Propiedades mecánicas: tensión, deformación y ensayos de materiales para ingeniería
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Propiedades mecánicas: definiciones y ensayos
Conceptos básicos
Tensión - El cociente entre la fuerza uniaxial F y la sección transversal A de una varilla: σ = F/A.
Deformación - Elongación de una varilla en la dirección de una fuerza: ε = (L - L0)/L0.
Ley de Hooke y módulo de Young
Ley de Hooke - Las deformaciones producidas en un elemento son proporcionales a las tensiones que las producen. En términos del módulo de Young (E):
E = (F·L0) / (A0·ΔL)
Ensayos mecánicos
Los ensayos permiten caracterizar el comportamiento de los materiales frente a diferentes solicitaciones. A continuación se describen los principales ensayos y su finalidad.
Ensayo de tracción
Este ensayo consiste en someter a una probeta de forma y dimensiones normalizadas a un sistema de fuerzas exteriores en la dirección de su eje de longitud hasta romperla.
Ensayo de dureza
La dureza es la resistencia que ofrece un material a ser rayado o penetrado por otro. Existen varios métodos para determinarla:
Ensayo Brinell
Consiste en comprimir una bola de acero templado de un diámetro determinado contra el material a ensayar por medio de una carga y durante un tiempo determinado. Si se aplica a materiales de espesor inferior a 6 mm, estos se deforman.
Ensayo Vickers
El penetrador utiliza una pirámide regular de base cuadrada. Presenta ventajas porque se puede usar tanto para materiales duros como blandos y los espesores de la pieza pueden ser muy pequeños.
Ensayo Rockwell
Esta máquina determina la dureza en función de la profundidad de la huella. Es fácil y rápido de realizar y vale para materiales duros y blandos, pero es menos preciso que otros métodos.
Ensayo dinámico por choque (resiliencia)
La finalidad es determinar la energía absorbida por una probeta al provocar su ruptura mediante un golpe. La máquina más usada en el ensayo de resiliencia es el péndulo de Charpy.
Ensayo de fatiga
Cuando algunas piezas están sometidas a esfuerzos variables en magnitud y sentido que se repiten con cierta frecuencia, se pueden romper con cargas inferiores a las de rotura estática. A esto se le llama fatiga.
Ensayos tecnológicos
Con estos ensayos no se pretende obtener valores numéricos precisos, sino estudiar el comportamiento del material en procesos de fabricación o deformación.
Ensayo de plegado
Sirve para estudiar las características de plasticidad de los materiales metálicos.
Ensayo de embutición
Consiste en presionar un vástago sobre una chapa hasta que aparezca una grieta.
Notas finales
Los ensayos descritos permiten caracterizar la resistencia, la ductilidad, la dureza, la tenacidad y el comportamiento frente a cargas cíclicas de los materiales. Elegir el método apropiado depende de la propiedad que se desee medir y de las condiciones de servicio del componente.