Características mecánicas de los materiales

Se dice que un material tiene un índice determinado si tiene capacidad para transmitir energía mecánica. Esta capacidad se mide mediante un determinado ensayo, generalmente un ensayo estándar que simula la aplicación real de cargas mecánicas, y que cuantifica el coeficiente de fricción entre el material y el aplicador de la carga. Cuanto mejor sea el material como transmisor de energía mecánica, mejor será su capacidad para transmitirla.

El índice de un material se expresa en unidades que se denominan números índice. Son números que se utilizan en los cálculos de tamaño, módulo de elasticidad, resistencia, etc.

Los índices de los materiales se expresan generalmente en un valor decimal que va de 0 (peor transmisión) a 10 (mejor transmisión). Un material con un número de índice de 10 es perfecto. Una variación de ± 1 unidad no es despreciable. Significa que hay un error del 1% en el número de índice. Este error puede deberse a una de las siguientes razones:

En las pruebas que miden la calidad de los materiales es posible que los números no estén en el rango correcto. El factor que afecta a los números índice es la temperatura. Cuanto más alta sea la temperatura, más bajos serán los valores.

También pueden surgir causas similares en las pruebas que miden la resistencia de los metales o la cerámica a altas presiones o temperaturas. La propia presión o temperatura afecta a los valores de los índices.

En materiales de alta resistencia o que están sometidos a grandes cargas, puede ocurrir que los valores iniciales de los índices sean demasiado altos.

Ensayo de tracción en los materiales

Los materiales pueden probarse mediante un ensayo de tracción. Este ensayo se utiliza para determinar la resistencia de un material. Consiste en separar dos extremos de un material hasta que se rompa. La resistencia a la tracción de un material es la cantidad de fuerza que se necesita para romperlo. Algunos materiales son demasiado frágiles para ser utilizados porque son demasiado frágiles y se rompen fácilmente. Los materiales más resistentes tienen más posibilidades de ser utilizados.

Una vez determinada la resistencia a la tracción de un material, puede utilizarse para fabricar productos fuertes y duraderos. Por ejemplo, los edificios pueden fabricarse con materiales lo suficientemente fuertes como para soportar fuertes vientos y terremotos. Las tuberías de agua pueden fabricarse con materiales que no se rompan cuando estén sometidos a mucha presión por el agua que contienen.

Los materiales también pueden probarse para determinar su elasticidad. Esto mide cuánto se estira un material antes de romperse. Los materiales elásticos son más flexibles y pueden estirarse y volver a su forma original. Cuanto más elástico es un material, más posibilidades tiene de ser utilizado en aquellas situaciones en las que se necesita flexibilidad. Los materiales elásticos también pueden utilizarse en productos como la ropa que debe ajustarse bien o volver a su tamaño original después de que la persona que la lleva la estire.

Cuando se prueban materiales mediante un ensayo de tracción, hay que asegurarse de que todas las variables están controladas para garantizar resultados precisos. Si sólo se ensayan una o dos muestras del material, los resultados podrían estar sesgados y llevar a conclusiones incorrectas.

Ensayo de fluencia en los materiales

La fluencia es la deformación que se produce cuando un material se somete a una carga constante durante un largo periodo de tiempo. La fluencia puede estar causada por muchos factores, como los cambios de temperatura, la humedad y las reacciones químicas. La fluencia suele ser irreversible y puede provocar el deterioro del material. Los ensayos de fluencia pueden utilizarse para evaluar la susceptibilidad de los materiales a la fluencia. Por ejemplo, puede utilizarse para determinar si ciertos materiales son apropiados para su uso en situaciones con altos niveles de variación de temperatura o humedad. También puede utilizarse para determinar si ciertos materiales son adecuados para su uso a largo plazo en general. El ensayo de fluencia consiste en aplicar una carga constante a un material durante un periodo de tiempo. La carga suele aplicarse mediante una máquina que ejerce presión sobre un extremo del material. A continuación, se realizan mediciones a intervalos regulares para seguir la deformación que se produce con el tiempo. Los resultados de los ensayos de fluencia pueden utilizarse para determinar si un material determinado es adecuado para su uso en una aplicación o entorno determinados.

Ensayo de fatiga en los materiales

La prueba de fatiga es el proceso de aplicar una tensión a un material hasta que falle. La tensión puede aplicarse de diversas maneras, según el tipo de material. Los ensayos de fatiga se utilizan para determinar la resistencia de los materiales y la cantidad de tiempo que pueden soportar un uso determinado.

Los ensayos de fatiga también se utilizan para determinar la resistencia de los metales a la fatiga, especialmente en el caso de los motores a reacción. Los motores a reacción funcionan a altas tensiones y temperaturas, por lo que es importante saber cuántas tensiones pueden soportar. Al someter a un motor a reacción a repetidas tensiones, los ingenieros pueden determinar cuánto puede soportar antes de empezar a romperse.

El big data se ha utilizado en las pruebas de fatiga de materiales como los metales y los plásticos mediante la recopilación de datos de forma rápida y eficiente. Estos datos se analizan después para descubrir más sobre cómo fallan los materiales y cómo pueden mejorarse.

Además, el big data se ha utilizado para recopilar datos sobre metales y plásticos a altas temperaturas y velocidades con el fin de determinar su resistencia a la fatiga.

Ensayo de resiliencia en los materiales

Las pruebas de resistencia de los materiales son el proceso de determinar la cantidad de tiempo que un material, como el hormigón, tardará en recuperarse completamente de un daño. Las pruebas de resiliencia son necesarias por muchas razones diferentes, incluyendo la determinación del tiempo que tarda un material en recuperarse de una grieta o abolladura, la determinación del tipo de reparaciones necesarias cuando un material ha sido dañado, y la determinación del tiempo que tarda un material en procesar y eliminar contaminantes, como el aceite o el agua.

Las pruebas de resiliencia pueden realizarse con varios métodos diferentes, dependiendo del tipo de material que se esté probando. Las pruebas de resiliencia se realizan más comúnmente utilizando pruebas de compresión, que miden cuánta fuerza se requiere para romper una muestra. Los ensayos de compresión son métodos habituales para probar la resiliencia del hormigón y los metales. Otros métodos pueden ser los ensayos de impacto, que miden la fuerza necesaria para abollar una superficie. Las pruebas de impacto se utilizan habitualmente en las pruebas de resiliencia para determinar la fuerza necesaria para abollar el parachoques de un coche.

Ensayo de fractura en los materiales

Un ensayo de fractura, también conocido como ensayo de tenacidad a la fractura, es un método para probar la resistencia de un material a la fractura. Existen varios métodos para comprobar la resistencia a la fractura, como el ensayo de impacto Charpy, el ensayo de impacto Izod y el ensayo de impacto pendular. El objetivo de estas pruebas es determinar la fuerza necesaria para romper un material, así como la energía necesaria. Esta información puede utilizarse para ayudar a determinar si un material es adecuado para una aplicación concreta. Por ejemplo, si un material se utiliza en una aplicación que puede dar lugar a un impacto o a una tensión, debe tenerse en cuenta su resistencia a la fractura. Los materiales con valores de resistencia a la fractura más altos pueden soportar más fuerza antes de fracturarse que los materiales con valores más bajos.

Un ensayo de fractura se realiza aplicando una fuerza a un material y esperando a que se fracture. Este proceso puede repetirse varias veces para garantizar la precisión. La fuerza aplicada puede variar en función del tipo de ensayo que se realice. Por ejemplo, en el ensayo de impacto Charpy, se hace oscilar un péndulo sobre el material a una velocidad determinada para simular un impacto. En el ensayo de impacto Izod, se deja caer un objeto desde una altura determinada sobre el material. Los ensayos de resistencia a la fractura miden la fuerza necesaria para romper una muestra en condiciones controladas.

Ensayo de dureza en los materiales

La dureza es la resistencia de un material a la indentación permanente. Las pruebas de dureza son importantes para garantizar que los materiales sean duraderos y funcionales. Hay varios métodos utilizados para probar la dureza, como la prueba de penetración, la prueba de rayado y la prueba de dureza.

A lo largo del proceso de fabricación de productos, es importante examinar el material para detectar cualquier fallo o defecto. Un ensayo de dureza determina la dureza de un material midiendo la profundidad de un arañazo o hendidura después de haberlo hecho. El ensayo de dureza se realiza a menudo junto con otros ensayos, como el de rayado y el de impacto, con el fin de garantizar que los productos cumplen las normas necesarias para el control de calidad. La prueba de dureza puede utilizarse en una serie de materiales, como metales, plásticos y cerámica.

La blandura es una medida de la facilidad con la que se puede doblar o comprimir un objeto. La dureza es una medida de la facilidad con la que un objeto puede ser rayado o roto por un objeto más duro. La escala más utilizada para medir la dureza es la escala de Mohs, creada en 1812 por el mineralogista alemán Friedrich Mohs. La escala de Mohs mide la dureza en una escala de 1 (la más blanda) a 10 (la más dura).

Conclusión de las características mecánicas de los materiales

Hemos visto cómo estas pruebas nos han permitido inferir la resistencia y la naturaleza frágil de los materiales. Pero, ¿qué pasa con la otra cara de la historia? ¿Existe una forma de cuantificar la naturaleza dúctil de los materiales? La respuesta a esta pregunta es sí, pero no es tan sencilla como parece. Como hemos visto en este capítulo, la naturaleza dúctil o no de un material es una característica muy importante relacionada con la vida útil de ese material. La respuesta no es fácil de predecir porque los comportamientos dúctil y frágil no están muy correlacionados. No obstante, los campos lineales elásticos y cohesivos de los materiales pueden utilizarse para indicar el comportamiento dúctil del material. En este capítulo, mostraremos cómo pueden calcularse estos campos y aplicarse en el diseño de estructuras fabricadas con metales, tanto mediante ensayos estáticos como de fluencia.