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.

7

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,

8

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

24

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.

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Bibliografía

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