Propiedades Mecanicas Y Fisicas De Los Matriales

Unidad ll Propiedades Mecánicas y Físicas de los Materiales
Las propiedades de un material se pueden definir como aquellas asociadas con sus reacciones
ante diferentes agentes externos, tales como esfuerzos, temperatura, voltaje, campos magnéticos
entre otros.
Es importante el conocer los principios fundamentales a través de los cuales podemos justificar el
comportamiento de un material,como especificar sus propiedades y como relacionar dichas
especificaciones con el diseño.
2.1 Propiedades Mecánicas
2.1.1 Elasticidad y Plasticidad
Si examinamos los objetos alrededor de nosotros, en nuestras casas o en las calles, vemos que la
propiedad más útil de los metales es su habilidad para resistir o transmitir esfuerzo. Existen
docenas de ilustraciones de esto en un automóvil, elchasis, las defensas resisten muchos
esfuerzos, mientras que la transmisión conduce los esfuerzos desde los pistones a las ruedas. En
este caso todas las partes se deforman un poco y después recuperan sus dimensiones originales
cuando se elimina el esfuerzo. A esta deformación se le conoce como deformación elástica. Otro
efecto importante del esfuerzo en metales es la deformación permanente oplástica. Si excedemos
el peso adecuado en un auto, los amortiguadores podrían deformarse permanentemente, o si
golpeamos un árbol, la defensa se deformará. Esta habilidad de deformarse sin fracturarse es otra
característica de los metales, no sólo en el caso de accidentes en automóviles, sino también que
podamos formar láminas o barras de metales en la forma deseada tal como carrocerías, columnasestructurales, vigas y alas de avión.
Veamos detenidamente estas características fundamentales en la deformación de metales tales
como deformación elástica y plástica.
2.1.1.1 Deformación elástica
Un experimento común en física es suspender un alambre largo de acero del techo y colgar pesos
sucesivamente mayores en su extremo. La longitud del alambre se incrementa
proporcionadamente con elpeso y cuando se le quita la carga el alambre regresa su longitud
original. En términos generales, definimos:
Esfuerzo ingenieril = σ = carga / área original de la sección transversal = P/Ao (Unidades: PSI o
N/ M2)
Deformación ingenieril = ε = cambio de longitud / longitud original = l /lo (Unidades: no tiene)
Si calculamos el esfuerzo en el alambre y la deformación producida, encontramos larelación:
Ε = σ / ε (Unidades: PSI o N/M2.)
Donde E es conocido como el "módulo de elasticidad". Mientras cuidemos de no alcanzar un
esfuerzo excesivo la deformación será básicamente elástica y E será una constante. Para cada
grupo de materiales E tiene un valor característico. Por ejemplo, E=30 E 06 PSI para todos los
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aceros y 10 E 06 PSI, para los aluminios. El módulo está básicamente relacionado con el enlace
entre los átomos. Ahora veamos que resultados obtenemos si analizamos el comportamiento de
un simple cristal de acero en lugar del alambre que acabamos de discutir, el cual contiene miles
de granos.
Si aplicamos esfuerzo en el cristal a lo largo de diferentesdirecciones en el cristal, obtenemos
valores diferentes a 30 millones de PSI, tal como sigue:
Dirección del cristal [111] [100]
E X 106 PSI 41 18
Aunque parece sorprendente al principio, recordamos que en BCC, como la que tiene el hierro a
temperatura ambiente, el empaquetamiento atómico es más denso en [111], la dirección del
mayor módulo de elasticidad. Esperaríamos que las fuerzasinteratómicas fueran grandísimas a lo
largo de esta dirección y por lo tanto el esfuerzo requerido para producir una deformación dada
sería el más grande. Entonces, ¿Cómo explicamos el valor constante de 30 E 06 PSI para el
acero? Este valor se obtiene cuando hay muchos cristales de diferentes direcciones y utilizamos
el valor promedio
En algunos casos, es deseable producir una pieza con los cristales...