¿Qué es el límite elástico?
Rendimiento, representado por σ y, es la tensión máxima que puede soportar un material antes de sufrir una deformación permanente. Esta propiedad mide la ductilidad de un material. Sin embargo, sin alcanzar este punto, el material siempre volverá a su forma original tras la eliminación de la tensión.
El límite elástico se demuestra doblando una regla de plástico. La regla recupera inicialmente su planitud. Sin embargo, una flexión excesiva sobrepasa el límite elástico y provoca una flexión permanente o la rotura. En otras palabras, el límite elástico implica un nivel de tensión a partir del cual comienza un cambio irreversible, como en el alargamiento del 0,2%.
En caso de que le interese la flexibilidad para diseños como puentes colgantes que se ajustan según el peso y el viento, entonces es crucial que tenga en cuenta el límite elástico. Cualquier deformación a partir de este límite elástico indica que se ha producido un fallo, mientras que otras, como la recuperación elástica para formar una «U», son bastante beneficiosas, ya que hacen de soportes. A partir de aquí se trata de la resistencia a la tracción.
Los materiales entran en límite elástico durante el esfuerzo, cuando se produce una deformación de recuperable a permanente. El límite elástico, medido a menudo en N/m² o pascales (unidad de límite elástico), muestra que, por encima de un determinado nivel de tensión, los cambios no pueden invertirse de nuevo y se han vuelto irreversibles; por lo tanto, indica dónde comenzó la ruptura en el diagrama de carga contra extensión en una desviación de la proporcionalidad.
Esto se conoce como límite elástico y se determina mediante un ensayo de tracción utilizando el cálculo del límite elástico. En las curvas de prueba, los materiales como ciertos plásticos muestran una fluencia gradual, lo que hace que la tensión de prueba sea otra medida útil de su comportamiento. La tensión de prueba/esfuerzo de deformación indica la cantidad de tensión aplicada necesaria para una defromación permanente mínima fijada en una deformación del 0,2% normalizada con respecto a las consideraciones de la fórmula del límite elástico.
Cuando algunas sustancias, como los metales, se someten a una ligera tensión, recuperan sus propiedades iniciales, denominadas elasticidad, pero cuando se tira de ellas un poco más allá de este límite, sufren una elongación o deformación permanente, comúnmente denominada efecto de plasticidad». Tiene lugar durante los protocolos de ensayo y representa los cálculos críticos para determinar lo que constituye el límite elástico». La palabra «permanente» se utiliza para referirse a cambios permanentes que no incluyen ningún comportamiento elástico.
¿Qué es la resistencia a la tracción?
La resistencia a la tracción, también denominada resistencia máxima a la tracción (MTS, por sus siglas en inglés), representa la tensión máxima que puede soportar un material estirado o estirado antes de abrirse o romperse. Junto con otras propiedades, esta característica tiene gran importancia para revelar el comportamiento de los materiales bajo carga de tracción. Puede ayudar a evaluar la idoneidad para distintas aplicaciones, por ejemplo, en ingeniería o fabricación.
La resistencia a la tracción suele medirse mediante un ensayo de tracción: durante el ensayo, el material se estira hasta el punto de rotura tras alcanzar la carga máxima admisible y se traza en la curva de tensión-deformación. El punto máximo de esta curva es la resistencia a la tracción del material. La ecuación sigma = Pf/Ao (señal es la resistencia a la tracción en N/m2 o pascales; Pf es la carga a la fractura, y Ao es el área original de la sección transversal) también puede utilizarse para hallar la resistencia a la tracción.
El límite elástico es una propiedad asociada que define la resistencia que impide que el material se menee cuando se aplica una determinada tensión. Este punto relativo al límite elástico es una zona de transición. Es decir, el material ya no permanece en estado elástico después de eliminar la tensión aplicada.
Las tediosas revisiones de resistencia suelen incluir otras marcas, como resistencia a la fractura, resistencia a la rotura y tensión de fractura, que son nombres alternativos para la unidad de tensión en la que el cuerpo se rompe en dos fragmentos distintos.
Conocer estas propiedades es imprescindible para las piezas de ingeniería e industriales. Deben soportar las tensiones previstas durante su vida útil. Las propiedades también son clave para seleccionar materiales teniendo en cuenta la seguridad, el rendimiento y las condiciones variables. Por ejemplo, la temperatura puede influir en la resistencia a la tracción de materiales como el cobre.
Una comparación en profundidad del límite elástico y la resistencia a la tracción
Explicación del límite elástico de la delicadeza y la ductilidad de la tensión
El límite elástico indica la tensión necesaria para la deformación plástica. Sin embargo, el límite elástico determina el nivel de tensión al que la fuerza provoca la rotura del material. El límite elástico destaca en los materiales que se deforman (flexión o cizallamiento), como los materiales dúctiles. En cambio, la resistencia a la tracción es un atributo vital en los materiales frágiles, que se rompen con mucha facilidad.
Proceso de deformación y ensayo
En primer lugar, la superación del límite elástico de los materiales macroscópicos inicia el proceso de su deformación. A continuación, tienen lugar las pruebas de resistencia a la tracción que implican la deformación. En el caso de los materiales frágiles, el límite de elasticidad se puede considerar como el límite elástico y está muy implicado con pequeñas deformaciones.
Consideraciones sobre los materiales en el diseño
La fiabilidad se consigue en la construcción de estructuras a partir de materiales que ceden dando prioridad a la deformación por fluencia sobre la deformación por tracción. Este atributo los convierte en materiales resistentes y dúctiles, capaces de sufrir deformaciones relativamente grandes antes de alcanzar su resistencia a la tracción. En cuanto a los materiales frágiles, la «resistencia a la tracción» es el factor principal.
Análisis de tensiones en el diseño
El límite elástico se estudia para diferentes estados de tensión experimentados en varios ejes, a diferencia del límite de tracción, que es uniaxial y estudia la carga en un solo eje. Una vez que los materiales superan su límite elástico, se deforman hasta alcanzar el límite de tracción que comienza en un valor numérico superior.
Precisión de las mediciones
La resistencia a la tracción es susceptible de predicciones inexactas en la mayoría de los materiales, incluido el acero. En cambio, en materiales como el acero, la resistencia a la tracción puede calcularse con exactitud. Es necesario conocer las diferencias entre los rasgos fuertes y débiles. Sin embargo, diferenciarlos es primordial por sus ventajas prácticas.
Cómo seleccionar el material ideal para las necesidades de su proyecto?
A la hora de decidir el material adecuado para su proyecto, hay que tener en cuenta los factores de límite elástico y resistencia a la tracción. Estos indicadores muestran cómo reacciona el material a la tensión. Determinar cuándo y cómo utilizar estos indicadores afecta a la seguridad del proyecto y al resultado satisfactorio del mismo. A veces es necesario tener en cuenta tanto el límite elástico como el límite de tracción.
Evaluación de los límites de tensión de los materiales
Es una información que debe conocer porque indica el nivel de tensión que puede soportar un material antes de deformarse o romperse. En este tipo de entornos, donde puede haber tensiones mínimas o moderadas, pueden utilizarse materiales con un límite elástico y de tracción más bajos. En estos proyectos, la idoneidad del material es primordial para soportar las cargas más pesadas y los esfuerzos extremos. Por consiguiente, la resistencia de este material debe superar la de las fuerzas ambientales.
Equilibrar las propiedades de los materiales
La elección del material adecuado tiene una importancia clave en cualquier proyecto. Entre ellos, hay que cuidar el equilibrio entre el límite elástico, la resistencia a la tracción y otros detalles. Este voto influye en la viabilidad del sistema, que se manifiesta en la seguridad y la fiabilidad. Puede haber un efecto entrelazado de estas propiedades en el comportamiento de los materiales. Por lo tanto, el conocimiento de tales correlaciones desempeña un papel importante.
Selección de materiales según las necesidades de aplicación.
El inicio de la selección de materiales consiste en analizar detalladamente los objetivos de su proyecto. El peso, la temperatura y la resistencia a la corrosión son factores a tener en cuenta. Alinearse con la resistencia del material frente a las tensiones previstas es un factor esencial para determinar el rendimiento óptimo del material.
Factores que influyen en la elección del material
Tenga en cuenta varios factores a la hora de elegir los materiales. El coste, la disponibilidad y la maquinabilidad pueden determinar la elección de los materiales Otro aspecto a tener en cuenta son las características medioambientales del lugar donde se pretende utilizar la tecnología.
Límites elásticos y resistencias a la tracción de aleaciones comunes
Material | Límite elástico | Fuerza máxima | ||||||
Imperial (ksi) | Métrico (MPa) | Imperial (ksi) | Métrico (MPa) | |||||
min. | máx. | min. | máx. | min. | máx. | min. | máx. | |
Aluminio | 1 | 1.6 | 7 | 11 | 7 | 28 | 48 | 193 |
Aluminio Bronce | 32 | 45 | 221 | 310 | 78 | 85 | 540 | 585 |
Berilio | 35 | 50 | 240 | 345 | 45 | 51 | 310 | 370 |
Cobre berilio | 140 | 175 | 965 | 1205 | 59 | 203 | 410 | 1480 |
Latón (60/40) | 21 | 50 | 145 | 345 | 53 | 70 | 370 | 485 |
Latón (amarillo) | 15 | 61 | 105 | 425 | 47 | 91 | 325 | 625 |
Latón (rojo) | 12 | 63 | 83 | 435 | 40 | 84 | 275 | 580 |
Bronce | 20 | 55 | 137 | 380 | 35 | 85 | 241 | 586 |
Cadmio | 9 | 9 | 64 | 64 | 9 | 11 | 62 | 78 |
Hierro fundido (gris) | 14 | 40 | 98 | 276 | 22 | 63 | 140 | 431 |
Cromo | 29 | 36 | 200 | 250 | 39 | 42 | 270 | 290 |
Cobalto | 19 | 29 | 135 | 200 | 33 | 101 | 230 | 700 |
Cobre | 10 | 10 | 70 | 70 | 33 | 55 | 230 | 380 |
Oro (24K) puro | 29 | 29 | 205 | 205 | 19 | 32 | 130 | 220 |
Hierro | 17 | 21 | 120 | 150 | 26 | 30 | 180 | 210 |
Hierro fundido | 14 | 40 | 98 | 276 | 22 | 63 | 140 | 431 |
Hierro forjado | 23 | 32 | 159 | 221 | 49 | 49 | 234 | 372 |
Plomo | 0.72 | 2 | 5 | 19 | 1.7 | 4.6 | 12 | 32 |
Aleación de magnesio | 2.9 | 23 | 20 | 160 | 15 | 25 | 20 | 280 |
Níquel | 20 | 50 | 140 | 350 | 45 | 110 | 310 | 760 |
Platino | 5.5 | 26 | 38 | 180 | 17 | 20 | 120 | 140 |
Plata | 8 | 8 | 55 | 55 | 20 | 46 | 150 | 360 |
Acero al carbono | 35 | 100 | 248 | 690 | 49 | 276 | 340 | 1900 |
Acero inoxidable (304) | 14 | 14 | 97 | 97 | 67 | 160 | 460 | 1100 |
Acero inoxidable (316) | 13 | 13 | 96 | 96 | 67 | 125 | 460 | 860 |
Estaño | 1.3 | 1.3 | 9 | 9 | 3 | 3 | 19 | 19 |
Titanio | 14 | 14 | 98 | 98 | 33 | 67 | 230 | 460 |
Tungsteno | 80 | 80 | 550 | 550 | 100 | 500 | 689 | 3447 |
Zinc | 20 | 21 | 135 | 145 | ||||
(Fuente de la tabla: https://www.engineeringtoolbox.com/young-modulus-d_417.html) |
Conclusión
Elegir el material adecuado implica un profundo conocimiento del límite elástico y la resistencia a la tracción. Este conocimiento garantiza que su proyecto resistirá todas las tensiones operativas, mejorando así la durabilidad y el rendimiento.
Colabore con nosotros para obtener asesoramiento experto sobre la selección de materiales para optimizar el rendimiento y la seguridad de su proyecto. ¡Construyamos juntos el éxito!