COMPORTAMIENTOS, RESISTENCIA Y ENSAYOS DE MATERIALES & ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES

 3.1 Comportamiento Elástico y Plástico de los Materiales 3.1.1 Concepto Básico Cuando un material es sometido a una fuerza externa, responde con una deformación. Esta respuesta puede ser elástica o plástica, dependiendo de la magnitud del esfuerzo y del tipo de material. Comprender estas dos formas de comportamiento es fundamental en ingeniería de materiales, ya que permite anticipar cómo reaccionará un material bajo carga y si será capaz de recuperar su forma original o si quedará deformado permanentemente. COMPORTAMIENTO ELÁSTICO Es el comportamiento reversible del material. Cuando se aplica una carga, el material se deforma, pero una vez retirada, regresa a su forma original. Este comportamiento se rige por la Ley de Hooke, que establece una relación lineal entre el esfuerzo y la deformación dentro del límite elástico. Ejemplo cotidiano: Un resorte que se estira al colgar una llave, pero vuelve a su tamaño cuando se quita. COMPORTAMIENTO PLÁSTICO Es el comportamiento irreversib...

  3.1.2 COMPORTAMIENTO ELÁSTICO A NIVEL ATÓMICO El comportamiento elástico es la capacidad de un material de recuperar su forma original después de que se le ha aplicado una carga (fuerza) y esta se retira. A nivel atómico , este comportamiento está gobernado por las fuerzas de enlace entre los átomos que componen el material. A NIVEL ATÓMICO Estructura Atómica del Material Curva Energía – Distancia Interatómica ( r ) U ( r ) vs. distancia interatómica r r . r 0 r 0 ​ , donde la fuerza neta entre átomos es cero (ni atracción ni repulsión). r 0 ​ : aparece una fuerza atractiva . Aplicación de una Carga Externa r 0 r 0 ​ . Módulo de Elasticidad (Ej. Módulo de Young) r 0 r 0 ​ se relaciona con la rigidez del enlace , y esto a su vez se traduce en el módulo de elasticidad del material. r 0 r 0 ​ , más rígido será el enlace → mayor módulo de Young. Fin de la Elasticidad: Límite Proporcional y Límite Elástico EJEMPLO: Los átomos como  esferas conectadas por resortes : En repos...

3.1.3 Bases físicas del módulo de elasticidad El módulo de elasticidad, también conocido como módulo de Young (E), es una propiedad fundamental de los materiales que describe su comportamiento elástico, es decir, cómo responden ante una carga y qué tanto se deforman antes de recuperar su forma original. Pero para comprender realmente esta propiedad, debemos analizar su base física a nivel atómico. ¿Qué es el módulo de elasticidad? Es la relación entre el esfuerzo (fuerza aplicada por unidad de área) y la deformación unitaria (cambio relativo de longitud) que sufre un material dentro de su región elástica. Fórmula general: Se expresa en Pascales (Pa) o sus múltiplos (MPa, GPa). Bases físicas a nivel atómico: La elasticidad está relacionada directamente con la fuerza de enlace entre los átomos. Cuando aplicamos una fuerza sobre un material, los átomos que lo conforman se separan ligeramente de su posición de equilibrio, pero una vez retirada la carga, vuelven a su posición original. Este...

  3.1.4 DEFORMACIÓN PLASTICA PARA DESLIZAMIENTO El método usual de deformación plástica en los metales es por deslizamiento de bloques del cristal sobre otro bloque a lo largo de planos cristalográficos definidos, llamados planos de deslizamiento.  Un esfuerzo cortante es aplicado a un cubo de metal con una superficie pulida, el deslizamiento ocurre cuando el esfuerzo cortante excede un valor crítico. Los átomos se mueven un número entero de distancias interatómicas a lo largo del plano de deslizamiento, y un escalón se produce en la superficie pulida.  Si la superficie es nuevamente pulida después de que el deslizamiento ocurrió, la línea de deslizamiento desaparecerá Las líneas de deslizamiento se orientan preferentemente en las direcciones situadas a 45° del eje de tracción o aplicación del esfuerzo. No todos los monocristales muestran líneas de deslizamiento (no todos están favorablemente orientados), creciendo el número de monocristales rayados con la deformación-ten...

  3.1.5 Sistema de deslizamiento en algunas estructuras cristalinas En el estudio de la deformación plástica de los metales, el sistema de deslizamiento es un concepto clave que explica cómo y por qué un material se deforma permanentemente cuando se le aplica una fuerza. Este sistema está profundamente relacionado con la estructura cristalina del material y su capacidad de resistir o permitir deformaciones. ¿Qué es un sistema de deslizamiento? Un sistema de deslizamiento es la combinación de un plano de deslizamiento y una dirección de deslizamiento dentro de la estructura cristalina de un material. • Plano de deslizamiento: es el plano cristalino donde las dislocaciones (defectos lineales) se mueven con más facilidad. Generalmente, es el plano con mayor densidad de átomos. • Dirección de deslizamiento: es la dirección dentro del plano de deslizamiento donde los átomos están más densamente empaquetados. Cuantos más sistemas de deslizamiento tenga una estructura cristalina...

 3.1.6. Esfuerzos constantes críticos En el estudio de los materiales, especialmente en la resistencia de materiales y análisis estructural, el concepto de esfuerzos constantes críticos es fundamental para entender el comportamiento de un componente cuando está sometido a cargas prolongadas en el tiempo. Se trata de un concepto relacionado con la resistencia a largo plazo y la seguridad estructural. ¿Qué son los esfuerzos constantes críticos? Los esfuerzos constantes críticos (también conocidos como esfuerzos límite a largo plazo) son los valores máximos de esfuerzo que un material puede soportar de forma continua o constante sin fallar, deformarse de manera permanente o colapsar, durante un periodo prolongado.  Este tipo de esfuerzo se mide cuando un material está sometido a una carga constante en el tiempo y se analiza su respuesta, ya sea que: • Se deforme lentamente (fluencia o creep). • Se fracture de forma retardada. • S ufra fatiga o envejecimiento estructura...

 FRACTURA Y TIPOS DE FRACTURA La fractura es la separación de un material en dos o más partes debido a la aplicación de una fuerza que excede su resistencia. Este proceso puede dividirse en dos etapas principales: Formación de grietas:  Inicia en defectos internos o superficiales del material. Propagación de grietas:  La grieta se extiende hasta que ocurre la ruptura completa. El comportamiento del material durante este proceso define el tipo de fractura: dúctil, frágil o intergranular. Fractura dúctil La fractura dúctil se caracteriza por una deformación significativa antes de la ruptura. Los materiales que experimentan este tipo de fractura suelen absorber grandes cantidades de energía, lo que les permite soportar cargas elevadas sin fallar catastróficamente. Características visuales Deformación plástica visible:  Se observa elongación o cuello (necking) en la región de fractura. Superficie de fractura:  Apariencia rugosa con hoyuelos (dimpled surface), que so...

   3.2 INTRODUCCIÓN AL ENDURECIMIENTO Depende de la composición química y los procesamientos térmicos y mecánicos posteriores, entre los que se incluyen fundición, sinterización, trabajado en caliente, y tratamientos térmicos. Estas etapas de la producción afectan las propiedades mecánicas debido a su efecto en el tamaño de grano, gradientes de concentración, inclusiones, huecos, fases metaestables, fases dispersas y otros tipos de imperfecciones cristalinas. Aplicaciones: Componentes automotrices: Ejes, engranajes, chasis. Herramientas: Taladros, fresas, llaves. Componentes estructurales: Vigas, soportes, conexiones. Industria aeroespacial: Componentes de motores, fuselajes. Industria médica: Implantes, instrumentos quirúrgicos. Tipos de Mecanismos de Endurecimiento Método de Endurecimiento Descripción Ventajas Desventajas Endurecimiento por Deformación Deformación plástica a temperatura ambiente Simple, económico Mayor fragilidad Endurecimiento por Precipitación Formación...

  Endurecimiento por solución sólida El endurecimiento por solución sólida es uno de los métodos más utilizados en la ingeniería de materiales para aumentar la resistencia mecánica de los metales sin necesidad de tratamientos térmicos complejos o procesos costosos. Este mecanismo actúa a nivel atómico y se basa en la incorporación de átomos de un elemento diferente dentro de la estructura cristalina del metal base. ¿Qué es una solución sólida? Una solución sólida ocurre cuando los átomos de un elemento (llamado soluto) se disuelven en la red cristalina de otro elemento (llamado solvente o metal base), formando una sola fase sólida. Esta mezcla mantiene la estructura cristalina del metal base, pero ahora contiene átomos diferentes en su interior. Existen dos tipos principales de soluciones sólidas: • Sustitucionales: cuando los átomos del soluto reemplazan a los átomos del metal base en la red cristalina. Esto sucede cuando ambos átomos tienen tamaños similares. • Interstic...