Diferentes tipos de propiedades mecánicas de los materiales.

Las propiedades mecánicas de los materiales son un atributo intensivo de algún material, lo que significa que es una característica física independiente de la cantidad del material. Estas características cuantitativas se pueden utilizar como medida para comparar las ventajas de varios materiales, lo que ayuda en la elección de los materiales.

Una característica, como la temperatura, puede ser una función de una o más variables independientes o puede ser una constante. Anisotropía es el término para la tendencia de las cualidades de un material a fluctuar hasta cierto punto dependiendo de la dirección del material en el que se miden. Cuando se usan dentro de un cierto rango operativo, las cualidades de los materiales que se relacionan con varios procesos físicos con frecuencia se comportan linealmente (o más o menos). Las ecuaciones diferenciales constitutivas que se utilizan para describir la propiedad se pueden simplificar en gran medida modelándolas como funciones lineales.

El pronóstico de las cualidades de un sistema frecuentemente usa ecuaciones que definen propiedades importantes del material. Utilizando procedimientos de prueba establecidos, se miden los atributos. Muchas de estas técnicas han sido redactadas y publicadas en línea por sus respectivas comunidades de usuarios; consulte ASTM International.

En este artículo, veremos los diferentes tipos de propiedades mecánicas de los materiales

¿Cuáles son las propiedades mecánicas de los materiales más comunes?

Los diseñadores de productos pueden usar la información de una descripción de algunas cualidades mecánicas y físicas típicas para ayudarlos a elegir los materiales correctos para una aplicación en particular. Los siguientes son los tipos de propiedades mecánicas del material:

• Conductividad
• Corrosión
• Resistencia
• Densidad
• Ductilidad/maleabilidad
• Elasticidad/rigidez
• Fractura
• Resistencia
• Dureza
• plasticidad
• Fuerza, Fatiga
• Resistencia, Resistencia al corte,
• Resistencia a la tracción, rendimiento
• Resistencia
• Resistencia al desgaste

Conductividad

La cantidad de calor que pasa a través de un material se puede determinar por su conductividad térmica. Se expresa como un grado por unidad de longitud, área transversal y tiempo. Los materiales de alta conductividad térmica se pueden utilizar como disipadores de calor, mientras que los materiales con baja conductividad térmica se pueden emplear como aislantes.

Los metales de alta conductividad térmica serían adecuados para su uso en sistemas como intercambiadores de calor o refrigeración. Aunque los materiales con baja conductividad térmica se pueden emplear en aplicaciones de alta temperatura, los componentes de alta temperatura con frecuencia necesitan materiales con alta conductividad térmica, por lo tanto, es fundamental comprender el entorno.

Similar a la conductividad térmica, la conductividad eléctrica mide la cantidad de electricidad que pasa a través de un material con una sección transversal y longitud conocidas.

Resistencia a la corrosión

La capacidad de un material para resistir un ataque químico o electroquímico natural por parte del aire, la humedad u otros elementos se conoce como resistencia a la corrosión. Existen numerosos tipos de corrosión, incluida la intergranular, la división, la respuesta galvánica y las picaduras (muchas de las cuales se analizarán en otras ediciones del boletín).

Con base en una extrapolación lineal de la penetración que ocurre en el transcurso de una prueba o servicio determinado, la resistencia a la corrosión se puede definir como la mayor profundidad en milésimas de pulgada a la que la corrosión podría penetrar en un año. Mientras que ciertos materiales se benefician de la adición de placas o revestimientos, otros son naturalmente resistentes a la corrosión. Muchos metales que son miembros de familias que resisten la corrosión aún son vulnerables a los factores ambientales particulares presentes en los entornos en los que funcionan.

Densidad

La masa de la aleación por unidad de volumen se conoce como densidad, que con frecuencia se expresa en términos de libras por pulgada cúbica, gramos por centímetro cúbico, etc. El peso de un componente de un tamaño específico depende de la densidad de la aleación.

En industrias donde el peso importa, como la aeroespacial o la industria automotriz, este componente es crucial. Los ingenieros que desean componentes más livianos pueden buscar aleaciones menos densas, pero también deben tener en cuenta la relación resistencia-peso. Si una sustancia con una densidad más alta, como el acero, ofrece mayor resistencia que una con una densidad más baja, se puede elegir ese material. Se podría usar una porción más delgada para compensar la mayor densidad usando menos material.

Ductilidad/Maleabilidad

La ductilidad de un material es su capacidad para estirarse o doblarse plásticamente sin romperse y mantener la nueva forma una vez que se ha eliminado la carga. Imagine poder estirar un determinado metal en un alambre.

En una prueba de tracción, la ductilidad se calcula con frecuencia como un porcentaje de elongación, o la reducción en el área de la sección transversal de la muestra antes de la falla. El módulo de Young, a menudo conocido como módulo de elasticidad, es una relación tensión/deformación crucial que se utiliza en numerosos cálculos de diseño y se puede obtener mediante una prueba de tracción. Los materiales dúctiles son adecuados para otros procesos metalúrgicos, como el laminado o el trefilado, debido a su tendencia a resistir el agrietamiento o la rotura bajo tensión. El metal tiende a volverse menos dúctil con algunos tratamientos adicionales, como el trabajo en frío.

La capacidad de un metal para moldearse sin romperse se conoce como maleabilidad, una cualidad física. El material se enrolla o prensa en láminas más delgadas usando presión, también conocida como tensión de compresión. Los materiales de alta maleabilidad pueden soportar una mayor presión sin agrietarse.

Elasticidad/rigidez

Cuando se elimina una fuerza de distorsión, la capacidad de un material para recuperar su tamaño y forma anteriores se denomina propiedad elástica. Los materiales elásticos volverán a su forma original cuando se libere la tensión, en contraste con los materiales que muestran plasticidad (donde el cambio de forma es irreversible).

El Módulo de Young, que contrasta la relación entre el estrés (la fuerza ejercida) y la deformación, se utiliza con frecuencia para evaluar la rigidez de un metal (la deformación resultante). Cuanto mayor sea el módulo, más rígido será el material, ya que una mayor tensión provoca una deformación proporcionalmente menor. El caucho es un material que presenta baja rigidez/módulo bajo, mientras que el vidrio es un ejemplo de material rígido/módulo alto. Para aplicaciones donde la rigidez es necesaria bajo carga, esta es una cuestión de diseño crucial.

Fractura/Resistencia

La capacidad de un material para soportar golpes está determinada por su resistencia al impacto. En general, el efecto de impacto de una colisión que ocurre rápidamente es mayor que el impacto de una fuerza menor aplicada gradualmente.

Por lo tanto, cuando la aplicación implique un alto peligro de impacto, se debe tener en cuenta la resistencia al impacto. Si bien algunos metales pueden funcionar satisfactoriamente bajo tensiones estáticas, las cargas dinámicas o las colisiones hacen que fallen. En el laboratorio, la prueba Charpy, que consiste en golpear una muestra con un péndulo ponderado en el otro lado de una muesca en V maquinada, se usa con frecuencia para medir el impacto.

Dureza

La capacidad de un material para soportar una mella permanente se denomina dureza (es decir, deformación plástica). Por lo general, la capacidad de un material para resistir el desgaste o la deformación aumenta con su dureza. Por lo tanto, el término "dureza" también puede referirse a la rigidez de la superficie local de un material o su resistencia al corte, el rayado o la abrasión.

Los métodos de Brinell, Rockwell y Vicker para medir la dureza miden el área y la profundidad de la depresión creada por un material más duro, como una bola de acero, un diamante u otro penetrador.

Plasticidad

Lo opuesto a la elasticidad, la plasticidad, se refiere a la propensión de un material a mantener su forma alterada cuando se somete a fuerzas de formación. Es la propiedad que hace posible manipular materiales en una nueva forma permanente. En el límite elástico, el comportamiento de un material cambia de elástico a plástico.

Fuerza, Fatiga

Bajo cargas repetitivas o fluctuantes (como carga o descarga) con un valor máximo inferior a la resistencia a la tracción del material, la fatiga puede provocar la fractura. Existe una correlación entre el estrés y los ciclos hasta la falla, donde las tensiones más altas aceleran el tiempo hasta la falla y viceversa. Por lo tanto, el término “límite de fatiga” se refiere a la tensión máxima que el metal (la variable) puede soportar durante un número específico de ciclos.

La medida de vida a la fatiga, por otro lado, fija la carga y cuenta el número de ciclos de carga que un material puede soportar antes de fallar. Al diseñar componentes que estarán sujetos a condiciones de carga recurrentes, la resistencia a la fatiga es un factor crucial a tener en cuenta.

Resistencia – Cortante

En aplicaciones como pernos o vigas, donde tanto la dirección como la amplitud de la tensión son cruciales, la resistencia al corte es un factor. Cuando las fuerzas direccionales hacen que el nivel granular de la estructura interna del metal se deslice contra sí mismo, se produce un corte.

Resistencia a la tracción

La resistencia a la tracción, o última, es una de las medidas más populares para las propiedades de los metales. La cantidad de carga que un segmento de metal puede soportar antes de romperse se conoce como resistencia a la tracción. A través de la región de deformación elástica, el metal se alargará durante las pruebas de laboratorio antes de volver a su forma original.

Mantiene la forma estirada incluso después de que se haya retirado la carga cuando alcanza el punto de deformación plástica o permanente (medido como rendimiento). La carga finalmente hace que el metal se rompa en el punto de tracción. Esta medida ayuda a diferenciar entre materiales frágiles y más dúctiles. Los megapascales (MPa) o libras por pulgada cuadrada son unidades que se utilizan para expresar la resistencia a la tracción o a la tracción última.

Fuerza, Rendimiento

El límite elástico describe el punto en el que el material bajo carga ya no volverá a su posición o forma original. Es similar en concepto y medida a la resistencia a la tracción. La deformación plástica sigue a la deformación elástica.

Para comprender las limitaciones de la integridad dimensional bajo tensión, los cálculos de diseño incluyen el punto de fluencia. Al igual que la resistencia a la tracción, el límite elástico se expresa en libras por pulgada cuadrada o Newtons por milímetro cuadrado (MPa).

Resistencia

La tenacidad, determinada por la prueba de impacto Charpy y comparable a la resistencia al impacto, mide la capacidad de un material para resistir el impacto sin romperse a una temperatura específica. Los materiales pueden volverse más quebradizos a bajas temperaturas porque la resistencia al impacto suele ser más débil durante este tiempo.

Donde existe la posibilidad de bajas temperaturas en la aplicación (como plataformas petroleras en alta mar, oleoductos, etc.), o donde la carga instantánea es un factor, los valores de Charpy son con frecuencia obligatorios en aleaciones ferrosas (por ejemplo, contención balística en aplicaciones militares o aeronáuticas) .

Resistencia al desgaste

La capacidad de un material para soportar el impacto de dos materiales que se frotan entre sí se conoce como resistencia al desgaste. Estos incluyen adhesión, abrasión, rayado, desgarro, excoriación y otras formas de desgarro.

Cuando los materiales tienen durezas variables, el metal más blando puede presentar primero las consecuencias y se pueden tomar decisiones de diseño para abordar esto. Debido a la presencia de materiales extraños, incluso rodar puede provocar abrasión. La cantidad de masa perdida por un número específico de ciclos de abrasión a una carga específica se puede utilizar para cuantificar la resistencia al desgaste.

Otras propiedades mecánicas de los materiales

Las siguientes son algunas otras propiedades mecánicas de los materiales:

• Fragilidad
• Módulo de volumen
• Coeficiente de restitución
• Resistencia a la compresión
• Creencia
• Durabilidad
• Límite de fatiga
• Flexibilidad
• Módulo de flexión
• Resistencia a la flexión
• Coeficiente de fricción
• Difusividad de masa
• Proporción de veneno
• Resiliencia
• Deslizamiento
• Módulo específico
• Fuerza específica
• Rugosidad de la superficie
• Resistencia a la tracción
• Viscosidad
• Módulos de Young

Propiedades eléctricas

• Capacidad
• Constante dieléctrica
• Rigidez dieléctrica
• Resistividad y conductividad eléctrica
• Susceptibilidad eléctrica
• Coeficiente electrocalórico
• Electroestricción
• Polarizabilidad magnetoeléctrica
• Coeficiente de Nernst (efecto termoeléctrico)
• Permisividad
• Constantes piezoeléctricas
• Piroelectricidad
• Coeficiente de Seebeck

Propiedades magnéticas

• Temperatura de Curie
• Diamagnetismo
• Coeficiente de Hall
• Histéresis
• Magnetoestricción
• Coeficiente magnetocalórico
• Potencia magnetotermoeléctrica (coeficiente de efecto magneto-Seebeck)
• Magnetorresistencia
• Permeabilidad
• Piezomagnetismo
• Coeficiente piromagnético
• Efecto Spin Hall

Propiedades Acústicas

• Absorción acústica
• Velocidad del sonido
• Reflejo de sonido
• Transferencia de sonido
• Elasticidad de tercer orden (Efecto acustoelástico)

Propiedades térmicas

• Diagrama de fase binario
• Punto de ebullición
• Coeficiente de dilatación térmica
• Temperatura crítica
• Punto Curie
• Temperatura de transición de dúctil a frágil
• Emisividad
• Punto eutéctico
• Inflamabilidad
• Punto de inflamación
• Temperatura de transición vítrea
• Calor de vaporización
• Temperatura de inversión
• Punto de fusión
• Conductividad térmica
• Difusividad térmica
• Expansión térmica
• Punto triple
• Presión de vapor
• Capacidad calorífica específica

Propiedades químicas

• Resistencia a la corrosión
• Higroscopia
• pH
• Reactividad
• Superficie interna específica
• Energía superficial
• Tensión superficial

Propiedades atómicas

• Masa atómica
• Número atómico
• Peso atómico

Propiedades ópticas

• Absorbancia:la fuerza con la que un químico atenúa la luz
• Birefringencia
• Color
• Efecto electroóptico
• Luminosidad
• Actividad óptica
• Fotoelasticidad
• Fotosensibilidad
• Reflectividad
• Índice de refracción
• Dispersión
• Transmitancia

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Propiedades de fabricación

• Capacidad de colado:el material puede someterse fácilmente a colado.
• Calificación de maquinabilidad
• Velocidad de mecanizado y avances

Propiedades radiológicas

• Sección transversal de neutrones
• Actividad específica
• Vida media

En resumen

En cualquier diseño de producción, es muy esencial tener en cuenta las propiedades mecánicas del material. Como puede ver en la lista anterior, hay muchas propiedades que se pueden obtener de los materiales. Sin embargo, las propiedades más comunes se clasifican en propiedades físicas, químicas y mecánicas.

Eso es todo por este artículo, donde se discuten los tipos comunes de propiedades mecánicas de los materiales. Espero que obtenga mucho de la lectura, si es así, tenga la amabilidad de compartir con los demás. Gracias por leer, ¡nos vemos!