Alargamiento de la superficie exterior

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Una de las propiedades mecánicas más importantes en la ciencia e ingeniería de materiales es el alargamiento superficial . Este parámetro indica la cantidad de deformación plástica que experimenta un material al aplicarle una fuerza. Desempeña un papel fundamental en el análisis del comportamiento mecánico de metales, polímeros e incluso materiales de construcción.

Cuando una muestra se somete a un ensayo de tracción , su deformación permanece inicialmente dentro del rango elástico; es decir, al retirarse la carga, la muestra vuelve a su estado original. Sin embargo, si se aumenta la carga, la muestra entra en la región plástica y se rompe a una longitud mayor que su longitud original. Este aumento de longitud con respecto a la longitud inicial de la muestra se define como elongación.

Definición de elongación

La fórmula de cálculo de alargamiento es la siguiente:

$\frac{L_f – L_0$

$L_0$ Longitud inicial de la muestra antes de la aplicación de la carga
$L_f$ Longitud final de la muestra después de la falla

Este índice indica la tenacidad y ductilidad de un material . A mayor elongación, mayor dúctilidad, y viceversa.

Importancia de la elongación en la ingeniería de materiales

Evaluación de ductilidad : este parámetro indica cuánto se puede deformar un material antes de romperse.
Selección de materiales en el diseño : en las industrias automotriz, aeroespacial o de la construcción, seleccionar materiales con elongación apropiada es crucial para evitar fallas catastróficas.
Control de calidad : El alargamiento es uno de los parámetros estándar utilizados en las pruebas de tracción para determinar la calidad de las materias primas.
Comparar diferentes materiales : este índice le permite comparar fácilmente metales blandos como el aluminio y metales duros como el acero.

Factores que afectan el alargamiento

Varios factores afectan el alargamiento:

1. Mujer

Los metales blandos como el cobre y el aluminio generalmente tienen mayor elongación.
Los metales duros y quebradizos, como el hierro fundido o el carburo, tienen un menor alargamiento.

2. Temperatura

El aumento de la temperatura generalmente aumenta la ductilidad y, por tanto, el alargamiento.

3. Tratamiento térmico

Procesos como el recocido pueden aumentar la ductilidad del material.

4. Microestructura

El tamaño de los granos y la presencia de impurezas en la estructura del material juegan un papel importante en el grado de deformación.

5. Condiciones de prueba

Velocidad de carga
Longitud inicial de la muestra
Heterogeneidad transversal

Todos ellos afectan al resultado final.

Sistema avanzado de pruebas de presión hidrostática MacArtney para recipientes a presión

Elongación de diferentes metales

Acero dulce: aproximadamente entre el 25% y el 35%
Aluminio: 20% a 40%
Cobre: 40% a 60%
Hierro fundido: menos del 5%

Estos valores muestran que el cobre y el aluminio son más dúctiles que el acero, mientras que el hierro fundido tiene un alargamiento muy bajo debido a su estructura frágil .

Aplicación del alargamiento en la industria

Industria automotriz : Seleccione láminas metálicas que deben sufrir grandes cambios de longitud durante el prensado y el conformado.
Construcción : Las barras de acero deben tener un alargamiento adecuado para resistir terremotos y fuerzas repentinas.
Industria aeroespacial : utiliza aleaciones de alto alargamiento para evitar fallas catastróficas.
Producción de alambres y cables : El cobre y el aluminio se utilizan ampliamente en la industria eléctrica debido a su alto alargamiento.

Relación entre elongación y otras propiedades

Resistencia a la tracción: generalmente, a medida que aumenta la resistencia a la tracción, el alargamiento disminuye.
Tenacidad: Los materiales con alto alargamiento son generalmente más tenaces.
Dureza: Una mayor dureza generalmente resulta en una menor ductilidad y, por lo tanto, un menor alargamiento.

Norma de prueba de elongación

Existen varios criterios para medir con precisión este indicador , entre ellos:

ASTM E8/E8M – Norma para ensayos de tracción de metales
ISO 6892 – Norma internacional para ensayos de tracción
DIN 50125 – Norma alemana para probetas de tracción

Estas normas especifican los métodos de preparación de muestras, las tasas de carga y cómo calcular el alargamiento.

Ejemplo numérico de cálculo de elongación

Supongamos que una muestra de acero con una longitud inicial $mmL_0 = 50 \, mm$ se estira hasta una longitud $L_f = 62,5 \, mm$

$%Elongación=62,5−5050×100=25%\% Elongación= \frac{62,5 – 50}{50}$

Los resultados muestran que el material puede cambiar su longitud en un 25% antes de romperse .

Ventajas y limitaciones del uso de la elongación

beneficio

Cálculo simple
Capacidad de comparar materiales rápidamente
Criterios importantes para la selección de materiales en el diseño de ingeniería

límite

Esto depende de la longitud inicial de la muestra.
Sólo muestra cambios en la longitud longitudinal e ignora los cambios en el área de la sección transversal o el volumen.
Para materiales frágiles que no cambian mucho en longitud antes de fallar, es posible que no proporcione suficiente información.

en conclusión

La elongación es una de las propiedades mecánicas más importantes que describen el comportamiento de un material bajo tensión. Este parámetro, que indica la ductilidad y la resistencia a la fractura repentina , desempeña un papel importante en la selección de materiales en una amplia gama de industrias.

Al comprender adecuadamente este concepto, los ingenieros pueden tomar mejores decisiones en el diseño de estructuras, componentes industriales y diversos productos, y mejorar la seguridad y la eficiencia de los sistemas.