Las propiedades mecánicas de los materiales metálicos se refieren a las diversas propiedades que exhiben bajo la acción de fuerzas externas, que determinan la idoneidad y durabilidad de los materiales en diferentes ambientes. Los siguientes son los principales indicadores de las propiedades mecánicas de los materiales metálicos:
1. Resistencia y límite elástico
La resistencia es la capacidad de un material metálico para resistir la acción de una fuerza externa (carga) y evitar una deformación plástica excesiva o una fractura. Es el indicador más básico y uno de los más importantes de las propiedades mecánicas de los materiales metálicos. La resistencia se puede dividir en varios tipos, incluida la resistencia a la tracción, la resistencia a la compresión, la resistencia a la flexión y la resistencia al corte, entre las cuales la resistencia a la tracción es la más comúnmente utilizada.
- Resistencia a la tracción (σb o Rm): se refiere al valor máximo de tensión que un material puede soportar durante la tensión, es decir, la tensión máxima que se puede alcanzar antes de arrancar. Refleja la capacidad del material para resistir la fractura, simbolizada como Rm o σb, y la unidad es MPa (megapascales). La resistencia a la tracción es un parámetro importante para evaluar la tenacidad y la capacidad de deformación plástica de un material.
- Límite elástico (σs o ReL, Rp0.2): se refiere al material en el proceso de tracción, cuando la tensión alcanza un cierto valor crítico, incluso si la tensión ya no aumenta, el material continuará sufriendo una deformación plástica significativa del valor de la tensión. Para materiales con un fenómeno de fluencia obvio, el límite elástico es el límite elástico de la tensión; para materiales sin un fenómeno de fluencia obvio, generalmente se estipula producir una deformación residual del 0,2% del valor de tensión como límite elástico, conocido como condición de límite elástico. El límite elástico es el comienzo de la deformación plástica del material y es un símbolo importante, pero también el diseño estructural de los indicadores de resistencia comúnmente utilizados.
2. plasticidad y elongación
La plasticidad se refiere a la capacidad de un material metálico de producir una deformación plástica significativa sin fracturarse cuando se somete a fuerzas externas. Un material con buena plasticidad puede absorber una gran cantidad de energía mediante deformación plástica, mejorando así su capacidad para resistir impactos y fatiga.
- Alargamiento (δ): El porcentaje del alargamiento total de un material después de la rotura por tracción en relación con la longitud original marcada. Es un indicador importante de la plasticidad de un material. En ingeniería generalmente δ mayor o igual al 5% del material se denominan materiales plásticos, como acero dulce, aluminio, cobre, etc.; y δ Menor o igual al 5% del material se denominan materiales frágiles, como hierro fundido, vidrio, cerámica, etc.
- Contracción de la sección (ψ): se refiere al porcentaje del área reducida máxima de la sección con respecto al área de fractura original del material después de la fractura por tracción. También es un índice importante para medir la plasticidad del material. Junto con el alargamiento, puede evaluar de forma integral la capacidad de deformación plástica del material.
3. Dureza
La dureza es la capacidad de un material para resistir otros objetos más duros presionados contra su superficie. Es un indicador del grado de dureza y suavidad del material y también es un parámetro importante que refleja la resistencia al desgaste y el rendimiento de corte del material.
- Dureza Brinell (HBS, HBW) y dureza Rockwell (HRA, HRB, HRC): son dos métodos de prueba de dureza comúnmente utilizados. La dureza Brinell es aplicable a materiales más blandos, mientras que la dureza Rockwell es aplicable a materiales más duros. La prueba de dureza se puede utilizar no sólo para evaluar las propiedades mecánicas del material, sino también para comprobar la calidad de la capa superficial del material, como la descarburación y la carburación.
4. Resistencia al impacto
La tenacidad al impacto es la capacidad de un material para resistir cargas de impacto. Es un indicador importante de la resistencia a la fractura de materiales bajo carga dinámica.
- Valor de tenacidad al impacto (Ak): generalmente en julios/centímetro cuadrado (J/cm²) como unidad, lo que indica la capacidad del material para absorber energía bajo la acción de la carga de impacto. Un material con buena tenacidad al impacto tiene una alta resistencia a la fractura por impacto y es adecuado para aplicaciones donde es necesario aplicar cargas de impacto.
5. Módulo de elasticidad
El módulo de elasticidad es la relación entre la tensión y la deformación durante la fase de deformación elástica de un material. Es una medida importante de la rigidez de un material.
- Módulo de elasticidad (E): generalmente expresado en Pascales (Pa) o Gigapascales (GPa). Para materiales metálicos comunes, como el acero, el módulo de elasticidad suele estar entre 200 y 210 GPa. Los materiales con un alto módulo de elasticidad también tienen alta rigidez y alta resistencia a la deformación elástica.
6. Resistencia a la fractura
La tenacidad a la fractura es la capacidad de un material para resistir la extensión de las grietas cuando las contiene. Es un indicador importante de la resistencia de un material a la fractura frágil.
- Tenacidad a la fractura (KIC): indica el factor de intensidad de tensión del material en condiciones de deformación plana, cuando la grieta comienza a expandirse. Los materiales con alta tenacidad a la fractura también tienen una fuerte resistencia a la fractura frágil y son adecuados para aplicaciones que requieren ambientes de alta tensión o baja temperatura.
7. Resistencia a la fatiga
La resistencia a la fatiga es la capacidad de un material para resistir daños por fatiga bajo cargas alternas. Es un indicador importante de la vida útil-a largo plazo de un material.
- Límite de fatiga (σ-1): indica el valor máximo de tensión de un material bajo infinitos tiempos de carga alterna sin daño por fatiga. Los materiales con alta resistencia a la fatiga también tienen una vida útil prolongada y son adecuados para ocasiones en las que necesitan soportar cargas alternas.
Los indicadores de propiedades mecánicas de los materiales metálicos incluyen resistencia, plasticidad, dureza, tenacidad al impacto, módulo de elasticidad, tenacidad a la fractura y resistencia a la fatiga. Estos indicadores juntos determinan la aplicabilidad y durabilidad de los materiales metálicos en diferentes entornos. En aplicaciones prácticas, es necesario seleccionar los materiales metálicos apropiados de acuerdo con los requisitos específicos de uso, para lograr la mejor calidad del producto y efecto de uso.
