Comprender la fragilidad de los materiales.

Cuando está bajo tensión, se dice que un material es frágil si se agrieta con poca deformación elástica y poca o ninguna deformación plástica. Incluso los materiales de alta resistencia que son frágiles tienden a absorber relativamente poca energía antes de romperse. Un fuerte chasquido está presente con frecuencia cuando algo se rompe.

Por lo general, se usa para materiales que fallan cuando hay poca o ninguna deformación plástica antes de la falla cuando se utiliza en la investigación de materiales. Las piezas fracturadas deberían encajar perfectamente entre sí ya que no ha habido ninguna deformación plástica, que es una forma de verificar esto.

En este artículo, se discutirán las siguientes preguntas:

• ¿Qué es la fragilidad?
• Fragilidad en diferentes materiales
• ¿Cómo se vuelven frágiles los materiales?
• ¿Cuál es el efecto de la presión sobre la fragilidad?

¿Qué es la fragilidad?

El término "fragilidad" se refiere a la tendencia de un material a fracturarse bajo estrés, pero solo se deforma ligeramente antes de hacerlo. La alta resistencia a la compresión y la baja resistencia a la tracción son características de los materiales frágiles, al igual que la poca deformación, la poca resistencia al impacto y la vibración de la carga y la alta resistencia a la compresión. La mayoría de los materiales inorgánicos no metálicos son frágiles.

Cuando está bajo tensión, se dice que un material es frágil si se agrieta con poca deformación elástica y poca o ninguna deformación plástica. Incluso los materiales de alta resistencia que son frágiles tienden a absorber relativamente poca energía antes de romperse. Un fuerte chasquido está presente con frecuencia cuando algo se rompe.

Por lo general, se usa para materiales que fallan cuando hay poca o ninguna deformación plástica antes de la falla cuando se utiliza en la investigación de materiales. Las piezas fracturadas deberían encajar perfectamente entre sí ya que no ha habido ninguna deformación plástica, que es una forma de verificar esto.

Por debajo de un umbral de temperatura conocido como temperatura de transición vítrea (Tg) o temperatura de transición dúctil a frágil (DBTT), los metales y los polímeros se vuelven frágiles. Particularmente cuando las fuerzas se ejercen sobre el cuerpo, este cambio rápido es desastroso. Se observa que el crecimiento de la fractura es ortogonal a las fuerzas aplicadas que atraviesan granos moleculares o bordes de granos.

En este caso, la temperatura afecta la estructura molecular de un material de una manera que le impide mantener su flexibilidad, lo que resulta en la falla del material. En general, todos los materiales eventualmente fallarán cuando se excedan sus límites, sin embargo, la fragilidad se refiere a la tendencia de un material a fallar antes de que cambie de forma o tamaño.

La falla de los materiales quebradizos ocurre bajo dos circunstancias:tensión que actúa sobre la superficie del material y temperaturas ambientales por debajo del punto de fusión del material.

Fragilidad en diferentes materiales

Los siguientes son materiales con su nivel de fragilidad:

Polímeros

Las propiedades mecánicas de los polímeros son susceptibles a fluctuaciones de temperatura cercanas a la temperatura ambiente. Por ejemplo, el poli (metacrilato de metilo) es extremadamente frágil a 4 °C, pero se vuelve más dúctil a medida que aumenta la temperatura.

Los polímeros amorfos son aquellos que responden diferencialmente a los cambios de temperatura. A bajas temperaturas, pueden comportarse como vidrio (la zona vítrea), a temperaturas intermedias, pueden comportarse como un sólido gomoso (la región de transición vítrea o correosa), y a temperaturas más altas, pueden comportarse como un líquido viscoso (la zona gomosa). flujo y región de flujo viscoso).

Comportamiento viscoelástico es el nombre que se le da a esta acción. El polímero amorfo será duro y quebradizo en la zona vítrea. El polímero se volverá menos quebradizo a medida que aumente la temperatura.

Metales

Debido a sus sistemas de deslizamiento, algunos metales exhiben cualidades frágiles. El metal es menos quebradizo cuantos más sistemas de deslizamiento tiene porque varios de estos sistemas de deslizamiento pueden sufrir deformación plástica. Por otro lado, el metal será más frágil con menos sistemas de deslizamiento ya que puede tener lugar una menor deformación plástica. Por ejemplo, los metales HCP (hexagonal close-packed) suelen ser frágiles y tienen pocos sistemas de deslizamiento activos.

Cerámica

Debido a la dificultad del movimiento de dislocación o deslizamiento, las cerámicas suelen ser quebradizas. Las cerámicas cristalinas tienen un número limitado de sistemas de deslizamiento, lo que dificulta la deformación y aumenta la fragilidad de la cerámica.

El enlace iónico está típicamente presente en los materiales cerámicos. El deslizamiento se limita aún más como resultado de la carga eléctrica de los iones y su atracción por otros iones con cargas similares.

¿Cómo se vuelven frágiles los materiales?

A través del endurecimiento, los materiales pueden volverse más o menos frágiles. Un material normalmente tiene dos opciones cuando alcanza el límite de su resistencia:deformación o fractura. Al prevenir los mecanismos de deformación plástica, un metal naturalmente maleable se puede hacer más fuerte, pero si esto se hace al extremo, la fractura se convierte en el resultado más probable y el material puede volverse quebradizo. Por lo tanto, aumentar la dureza del material requiere un cuidadoso equilibrio.

El vidrio y otros materiales naturalmente frágiles se pueden endurecer de manera eficiente. La mayoría de estos métodos utilizan uno de dos mecanismos:para desviar o absorber la punta de la fractura a medida que se propaga o para generar tensiones residuales reguladas con precisión que cerrarán las grietas de fuentes específicas conocidas.

El vidrio laminado, que consta de dos láminas de vidrio separadas por una capa intermedia de polivinil butiral, utiliza el primer principio. Como polímero viscoelástico, el butiral de polivinilo absorbe la grieta en expansión. Tanto el vidrio templado como el hormigón pretensado emplean la segunda técnica.

Prince Rupert's Drop ofrece una ilustración del endurecimiento del vidrio. El poliestireno de alto impacto, también conocido como HIPS, es un buen ejemplo de cómo los polímeros quebradizos pueden volverse más resistentes mediante la incorporación de partículas metálicas que provocan grietas cuando se presiona una muestra. El carburo de silicio y la zirconia endurecida por transformación son las cerámicas estructurales menos frágiles.

Los materiales compuestos, donde las fibras de vidrio quebradizas, por ejemplo, se incorporan en una resina de poliéster similar a una matriz dúctil, emplean una filosofía distinta. En la interfase vidrio-matriz, las grietas emergen bajo tensión, pero son tantas que se absorbe mucha energía, lo que hace que el material sea más duradero. Los compuestos de matriz metálica se fabrican utilizando la misma idea básica.

¿Cuál es el efecto de la presión sobre la fragilidad?

En general, la presión se puede utilizar para aumentar la resistencia a la fragilidad de un material. Esto ocurre, por ejemplo, en la zona de transición frágil-dúctil a una profundidad de unos 10 kilómetros (6,2 millas) en la corteza terrestre, donde es más probable que la roca se doble dúctilmente y sea menos propensa a fracturarse.

Preguntas frecuentes

¿Qué es la fragilidad y su ejemplo?

Después de ser deformados más allá de su límite elástico, los materiales quebradizos comienzan a fallar casi rápidamente y se fracturan o rompen porque tienen una pequeña zona plástica. Los materiales frágiles incluyen cosas como hueso, hierro fundido, porcelana y hormigón.

¿Qué son la ductilidad y la fragilidad?

Mientras que la fragilidad se refiere a la propensión de un material a fracturarse o romperse en lugar de doblarse plásticamente bajo presión de tracción, la ductilidad se refiere a la capacidad de un material sólido para hacerlo.

¿Cuáles son los tipos de fragilidad?

Las fracturas transgranulares e intergranulares son las dos formas principales de fracturas frágiles.

¿Es la fragilidad una propiedad del metal?

La cerámica, el vidrio y los metales fríos suelen constituir la mayoría de los materiales frágiles. La fragilidad del metal ayuda a identificar el umbral de temperatura de enfriamiento en el que un material dúctil se vuelve quebradizo.

¿Qué es un material frágil?

El vidrio, la cerámica, el grafito y algunas aleaciones con muy poca plasticidad son ejemplos de materiales frágiles. En estos materiales, las grietas pueden comenzar sin deformación plástica y progresar rápidamente hasta la rotura frágil.

En resumen

La fragilidad es una propiedad esencial a tener en cuenta al seleccionar los materiales para un proyecto. Se refiere a la tendencia de un material a fracturarse bajo estrés, pero solo se deforma ligeramente antes de hacerlo. La alta resistencia a la compresión y la baja resistencia a la tracción son características de los materiales frágiles, al igual que la poca deformación, la poca resistencia al impacto y la vibración de la carga y la alta resistencia a la compresión.

Eso es todo por este artículo, donde se brindan las respuestas a las siguientes preguntas:

• ¿Qué es la fragilidad?
• Fragilidad en diferentes materiales
• ¿Cómo se vuelven frágiles los materiales?
• ¿Cuál es el efecto de la presión sobre la fragilidad?

Espero que aprenda mucho de la lectura, si es así, tenga la amabilidad de compartir con los demás. Gracias por leer, ¡nos vemos!