Índice
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INTRODUCCIÓN…………………………………………………….………… 4
CONTENIDO
1. Clasificación de los materiales………………………………………..…... 6
- Materiales metálicos………………………………………………..……. 6
- Materiales poliméricos…………………………………………….…….. 7
- Materiales cerámicos………………………………………………..…… 9
- Materiales compuestos………………………………………………...… 11
- Materiales eléctricos...…………………………………………………… 13
- Materiales inteligentes………………………………………………..….. 14
- Nanomateriales………...………………………………………………… 16
2. Propiedades mecánicas de los materiales………………………………… 17
- Definición………………………………………………………………... 17
- Elasticidad……………………………………………………………. 17
- Plasticidad……………………………………………………………. 18
- Ductilidad…………………………………………………………….. 18
- Maleabilidad………………………………………………………… 19
- Dureza………………………………………………………………... 19
- Fragilidad…………………………………………………………….. 20
- Tenacidad…………………………………………………………….. 21
- Fatiga.………………………………………………………………… 21
- Limite elástico………………………………………………………... 22
- Esfuerzo ingenieril y deformación ingenieril………………………… 23
- Estricción…………………………………………………………….. 24
- Módulo de Young……………………………………………………. 25
- Ley de Hooke………………………………………………………… 25
- Resiliencia……………………………………………………………. 26
2
CONCLUSIÓN…………………………………………………………………. 28
BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………………... 32
Introducción
3
Los materiales son sustancias de las que cualquier cosa está compuesta o hecha,
podemos encontrar materiales en cualquier lugar de nuestro entorno. Desde el
comienzo de las civilizaciones, los materiales junto con la energía han sido utilizados
por el hombre para mejorar su nivel de vida, el trabajo de este hombre prehistórico
estaba limitado a los materiales disponibles en la naturaleza como la piedra, madera,
huesos y pieles. Con el transcurso del tiempo, gracias a que el mundo es de cambios
dinámicos, y los materiales no son la excepción, el progreso ha dependido de las
mejoras de los materiales con los que se trabaja. Pasando de la Edad de Piedra a las
nuevas edades de cobre (bronce) y de hierro.
La producción y elaboración de los materiales hasta convertirlos en productos
terminados constituyen una parte importante de la economía actual. Dado que los
materiales son necesarios para fabricar productos, los ingenieros deben conocer la
estructura interna y las propiedades de los materiales, de tal manera que puedan elegir
los más adecuados para cada aplicación y crear los mejores métodos para procesarlos
obteniendo así, el mejor producto al menor precio.
La búsqueda de nuevos materiales es permanente. Por ejemplo, los ingenieros
mecánicos requieren de materiales que resistan altas temperaturas de modo que los
motores a reacción puedan funcionar con mayor eficacia. Los ingenieros eléctricos
requieren de nuevos materiales que permitan que los dispositivos electrónicos
funcionen a mayores velocidades y a mayores temperaturas. Los ingenieros
aeronáuticos requieren de materiales con mayor relación resistencia-peso para
vehículos aeroespaciales. Los ingenieros químicos y los expertos en materiales
procuran descubrir materiales más resistentes a la corrosión, entre otros.
Recientemente, se ha dado gran importancia a los nanomateriales y a materiales
4
inteligentes, ya que sus propiedades estructurales, químicas y mecánicas presentes en
ellos nos han abierto nuevas y emocionantes posibilidades en la aplicación de estos
materiales a diferentes campos de la ingeniería y la medicina.
Propiedades de los Materiales
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Clasificación de los materiales
La mayoría de los materiales utilizados en ingeniería se dividen en tres grupos
principales: materiales metálicos, poliméricos y cerámicos. Además de estos tres
grupos de materiales, se toman en cuenta dos tipos más dada su gran importancia en
la ingeniería., los materiales compuestos y los materiales electrónicos.
- Materiales metálicos
Estos materiales son sustancias inorgánicas compuestas por uno o más
elementos metálicos y pueden contener algunos elementos no metálicos. Son
ejemplos de elementos metálicos el hierro, el cobre, el aluminio, el níquel y el titanio.
Los materiales metálicos pueden contener elementos no metálicos como carbono,
nitrógeno y oxígeno.
Tienen una estructura cristalina en la que los átomos están dispuestos de manera
ordenada. En general, los metales son buenos conductores térmicos y eléctricos.
Muchos metales son relativamente resistentes y dúctiles a la temperatura ambiente y
presentan alta resistencia, incluso a altas temperaturas.
Suelen dividirse en dos clases: aleaciones y metales ferrosos que contienen un
alto porcentaje de hierro, como el acero y el hierro fundido, y aleaciones y metales no
ferrosos que carecen de hierro o contienen sólo cantidades relativamente pequeñas de
éste. Son ejemplos de metales no ferrosos el aluminio, el cobre, el zinc, el titanio y el
níquel. La distinción entre aleaciones ferrosas y no ferrosas se hace debido al empleo
6
y producción considerablemente mayores de aceros y hierros fundidos en
comparación con otras aleaciones.
Ya sea en aleación o puros, los metales se emplean en numerosas industrias;
entre otras, la aeronáutica, la biomédica, de los semiconductores, electrónica,
energética, de estructuras civiles y del transporte
- Materiales poliméricos
La mayoría de los materiales poliméricos constan de largas cadenas o redes
moleculares que frecuentemente se basan en compuestos orgánicos (precursores que
contienen carbono).
Desde un punto de vista estructural, la mayoría de los materiales poliméricos no
son cristalinos, pero algunos constan de mezclas de regiones cristalinas y no
cristalinas. La resistencia y ductibilidad de los materiales poliméricos varía
considerablemente. Dada la naturaleza de su estructura interna, la mayoría de los
materiales poliméricos son malos conductores de electricidad. Algunos de estos
materiales son buenos aislantes y se emplean como aislantes eléctricos. Una de las
aplicaciones más recientes de materiales poliméricos ha sido en la fabricación de
discos de video digitales (DVD) (figura 1). En general, los materiales poliméricos
tienen bajas densidades y temperaturas de ablandamiento o de descomposición
relativamente bajas.
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Figura 1. Composición de un DVD
Las industrias proveedoras de polímeros se centran cada vez más en la creación
de mezclas de polímeros con otros polímeros, conocidas también como aleaciones o
mezclas, para ajustarlas a aplicaciones específicas para las cuales ningún otro
polímero es adecuado por sí solo. Debido a que las mezclas se producen con base en
los polímeros existentes con propiedades bien conocidas, su creación resulta menos
costosa y más confiable que sintetizar un polímero único para una aplicación
específica. Por ejemplo, los elastómeros (un tipo de polímero muy deformable) suelen
mezclarse con otros plásticos para mejorar la resistencia del material al impacto. Esas
mezclas tienen un empleo importante en parachoques, automotores, alojamientos de
las herramientas motorizadas, artículos deportivos y componentes sintéticos de
muchas instalaciones de pistas de atletismo techadas, que suelen estar fabricadas con
una combinación de caucho y poliuretano. Los revestimientos acrílicos mezclados
con varias fibras y materiales de refuerzo y colores brillantes se emplean como
material de revestimiento para pistas de tenis y patios de juegos. Sin embargo, otros
materiales de revestimiento fabricados con polímeros se están empleando para
proteger de la corrosión, ambientes químicos amenazantes, choque térmico, impacto,
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desgaste y abrasión. La búsqueda de nuevos plásticos y aleaciones continúa dado su
menor costo y buenas propiedades para muchas aplicaciones.
- Materiales cerámicos
Los materiales cerámicos son materiales inorgánicos formados por elementos
metálicos y no metálicos enlazados químicamente entre sí. Estos pueden ser
cristalinos, no cristalinos o mezclas de ambos. La mayoría de los materiales
cerámicos tienen una gran dureza y resistencia a las altas temperaturas pero tienden a
ser frágiles (con poca o nula deformación antes de la fractura). Destacan entre las
ventajas de los materiales cerámicos para aplicaciones industriales su peso ligero,
gran resistencia y dureza, buena resistencia al calor y al desgaste, poca fricción y
propiedades aislantes. Las propiedades aislantes, junto con la alta resistencia al calor
y al desgaste de muchos materiales cerámicos, los vuelve útiles en revestimientos de
hornos para tratamientos térmicos y fusión de metales como el acero. La búsqueda de
nuevos plásticos y aleaciones continúa dado su menor costo y buenas propiedades
para muchas aplicaciones.
En las últimas décadas, se ha producido toda una nueva familia de materiales
cerámicos de óxidos, nitruros y carburos que tienen mejores propiedades. La nueva
generación de materiales cerámicos llamados cerámicos de ingeniería, cerámicos
estructurales o cerámicos avanzados tienen mayor resistencia, mejor resistencia al
desgaste y a la corrosión (aun a temperaturas altas) y al choque térmico. Entre los
materiales cerámicos avanzados establecidos están la alúmina (óxido), el nitruro de
silicio (nitruro) y el carburo de silicio (carburo), como se aprecia en la figura 2.
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Figura 2. a) Ejemplos de materiales cerámicos de nueva generación, inventados
recientemente para ser aplicados en motores de tecnología de punta. Las piezas negras son
válvulas, asientos de válvula y pernos de pistón fabricados con nitruro de silicio. La pieza
blanca es una abertura múltiple para el colector fabricada con un material cerámico a base
de alúmina. b) Posibles aplicaciones de elementos cerámicos en un motor turbodiésel.
Las aplicaciones de los materiales cerámicos son en verdad ilimitadas, dado que
se hacen en las industrias aeronáutica, metalúrgica, biomédica, automotriz y muchas
más. Las dos principales desventajas de este tipo de materiales son: 1) la dificultad
para elaborar con ellos productos terminados, y por tanto su alto costo, y 2) son
frágiles y, comparados con los metales, tienen baja tenacidad. Si avanzan más las
técnicas para fabricar materiales cerámicos de gran resistencia a la tenacidad, estos
materiales podrían tener un enorme repunte en el campo de las aplicaciones de
ingeniería.
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- Materiales compuestos
Un material compuesto puede definirse como dos o más materiales (fases o
constituyentes) integrados para formar un material nuevo. Los constituyentes
conservan sus propiedades y el nuevo compuesto tendrá propiedades distintas a la de
cada uno de ellos. La mayoría de los materiales compuestos están formados por un
material específico de relleno que a su vez sirve de refuerzo, y una resina aglomerante
con objeto de lograr las características y propiedades deseadas. Los componentes no
suelen disolverse entre sí y pueden identificarse físicamente gracias a la interfaz que
existe entre ellos. Los materiales compuestos pueden ser de muchos tipos. Los que
predominan son los fibrosos (compuestos o fibras en una matriz) y los particulados
(compuestos o partículas en una matriz). Existen muchas combinaciones diferentes de
materiales de refuerzo y matrices que puede emplearse para producir materiales
compuestos. Por ejemplo, el material de la matriz puede ser un metal, como el
aluminio; una cerámica, como la alúmina; o un polímero, como la resina epóxica.
Dependiendo del tipo de matriz empleado, el material compuesto puede
clasificarse como compuesto de matriz metálica (MMC, por sus siglas en inglés),
compuesto de matriz cerámica (CMC, por sus siglas en inglés), o compuesto de
matriz polimérica (PMC, por sus siglas en inglés). También pueden seleccionarse los
materiales fibrosos o particulados entre cualquiera de las tres clases principales de
materiales con ejemplos como carbón, vidrio, aramida, carburo de silicio y otros.
Las combinaciones de materiales empleados en el diseño de compuestos
dependen principalmente del tipo de aplicación y ambiente en el que el material habrá
de emplearse.
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Los materiales compuestos han sustituido a numerosos componentes
mecánicos, en particular en las industrias aeronáutica, electrónica de la aviación,
automotriz, de estructuras civiles y de equipo deportivo.
Algunos materiales compuestos avanzados tienen una rigidez y resistencia
similar a la de algunos metales, pero con una densidad considerablemente menor y,
por lo tanto, menor peso general de los componentes. Estas características vuelven
muy atractivos a los materiales compuestos avanzados cuando el peso de los
componentes resulta crucial. Por regla general, de manera similar a los materiales
cerámicos, las principales desventajas de la mayoría de los materiales compuestos son
su fragilidad y baja tenacidad. Algunos de los inconvenientes pueden superarse, en
determinadas situaciones, mediante la selección adecuada del material de la matriz.
Dos tipos sobresalientes de materiales compuestos modernos empleados en
aplicaciones industriales son el refuerzo de fibra de vidrio en una matriz de poliéster
o de resina epóxica y fibras de carbono en una matriz de resina epóxica. La figura 3
muestra el empleo de un material compuesto por fibras de carbono y resina epóxica
en las alas y los motores de un avión de transporte C-17. Desde la construcción de
estos aviones, se han introducido nuevos procedimientos y modificaciones que han
abaratado los costos.
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Figura 3. Visión de conjunto de una amplia variedad de piezas de materiales
compuestos empleadas en el avión de transporte C-17 de la fuerza aérea. Este aparato tiene
una envergadura de 165 pies y utiliza 15 000 libras de materiales compuestos avanzados.
(Según Advanced Composites, mayo-junio de 1988, p. 53.)
- Materiales electrónicos
Los materiales electrónicos no son importantes por su volumen de producción,
pero sí lo son extremadamente por su avanzada tecnología. El material electrónico
más importante es el silicio puro, al que se modifica de distintos modos para cambiar
sus características eléctricas.
Muchísimos circuitos electrónicos complejos se pueden miniaturizar en un chip
de silicio de aproximadamente 3/4 de pulg2 (1.90 cm2), como se muestra en la figura
4. Los dispositivos microelectrónicos han hecho posibles nuevos productos, como los
satélites de comunicaciones, las computadoras avanzadas, las calculadoras de
bolsillo, los relojes digitales y los robots (figura 5).
Figura 4. Los microprocesadores modernos tienen múltiples salidas, como se muestra
en la fotografía del microprocesador Pentium II de Intel.
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Figura 5. Robots computarizados para soldar un vehículo de General Motors modelo
1994 en Shreveport, LA.
Desde hace poco se han presentado nuevas clases de materiales que tienen
nuevas e importantes aplicaciones en muchas industrias, llamados materiales
inteligentes y nanomateriales.
- Materiales inteligentes
Se denominan genéricamente materiales inteligentes a aquellos que tienen la
capacidad de detectar estímulos ambientales externos (temperatura, esfuerzo, luz,
humedad y campos eléctricos y magnéticos) y como respuesta a éstos modifican sus
propiedades (mecánicas, eléctricas o su aspecto), su estructura o sus funciones. Los
materiales inteligentes o los sistemas que los emplean están formados por detectores
y accionadores. El componente detector descubre un cambio en el ambiente y el
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accionador realiza una función o emite una respuesta específica. Por ejemplo, algunos
materiales inteligentes cambian de color o lo producen al exponerse a cambios de
temperatura, intensidad de la luz o una corriente eléctrica.
Algunos de los materiales inteligentes más importantes, desde una perspectiva
tecnológica, que pueden hacer las veces de accionadores, son las aleaciones con
memoria de forma y las cerámicas piezoeléctricas. Ya coladas, las aleaciones con
memoria de forma regresan a su forma original después de un aumento de
temperatura superior a una temperatura de transformación crítica. El regreso a la
forma original se debe a un cambio en la estructura cristalina por encima de la
temperatura de transformación. Una aplicación biomédica de las aleaciones con
memoria de forma se da en la endoprótesis vascular para sostener paredes arteriales
debilitadas o para expandir arterias obstruidas (figura 6).
Figura 6. Aleaciones con memoria de forma empleadas como endoprótesis vasculares
para expandir arterias obstruidas o dar soporte a arterias débiles: a) endoprótesis de
prueba, b) endopróteis posicionada en una arteria dañada para soportarla.
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- Nanomateriales
Suelen definirse como aquellos que tienen una escala de longitudes
característica (esto es, diámetro de las partículas, tamaño de los granos, el espesor de
las capas, etc.) menor a 100 nm (1 nm = 1 x10−9 m). Los nanomateriales pueden ser
metálicos, poliméricos, cerámicos, electrónicos o compuestos. Las primeras
aplicaciones de los nanomateriales fueron en forma de catalizadores químicos y
pigmentos. Los técnicos metalúrgicos han estado conscientes siempre de que al
refinar la estructura de los granos de un metal hasta alcanzar niveles ultrafinos (escala
submicrónica), su resistencia y dureza aumentan considerablemente en comparación
con el metal a granel de grano grueso (escala micrónica). Por ejemplo, el cobre puro
nanoestructurado tiene un límite de elasticidad seis veces mayor que el del cobre de
grano grueso.
Figura 7. Representación de nanomateriales para un microchip que detecte el cáncer
en menos de una hora.
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Propiedades mecánicas de los materiales
Son las características inherentes que permiten diferenciar un material de otro.
A través de estas se logra determinar el comportamiento del material cuando es
sometido a esfuerzos o tratamientos mecánicos externos. El comportamiento
mecánico o las propiedades mecánicas de un material reflejan la relación entre la
fuerza aplicada y la respuesta del material (o sea, su deformación). Las propiedades
mecánicas de un material son: dureza, elasticidad, plasticidad, tenacidad, fragilidad y
fatiga. Todas ellas son diferentes resistencias que ofrece un material a ser rayado,
estirado, torsionado, etc.
Elasticidad
Es la propiedad que tienen los materiales para doblarse o alargarse cuando son
sometidos a un esfuerzo de tracción y por la que recuperan su forma original una vez
eliminado el esfuerzo. En la figura 8 se puede aprecia el comportamiento que posee
una liga elástica de goma, en la cual se logra observar que después de cesar la fuerza
aplicada en esta, retoma su forma original.
Figura 8. Comportamiento elástico de una liga elástica de goma.
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Plasticidad
Es la propiedad contraria a la elasticidad. Si una fuerza exterior deforma el
material, este se mantiene permanentemente deformado, pero sin romperse, a
diferencia del elástico, que recupera su forma original. Por ejemplo, la plastilina y el
papel son materiales que poseen alta plasticidad (figura 9).
Figura 9. Comportamiento plástico de hojas de papel.
Ductilidad
Mide el grado de deformación que puede soportar un material sin romperse;
esta se determina en una prueba de tensión mediante la elongación que representa la
distancia que la probeta se alarga plásticamente antes de la fractura y la reducción del
área que expresa el adelgazamiento del material sufrido por el material durante la
prueba. La figura 10 demuestra las diferentes ductilidades que poseen distintos
materiales, llegando a concluir que el acero y el cobre tienen una mayor ductilidad
que la madera y el vidrio.
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Figura 10. Comportamiento dúctil de diferentes materiales.
Maleabilidad
En general, representa la propiedad de un material a ser deformado
permanentemente por compresión, sin rotura, y específicamente significa la aptitud a
ser laminado o forjado en delgadas chapas. Observando la figura 11 se concluye que
el vidrio y la madera son pocos maleables, al contrario del cobre y acero.
Figura 11. Comportamiento maleable de diferentes materiales.
Dureza
Es una medida de la resistencia de un metal a la deformación permanente
(plástica), o bien a la penetración o ser rayado por otro cuerpo. La dureza de un metal
se mide forzando la indentación de un penetrador en la superficie del metal.
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La dureza de un metal se mide según sea la facilidad con que puede ser
deformada plásticamente. Por tanto, se puede determinar una relación experimental
entre la dureza y la resistencia para cada metal en particular. El diamante es uno de
los materiales que mayor dureza posee, como se observa en la figura 12.
Figura 12. Escala de dureza de algunos minerales.
Fragilidad
Es la propiedad contraria a la tenacidad. El metal no absorbe las fuerzas de
deformación, sino que rompe, no es elástico. Un ejemplo del material frágil es el
cristal (vidrio), como se valora en la figura 13.
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Tenacidad
Es una medida de la cantidad de energía que un material puede absorber antes
de fracturarse. Esta propiedad es de importancia en la ingeniería cuando se considera
la capacidad que tiene un material para soportar un impacto sin que se produzca la
fractura, es decir, es la propiedad que tienen los materiales de soportar, sin
deformarse ni romperse, la acción de fuerzas externas. Uno de los métodos más
simples de medida de la tenacidad es la prueba de impacto. Según la figura 13, el
acero y la madera son más tenaces que el vidrio y la cerámica.
Figura 13. Comportamiento frágil y tenaz de diferentes materiales.
Fatiga
Es un fenómeno que conduce a la fractura de un material sometido a esfuerzos
repetidos cuya resistencia es inferior a la resistencia máxima del material. En muchos
tipos de aplicaciones las piezas metálicas sometidas a esfuerzos cíclicos o repetitivos
se rompen por la fatiga que sufren debido a un esfuerzo mucho menor de lo que la
pieza puede soportar durante la aplicación de un esfuerzo estático sencillo. Estas
fallas se denominan fallas por fatiga. La figura 14 representa las fallas por fatiga de
un chavetero (hueco que se mecaniza en las piezas acopladas para insertar las
chavetas), a diferentes concentraciones y fuerzas aplicadas.
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Figura 14. Fallas por fatiga en un chavetero.
Limite elástico
Es un valor muy importante para el diseño estructural en ingeniería, pues es el
nivel de tensión al que un metal o aleación muestran una deformación plástica
significativa. Antes del límite elástico se encuentra la zona elástica, en la cual el
material vuelve a su estado origina una vez cesada la fuerza. Debido a que no hay un
punto definido de la curva tensión-deformación (figura 15) donde acaba la
deformación elástica y empieza la deformación plástica, se determina el límite
elástico como la tensión a la que se produce una deformación elástica definida
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Figura 15. Grafica tensión-deformación, donde se logra aprecia el límite elástico (punto a).
Esfuerzo ingenieril y deformación ingenieril
Para un material dado, los resultados de un solo ensayo son aplicables a todo
tamaño y formas de muestras, si se convierte la fuerza en esfuerzo y la distancia entre
marcas calibradas en deformación. Por ende, el esfuerzo ingenieril se define como la
carga o fuerza aplicada dividida entre el área de la sección transversal original del
material; es decir:
Esfuerzo ingenieril=σ= FA0
Y la deformación ingenieril como la cantidad que se deforma un material por
unidad de longitud en un ensayo de tensión, dada por:
Deformación ingenieril=ε=l−l0
l0
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Estricción
En el esfuerzo último, el área de la sección transversal comienza a disminuir en
una zona localizada de la probeta, en lugar de hacerlo en toda su longitud. Este
fenómeno es causado por planos de deslizamiento que se forman dentro del material y
las deformaciones producidas son causadas por esfuerzos cortantes. Como resultado,
tiende a desarrollarse un “cuello” o estricción en esta zona a medida que el espécimen
se alarga cada vez más.
En este sentido, se puede definir estricción como el decrecimiento que se
desarrolla en la sección transversal de la probeta, donde la tensión convencional o
ingenieril decrecerá con el incremento de la deformación hasta producirse la fractura
(figura 16), porque la deformación convencional se determina utilizando el área
original de la sección transversal de la probeta. Cuanto más dúctil es el metal, mayor
es la estricción antes de la fractura y más descendente la tensión alejándose del valor
de resistencia a la tracción.
El valor de la estricción se obtiene dividendo la diferencia de las áreas de las
secciones transversales primitivas (so) y final (s) por el área primitiva (so), también se
expresa corrientemente en tanto por ciento:
Estriccion oreduccionde sección=so−s
sox100
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Figura 16. Patrón típico de estricción que ocurrió en el espécimen de acero justo
antes de la fractura. a) La probeta era uniformemente cilíndrica. Después de soportar la
tensión uniaxial a tracción hasta casi la fractura, la sección transversal decreció, es decir, se
produjo la estricción de la zona central. b) la probeta sufrió una fractura.
Módulo de Young
Es también llamado módulo de elasticidad, donde los metales y aleaciones
muestran una relación lineal entre la tensión aplicada y la deformación producida en
la región elástica del diagrama convencional que se describe por la Ley de Hooke
(figura15); relacionado con la fuerza del enlace entre los átomos del metal o aleación.
El módulo de elasticidad indica la rigidez de un material, y es una propiedad
muy útil de la ingeniería y aparecerá en formulas relacionadas con el diseño de vigas
y columnas, en las que la rigidez es importante. Viene dada por la fórmula:
E=σε
Dónde:
E: Modulo de elasticidad
σ: Tensión
ε: deformación
Ley de Hooke
Relación entre el esfuerzo y la deformación en la porción elástica de la curva
esfuerzo-deformación. La Ley de Hooke requiere que la relación entre esfuerzo y
deformación sea lineal, como muestra la (figura 17). Sin embargo, este
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comportamiento no es seguido completamente por todos los materiales. El caucho es
un material que no tiene una relación lineal entre esfuerzo y deformación.
Figura 17. Grafica tensión-deformación de un material elástico que cumple con la Ley
de Hooke.
Resiliencia
Mide la energía de deformación por esfuerzo cortante, se obtiene utilizando
probetas normalizadas en las que se han practicado entallas de ciertas formas y
tamaños y que, posteriormente, se rompen en máquinas apropiadas (figura 18).
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Figura 18. Ensayo de resiliencia mediante el Péndulo de Charpy, también llamado Prueba
Charpy.
27
Conclusión
En ingeniería resulta de suma importancia conocer cómo responde cada
material cuando se le aplica una carga externa, esta respuesta es llamada
deformación, y la carga externa puede ser aplicada a tensión, compresión o torsión.
Los ingenieros de todas las disciplinas deben tener nociones básicas sobre los
materiales de ingeniería para poder realizar sus labores con mayor eficiencia, de tal
manera que cualquier deformación resultante en el material utilizado no sea excesiva
y no se produzca la rotura. Conocer por ejemplo el límite elástico de un material, nos
permitirá saber hasta qué punto es posible estirarlo sin que este sufra una deformación
permanente. Así además, sabiendo la dureza del material, se puede determinar cuanta
fuerza se le debe aplicar a este para lograr penetrarlo o rayarlo, entre otras
propiedades de gran categoría.
Un aspecto que resulta importante destacar y concluir es la disyuntiva que
existe entre el diseño y la manufactura de un producto de cualquier material. En
diseño la finalidad es que el material resista los distintos esfuerzos sin un cambio
significativo en su geometría, tomando en cuenta por ejemplo el módulo de
elasticidad y la resistencia a la fluencia del material. Mientras que de forma contraria,
en manufactura, el objetivo es aplicarle esfuerzos que excedan la resistencia a la
fluencia del material a fin de alterar su forma de la forma más fácil y económica. Es
por esto que se finiquita que las propiedades mecánicas que son deseables para el
diseñador, hacen generalmente más difícil la manufactura del producto, por lo tanto,
resulta conveniente que el ingeniero de manufactura tome en cuenta los objetivos del
diseñador, y viceversa.
Es importante conocer la clasificación de los materiales presentes en la
naturaleza, al igual que sus propiedades mecánicas y físicas, porque al momento de
elegir un material se debe conocer qué tipo de material es y donde se debe utilizar, de
28
tal modo, en la ingeniería la elección de los materiales requiere de un conocimiento
exacto de su composición y uso, para no tener errores al momento de fabricar
cualquier objeto sea cual sea sus dimensiones, también los ingenieros deben saber la
composición química, molecular y estructural de cada espécimen antes de someterlos
a esfuerzos de tracción, compresión, cortantes, entre otros. En todas las ramas de la
ingeniería es de suma importancia adquirir el conocimiento de los materiales que se
encuentra en cada espacio del planeta para que así el hombre pueda tomar el material
adecuado al momento de diseñar y mejorar cada una de sus creaciones o
innovaciones que pueda presentar a los demás, para así facilitar un mejor desempeño
y eficiencia en las diferentes áreas de trabajo donde se puedan utilizar cada artículo
creado.
Se concluye que los materiales, es decir, la sustancia de lo que cualquier cosa
está hecha, han evolucionado a lo largo del tiempo, siempre tomando en cuenta el
conocimiento de sus propiedades tanto físicas como mecánicas, ya que de esa
comprensión depende el saber cómo habrá de comportarse un material en ciertas
condiciones. Para nosotros los alumnos de ingeniería, es provechoso aprender todo lo
relacionado a los materiales, como sus propiedades así como sus tipos, estructuras
internas y externas, etc.
Para determinar las propiedades de mecánicas se usan generalmente ensayos de
tensión, de estos se desarrolla la curva esfuerzo-deformación que es de gran
importancia para conocer factores como el endurecimiento por deformación y
cambios de ductilidad en el material. Estos ensayos, hechos por ingenieros, se
realizaron con el propósito de sacar mayor ventaja, logrando adaptar el material del
que la pieza está fabricada a las circunstancias requeridas en su momento. La
industria ha mejorado y progresado a pasos acelerados en el uso de los aceros y toda
clase de aleaciones, las cuales se han hecho cada vez más comunes, ya que la
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industrialización ha exigido el uso de materiales modificados por la acción humana,
que ofrecen una mayor versatilidad y resistencia.
En el mundo existen muchos materiales, cuyo conocimiento de estos resultan
de gran importancia para un ingeniero mecánico, debido a que debe saber cómo
reacciona cada material al trabajarlo para un funcionamiento mecánico o industrial
correcto. Estos materiales encontrados en el entorno se clasifican en: metálicos
cuando sus sustancias inorgánicas están compuestas por uno o más elementos
metálicos, cerámicos definidos como materiales inorgánicos enlazados químicamente
entre sí formados por elementos metálicos y no metálicos, y los materiales
poliméricos que constan de largas cadenas o redes moleculares basados en
compuestos orgánicos. Sin embargo también existes materiales compuestos obtenidos
por la integración de dos o más materiales.
Para identificar los materiales cada uno poseen diferentes propiedades
mecánicas, ya sea que se determinen por pruebas de tensión, compresión, torsión u
otra. Entre estas se encuentran la elasticidad como propiedad que tiene para soportar
una fuerza sin deformarse después de retirarla, a diferencia de la plasticidad que
muestra que un material se deforma cuando se le aplica una fuerza externa y no
vuelve al estado original; además está la ductilidad que mide el grado de deformación
que puede soportar un material sin romperse y la maleabilidad lo mide cuando es una
fuerza de compresión. Existen otras propiedades como la fragilidad cuando no
adsorbe la fuerza de deformación, al contrario de la tenacidad, y la dureza (resistencia
del material al ser penetrado o rayado), estas en general nos permiten conocer a que
esfuerzos o cargas externas se pueden someter y cómo reaccionan los mismos, factor
que resuelta importante a la hora del preconformado y conformado de los productos
que se realizan a grandes escalas.
30
Bibliografía
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