Propiedades Mecánicas de los Materiales: Conceptos y Ensayos Clave

Conceptos Fundamentales de las Propiedades Mecánicas

Tensión

La tensión es la fuerza soportada por milímetro cuadrado o unidad de sección. Los elementos tienen que estar dimensionados con una sección suficiente para aguantar la carga aplicada.

Resistencia

La resistencia es la capacidad que tiene un material para soportar un esfuerzo y aguantar sin deformarse.

• Resistencia a la tracción (carga mecánica): Lo que aguanta un material antes de romper en una carga estática.
• Resistencia a la fractura: Es la oposición que opone un cuerpo a separarse en dos o más pedazos aplicando una tensión estática.

Tipos de Fractura

• Fractura dúctil: Es la deseable, tiene deformación y avisa cuando rompe.
• Fractura frágil: No tiene deformación plástica y la grieta se propaga rápidamente con apariencia brillante y granulada.

Tenacidad y Fragilidad

• Tenacidad: Se refiere a la energía absorbida por un material al recibir un golpe, deformándose antes de romperse.
• Fragilidad: Se produce cuando un material se rompe sin deformarse al recibir un golpe.

Ductilidad y Maleabilidad

• Ductilidad: Capacidad de un material para deformarse en hilos.
• Maleabilidad: Capacidad de un material para deformarse en láminas.

Elasticidad y Límites Asociados

Elasticidad

La elasticidad es la propiedad que tiene un cuerpo de recuperar su forma inicial, más o menos, al cesar la fuerza que lo deformaba.

Límite Elástico

El límite elástico, también denominado límite de elasticidad, es la tensión máxima que un material elastoplástico puede soportar antes de deformarse permanentemente.

Límite de Fluencia

El límite de fluencia o límite elástico aparente es el valor de la tensión que soporta la probeta en el momento de producirse el fenómeno de la cedencia o fluencia. Este fenómeno tiene lugar en la zona de transición entre las deformaciones elásticas y plásticas, y se caracteriza por un rápido incremento de la deformación sin aumento apreciable de la carga aplicada.

Límite Elástico Aparente y Convencional

• Límite elástico aparente: Es la tensión que soporta la probeta en la transición entre la zona elástica y la plástica.
• Límite elástico convencional o práctico: Es la tensión que, después de ser aplicada, genera una deformación permanente del 0,2% de su longitud inicial.

Alargamiento de Rotura

El alargamiento de rotura es el incremento de longitud que ha sufrido la probeta. Se mide entre dos puntos cuya posición está normalizada y se expresa en tanto por ciento.

Plasticidad

La plasticidad se refiere a la capacidad de un material de deformarse de manera irreversible, ampliando su extensión, aun cuando cesa la fuerza que lo generaba.

La tenacidad es la energía de deformación total que es capaz de absorber o acumular un material antes de alcanzar la rotura en condiciones de impacto, por acumulación de dislocaciones. Se debe principalmente al grado de cohesión entre moléculas.

Ensayos para Determinar las Propiedades Mecánicas

Ensayo de Tracción (UNE-EN 10002-1)

El ensayo de tracción es uno de los ensayos más importantes, ya que aporta gran información sobre la resistencia de los materiales. Estos datos se pueden usar para diseñar nuevas estructuras u objetos, además de poder comprobar las piezas ya realizadas.

Se lleva a cabo sometiendo un objeto a un esfuerzo que hace que se estire, incrementando progresivamente el esfuerzo hasta conseguir su rotura por la parte central. Durante todo el proceso, se comparan las fuerzas aplicadas a la probeta con los alargamientos sufridos, obteniendo así un diagrama (con eje de tensiones y de alargamiento) representativo del material a ensayar.

Ensayo de Resiliencia

El ensayo de resiliencia mide el comportamiento de los aceros cuando se les da un golpe. Se utiliza el péndulo Charpy (EN 10045-1). Son ensayos de impacto de una probeta entallada y ensayada a flexión en tres puntos. El péndulo cae sobre el dorso de la probeta y la parte. La diferencia entre la altura inicial del péndulo (h) y la final tras el impacto (h') permite medir la energía absorbida en el proceso de fracturar la probeta. La probeta debe estar normalizada, midiendo 55 mm y con una entalla en el centro de 5 mm de profundidad, que puede ser en U o en ojo de cerradura, además de medir 10x10 mm de ancho y de alto.