Propiedades Mecanica De Los Metales

PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS METALES

INTRODUCCIÓN

Muchos materiales, cuando prestan servicio, están sometidos a fuerzas o cargas; ejemplos de ello son las aleaciones de aluminio con las cuales se construyen las alas de los aviones y el acero de los ejes de los automóviles. En tales situaciones es necesario conocer las características del material ydiseñar la pieza de tal manera que cualquier deformación resultante no sea excesiva y no se produzca la rotura. El comportamiento mecánico de un material refleja la relación entre la fuerza aplicada y la respuesta del material (o sea, su deformación). Algunas de las propiedades mecánicas más importantes son la resistencia, la dureza, la ductilidad yla rigidez.

Las propiedades mecánicas de los materiales se determinan realizando ensayos cuidadosos de laboratorio que reproducen las condiciones de servicio hasta donde sea posible. Los factores que deben considerarse son la naturaleza de la carga aplicada, su duración, una compresión o una cizalladura, y su magnitud puede ser constantecon el tiempo o bien fluctuar continuamente. El tiempo de aplicación puede ser de sólo una fracción de segundo o durar un período de varios años. La temperatura de servicio puede ser un factor importante.

El papel del ingeniero de estructuras es determinar las tensiones (también denominados esfuerzos) y las distribuciones de tensiones en los componentes queestán sujetos a cargas bien definidas. Esto puede lograrse mediante técnicas experimentales y/o mediante análisis de tensiones por medios matemáticos teóricos. Estos temas se tratan en los libros de texto tradicionales dedicados al análisis de tensiones y a la resistencia de materiales.

Los ingenieros de materiales y los metalúrgicos, por otro lado,dirigen sus esfuerzos a producir y conformar materiales que puedan soportar las condiciones de servicio predichas por el análisis de tensiones. Esto necesariamente implica un conocimiento de la relación entre la microestructura (es decir, los detalles internos) de los materiales y sus propiedades mecánicas.

Los materiales elegidos para aplicaciones estructuralestienen combinaciones deseables de características mecánicas. El capítulo presente se centra principalmente en el comportamiento mecánico de los metales; los polímeros y las cerámicas son tratados aparte porque son mecánicamente bastante diferentes de los metales. En este capítulo se analiza el comportamiento esfuerzo-deformación de los metales y las principalespropiedades mecánicas relacionadas, y se examinan otras características mecánicas que son importantes. Los estudios que tratan la relación entre los aspectos microscópicos de

los mecanismos de deformación y los métodos para aumentar la resistencia y controlar el comportamiento mecánico de los metales se difieren a capítulos posteriores.

Concepto de esfuerzo deformación

Si una carga esestática o bien cambia de forma relativamente lenta con el tiempo y es aplicada uniformemente sobre una sección o superficie de una pieza, el comportamiento mecánico puede ser estimado mediante un simple ensayo esfuerzo-deformación. Con metales, este ensayo se realiza normalmente a temperatura ambiente. Existen tres principales maneras de aplicar la carga, a saber: tracción, compresión y cizalladura(Figuras 1a,b,c). En las aplicaciones de ingeniería, muchas cargas son torsionales más que de cizalladura pura; este tipo de carga se ilustra en la figura 1d.

Figura 1.- (a) Ilustración esquemática de cómo una carga de tracción produce un alargamiento y una deformación lineal positiva. Las líneas discontinuas representan las formas antes de la deformación; las líneas sólidas, después de la...