Propiedades Mecánicas: Ensayo de Tracción

Es el único ensayo que permite obtener la curva de comportamiento de un material y determinar sus propiedades mecánicas fundamentales. Consiste en someter una probeta a una fuerza de tracción creciente hasta la fractura.

Es la tensión que se produce en el material cuando comienza a deformarse plásticamente. Se determina trazando una línea paralela a la recta inicial del gráfico, desplazada 0.2% de la longitud inicial.

Es la tensión máxima que el material puede soportar antes de comenzar a fracturarse. Corresponde al punto más alto de la curva de tensión-deformación.

Es la deformación que se produce en el material en el punto de máxima tensión. Se refiere a la elongación uniforme antes de que la probeta comience a estrecharse.

Es el proceso de reducción de la sección transversal de la probeta durante el ensayo de tracción, después de haber alcanzado la resistencia a tracción. Ocurre antes de la fractura.

Es la tensión que se calcula considerando la sección real de la probeta durante la deformación, en lugar de la inicial.

Es la deformación que se calcula con la longitud actual de la probeta en lugar de la longitud inicial.

Es un ensayo que consiste en aplicar una fuerza de compresión a una probeta con sección constante. Se utiliza para evaluar la resistencia del material a la compresión.

Un tipo de ensayo mecánico realizado en materiales cerámicos para determinar su resistencia a la flexión. Se aplica una fuerza en la superficie superior de la probeta.

Un fenómeno que ocurre en probetas esbeltas (delgadas) cuando se les aplica una fuerza de compresión, provocando que se doblen o se pandeen.

Un ensayo de impacto donde se golpea una muestra entallada con un péndulo o peso. Se observa la fractura y se mide la cantidad de fractura dúctil y frágil.

La capacidad de un material cerámico para resistir la compresión.

La capacidad de un material cerámico para resistir la tensión.

Un método para aumentar la resistencia de las aleaciones metálicas al crear obstáculos al movimiento de las dislocaciones, como los átomos de un elemento disuelto en la matriz.

Mide la resistencia mecánica de los materiales cerámicos.

La deformación plástica genera nuevas dislocaciones, aumentando su densidad. El movimiento de las dislocaciones se vuelve más difícil debido a las interacciones y cruces entre ellas.

Los planos de deslizamiento de las dislocaciones terminan al llegar a la junta de grano. Para continuar su movimiento, una dislocación debe superar la junta, lo que requiere un esfuerzo adicional. Las juntas de grano actúan como barreras.

La relación de Hall-Petch describe cómo la resistencia del material aumenta al disminuir el tamaño de grano.

La presencia de precipitados finos y dispersos de otra fase en el material dificulta el movimiento de las dislocaciones. Puede ser coherente (mismo orientación) o incoherente (diferente orientación).

La fractura dúctil se caracteriza por una amplia deformación plástica antes de romperse. Ocurre por encima de la temperatura de transición del material. Tiene tres fases: nucleación, crecimiento y coalescencia.

La fractura frágil se caracteriza por la ruptura sin deformación apreciable. Ocurre por debajo de la temperatura de transición del material.

La tensión teórica de clivaje es la fuerza necesaria para separar los átomos de un material perfectamente elástico. Es un concepto teórico y se aplica a materiales como el vidrio.

La acumulación de hidrógeno en las juntas de grano de un material metálico puede llevar a una rotura intergranular.

Esta forma de fractura ocurre cuando el material está expuesto a un ambiente agresivo, lo que acelera el proceso de fractura.

Se produce a temperaturas muy altas, donde la resistencia del material se reduce significativamente.

La corrosión se centra en las juntas de grano, provocando una debilitación del material.

Añadir pequeñas partículas de material dúctil a la cerámica puede mejorar su tenacidad.

La presencia de partículas que pueden cambiar de fase bajo tensión puede aumentar la tenacidad de la cerámica.

Incorporar fibras o whiskers (fibras monocristalinas) a la cerámica puede aumentar significativamente su resistencia a la fractura.

Rodear las partículas cerámicas frágiles con una matriz metálica dúctil puede aumentar la tenacidad del material.

La energía total de una placa con una grieta se compone de la energía elástica de la placa sin la grieta, la variación de energía elástica por la grieta, la variación de energía superficial por las superficies libres y el trabajo realizado por las fuerzas externas.

Representa la variación de energía elástica que experimenta la placa cargada al introducirle una grieta.

La energía disponible para el crecimiento de la grieta aumenta con la tensión aplicada y el tamaño de la grieta.

Representa la energía que se opone al crecimiento de la grieta en un sólido elástico ideal, y es una constante característica del material.

La tensión de rotura es la tensión que provoca la falla del material debido a la propagación de la grieta.

La tensión de rotura es inversamente proporcional al tamaño de la grieta, es decir, cuanto más grande sea la grieta, menor será la tensión necesaria para que el material se fracture.

Un parámetro que describe la concentración de tensiones alrededor de la punta de una grieta en un material.

La tenacidad a fractura es una propiedad del material que indica su resistencia a la propagación de grietas.

Para que un material metálico frágil se fracture, necesita que una partícula frágil se rompa en la zona de alta tensión cerca de una grieta, lo que provoca que la microgrieta se propague a través del material. La tenacidad del material es inversamente proporcional a la tensión necesaria para la fractura (σys), es decir, a mayor tenacidad, menor es la tensión necesaria para la fractura. Un aumento en el límite elástico bloquea la deformación plástica, mientras que un aumento en la tenacidad facilita la deformación plástica.

La falla por fractura frágil debe evitarse, y para lograrlo, se debe promover la deformación plástica. Las fuerzas normales de tensión apoyan la fractura por clivaje en un plano cristalográfico específico, mientras que la fractura dúctil implica el movimiento de dislocaciones bajo fuerzas de cortante. Los materiales son más frágiles bajo tensiones que inducen altos esfuerzos normales de tracción y bajos esfuerzos cortantes.

La fragilidad aumenta bajo tensiones biaxiales y triaxiales debido a la reducción de los esfuerzos cortantes, lo que dificulta la deformación plástica. La aplicación de esfuerzos de compresión laterales aumenta los esfuerzos cortantes y favorece la deformación plástica.

La reducción del tamaño de grano es el único factor que permite aumentar simultáneamente el límite elástico y la tenacidad. Un tamaño de grano más pequeño significa más límites de grano, lo que dificulta el movimiento de las dislocaciones, incrementando así la resistencia y la tenacidad.

La temperatura y la velocidad de carga influyen en la fragilidad de los materiales. En general, un material se comporta de manera más frágil a altas velocidades de carga y temperaturas bajas.

La mayoría de los materiales cristalinos se rompen transgranularmente, a través del grano del material, ya que las juntas de grano son más resistentes que el propio grano. Sin embargo, en algunos casos, la fractura ocurre a través de las juntas de grano debido a factores como la precipitación de una fase frágil en la junta de grano.

Para evitar la fractura frágil, se necesita promover la deformación plástica. La aplicación de esfuerzos de compresión laterales, la reducción del tamaño de grano y la elección de materiales con mayor tenacidad son estrategias clave para aumentar la resistencia a la fractura frágil.