestructura. Por consiguiente, se espera que este tipo de aleación tenga una tenacidad pobre, pero no se espera que sea sensible a las muescas de mecanizado.

Efecto de las fibras de carburo de silicio (SiC) en la tenacidad de la alúmina (Al₂O₃)

La alúmina (Al₂O₃) es un material cerámico débil. Suponiendo que dentro de la alúmina tenemos fibras de carburo de silicio (SiC), ¿afectaría la tenacidad del compuesto de matriz cerámica?

Las fibras de SiC pueden mejorar la tenacidad de la matriz de alúmina. Esta mejora se produce por varios mecanismos:

• La interfaz de separación entre las fibras y la matriz puede bloquear una grieta, ya que, para seguir creciendo, la grieta puede tener que pasar alrededor de la fibra, aumentando así la energía total de la grieta y, por tanto, la energía que puede ser absorbida por el material.
• Del mismo modo, puede ser requerida una energía adicional para forzar la grieta a través de la interfaz y continuar propagándose.
• Además, las fibras pueden comenzar a salir de la matriz, particularmente si la unión es pobre. La extracción de fibra requiere energía, mejorando así la tenacidad.
• Finalmente, las fibras pueden hacer de puente a través de la grieta, lo que ayuda a mantener unido el material, requiriéndose más energía para propagar la grieta.