Propiedades Mecánicas de Materiales

Propiedades Mecánicas

• Esfuerzos de tensión: Estiran el material.
• Esfuerzos de compresión: Compactan el material.
• Esfuerzos cortantes: Hacen que partes adyacentes del material se deslicen entre sí.
• Respuesta a la tensión: El material se estira, se estrangula y se fractura.
• Región elástica: El material vuelve a su forma original si se elimina la carga, según la ley de Hooke.
• Punto de deformación: Inicio de la deformación plástica, marca el fin de la relación lineal.
• Resistencia a la tensión: Esfuerzo máximo que resiste el material.
• Estrangulamiento: Alargamiento localizado.
• Esfuerzo de fractura: Esfuerzo antes de la ruptura.
• Ductilidad: Capacidad de deformarse antes de romperse.
• Endurecimiento por deformación: El material se fortalece al deformarse.

Relación Esfuerzo-Deformación

• Perfectamente elástico: Sigue la ley de Hooke hasta la fractura, sin flujo plástico.
• Elástico y perfectamente plástico: Tiene rigidez definida; al alcanzar la resistencia de deformación, se deforma plásticamente sin aumentar el esfuerzo.
• Elástico y endurecimiento por deformación: Sigue la ley de Hooke en la zona elástica y luego, requiere un esfuerzo mayor para seguir deformándose.

Propiedades ante la Compresión

• Prueba de compresión: Mide cómo un material responde al ser comprimido entre dos placas.
• Proceso de compresión: El cilindro pierde altura, y su base se ensancha. La fricción con las placas previene la expansión total.
• Procesos comunes que usan compresión:
  • Laminado: Aplanar (reducir el espesor) una lámina.
  • Forjado: Moldear/deformar un metal para una forma deseada.
  • Extrusión: Empujar material fundido a través de una herramienta para crear formas específicas.

Doblado y prueba de materiales frágiles

• Doblado: Usado para dar forma a placas y hojas metálicas.
• Prueba de doblado: Mide la resistencia al doblado de los materiales. Si el material no soporta la tensión, se rompe causando grietas o fracturas. La resistencia medida es la resistencia a la ruptura transversal.
• Propiedades ante la cortante: Esfuerzos en direcciones opuestas en ambos lados de un material delgado; causa su deformación.
• Prueba de torsión: Se utiliza un tubo delgado sujeto a una fuerza giratoria; aumenta la torsión.
• Usos industriales:
  • Cizallado: Cortar láminas metálicas en línea recta.
  • Punzonado: Hacer cortes o perforaciones en láminas metálicas.

Dureza y Pruebas

• Dureza: Resistencia a la indentación, rayaduras y uso.
  • Brinell: Presión de una esfera de 10 mm; calcula la dureza dividiendo la carga por el área de indentación.
  • Rockwell: Usa un cono o esfera pequeña; mide la profundidad de penetración. Ideal para metales.
  • Vickers: Indentador piramidal de diamante; usa diferentes cargas, mide usando una fórmula específica.
  • Knoop: Similar a Vickers, usa cargas ligeras; ideal para materiales duros, pequeños y delgados.
  • Escleroscopio: Mide el rebote de un martillo desde una altura; mayor rebote indica mayor dureza.
  • Durómetro: Evalúa la deformación elástica en caucho y materiales flexibles.

Metales

• Propiedades principales: Rigidez, resistencia, tenacidad, conductividad eléctrica y térmica, opacidad, reflectividad, fuertes, duros, dúctiles.
• Metales ferrosos:
  • Hierro electrolítico: Mayor pureza, componentes electrónicos, núcleos magnéticos.
  • Hierro forjado: Se forma en caliente, alta ductilidad; materia prima.
  • Acero: Una aleación de hierro-carbono; construcción, transporte, electrodomésticos, herramientas.

Aceros

• Aceros de bajo carbono: Menor del 0.20% de C; fáciles de dar forma; construcción, automóviles.
• Aceros de medio carbono: Entre 0.20% y 0.50% de C; mayor resistencia que los de bajo carbono; componentes mecánicos, herramientas.
• Aceros de alto carbono: Mayor del 0.50% de C; máxima resistencia y rigidez; herramientas de corte, resortes.

Hiero vs Acero

• Hierro: Elemento químico metálico; base para otros materiales.
• Acero: Aleación de hierro y carbono; mayor resistencia, dureza y versatilidad que el hierro.

Efectos de la aleación según sus ingredientes

• Manganeso: Mejora la resistencia y dureza del acero.
• Molibdeno: Incrementa la tenacidad y la dureza en caliente.
• Níquel: Mejora la resistencia y tenacidad.
• Vanadio: Inhibe el crecimiento de granos; mejora la resistencia y tenacidad.

Propiedades Físicas

• Densidad: Peso por unidad de volumen.
• Gravedad específica: Relación entre la densidad de un material y la del agua.
• Expansión térmica: Aumento de volumen con la temperatura.
• Coeficiente de expansión térmica: Cambio de longitud por grado de temperatura.
• Punto de fusión: Temperatura donde el sólido pasa al estado líquido.
• Punto de enfriamiento: Temperatura donde el líquido pasa al estado sólido.
• Calor de fusión: Energía necesaria para transformar el sólido en líquido.