Propiedades Mecanicas Y Termicas De Los Materiales

CAPÍTULO 4
PROPIEDADES MECÁNICAS Y TÉRMICAS
4.1. Propiedades mecánicas
Las propiedades mecánicas resultan de aplicar fuerzas mecánicas a los materiales considerados. Las más importantes son la resistencia, la dureza, la ductilidad y la rigidez. En general, las propiedades mecánicas son difíciles de interpretar desde el punto de vista de teorías microscópicas, como la teoría de bandas, ydependen mucho de las impurezas e imperfecciones de las muestras como se ha explicado en el capítulo 2. Para empezar se deben definir los esfuerzos σ y las deformaciones e, así como la relación que hay entre ellos en cada material. La deformación que se produce en un material es la respuesta mecánica a la aplicación de fuerzas mecánicas por unidad de área denominadas esfuerzos. 1 Los esfuerzos puedenser de tracción o compresión, donde el esfuerzo es equivalente a una presión (positiva o negativa), o bien de cizalladura, donde se aplican dos fuerzas en la misma dirección, pero en distintos sentidos y puntos de apoyo, 2 o bien de torsión, donde se aplican dos pares de fuerzas en la misma dirección, pero en distintos sentidos y puntos de apoyo. Cada tipo de diagrama esfuerzo-deformación esdistinto debido a la anisotropía de los materiales y a que, en detalle, la distribución de esfuerzos locales es distinta en los diferentes casos. También la aplicación de los mismos es variada. Además, estos diagramas esfuerzo-deformación son cualitativamente muy distintos para distintos materiales, con lo que es muy difícil representar un diagrama tipo. FIG. 4.1. Diagrama de esfuerzo-deformacióngenérico e idealizado. Se representan varios parámetros distinguidos.

La figura 4.1 representa un diagrama genérico idealizado para mejor ilustración de algunas de las definiciones que siguen. Para poder interpretar a partir de la estructura y los constituyentes de los materiales los diagramas de esfuerzo-deformación es necesario transformar las medidas de los esfuerzos y de las deformacionesen algo que sea proporcional a las tensiones y deformaciones locales e instantáneos. Por ejemplo, al hacer un ensayo de tracción el área en la que se aplica la tensión depende de la posición de la muestra y sobre todo del estado de la misma (que depende del tiempo). Un material tiene comportamiento elástico en el régimen (si existe) en el que los esfuerzos son proporcionales a las deformaciones(que se denominarán elásticas). Esta proporcionalidad es la ley de Hooke. La constante de proporcionalidad local debe reflejar la anisotropía del material, con lo que es posible que los esfuerzos no tengan la misma dirección que las deformaciones y que la constante dependa de la dirección cristalográfica. Además, esto hace que a nivel no local tengamos distintas constantes dependiendo del tipo deesfuerzo. La constante correspondiente a un ensayo de tracción se denomina módulo de elasticidad o de Young E y la correspondiente a un ensayo de cizalladura se denomina módulo de cizalladura G. El cociente entre las deformaciones laterales y las axiales se denomina coeficiente de Poisson v. En materiales isótropos se cumple que E = 2G(1 + v). La deformación elástica tiene su origen microscópico enlas fuerzas que aparecen en los nudos de la red al quererlos separar o unir respecto a sus posiciones de equilibrio. Así, el módulo de elasticidad será proporcional a la variación de fuerza (tensión) que se produce al desplazar un átomo o ion una distancia determinada (deformación). Entonces, en los materiales con enlace fuerte (p. ej. cerámicas) son mayores los módulos que en los de enlace másdébil (p. ej. materiales metálicos, o aún más polímeros). Los módulos definen la propiedad denominada rigidez. Obsérvese, que un material elástico vuelve a su estado original cuando deja de actuar el esfuerzo sobre él y además que fijada una deformación el esfuerzo que se debe imponer no varía con el tiempo. Cuando, en un material se observa que hay ligeras desviaciones de este comportamiento, se...