¿Qué es el límite de elasticidad?

Si un material es flexible o terco se puede discernir por algo llamado su límite de elasticidad. El punto en el que un material deja de ser elástico y se convierte en plástico permanente, el punto en el que cede, se llama su punto de rendimiento.

Para un ingeniero, estudiar a fondo las propiedades de un material es una necesidad absoluta antes de aventurarse en cualquier proyecto nuevo. Imagínense las horribles consecuencias si los ingenieros que construyeron el Puente de Brooklyn hubieran sido descaradamente ignorantes y hubieran usado plástico o ladrillos en lugar de acero. Por otro lado, si la mayoría de los juguetes de hoy en día fueran de acero y no de algo tan flexible como el plástico, habría sido imposible moldearlos en las formas más excéntricas que tanto adoramos.

Si un material es flexible o terco se puede discernir por algo llamado su límite de elasticidad.

El gráfico tensión-deformación

La resistencia de un material se determina mediante un ensayo de tracción, un ensayo que requiere que el material sea extraído sin piedad de sus dos extremos. La relación entre la tensión a la que está sometida y la tensión que sufre en consecuencia puede ser limitada por un gráfico llamado curva tensión-deformación.

Ya hemos explicado el gráfico en detalle en un artículo anterior, que encontrarás aquí. Sin embargo, este será un curso rápido y rápido.

Inicialmente, un material, incluso el acero, se comporta como un elástico cuando se estira. Cuando está dentro del límite elástico, la tensión causada por la tensión es reversible; sí, el material se alarga, pero una vez que se libera la tensión, retiene su longitud original. Esta elasticidad, sin embargo, no es permanente. El exceso de tensión deformará un material permanentemente.

De hecho, la aplicación de una mayor tensión provoca la formación de lo que se denomina “cuello” a lo largo de la deformación. El cuello es análogo a las cuerdas de queso que apenas sostienen la rebanada y el resto de la pizza juntos. Una tensión aún mayor también romperá el cuello - el material finalmente sucumbe a la tensión y sufre una rotura o fractura trágica.

Fuerza de fluencia

Cada material dibuja su propia curva característica de tensión-deformación, lo que nos permite determinar qué aplicaciones son adecuadas para su uso. La curva de cada material presenta diferentes puntos de transición, desde la elasticidad a la plasticidad y finalmente a la rotura.

El punto en el que un material deja de ser elástico y se convierte en plástico permanente, el punto en el que cede, se llama su punto de rendimiento. La magnitud de la tensión a la que se produce esta transición se conoce como el límite de elasticidad o resistencia del material. El límite elástico es una constante del material que representa el límite de su comportamiento elástico. Los materiales dúctiles como el hierro tienen valores de límite de elasticidad más altos que los plásticos, como el polietileno.

Un material dúctil como el hierro no se deforma permanentemente porque sus átomos se “rompan”, sino porque la tensión ejercida es lo suficientemente persuasiva como para superar su energía de red y perturbar la estructura rígida del material; basta con desplazar literalmente los átomos de sus cristales. Este fenómeno se llama dislocación cristalina.

Los plásticos se deforman más fácilmente porque sucumben a las dislocaciones más fácilmente que los materiales dúctiles. También hay materiales frágiles, que no tienen ningún concepto de límite elástico. Estos materiales, cuando se someten a una tensión superior a la tensión de fluencia, como su nombre indica, no sufren ninguna transición de elasticidad a plasticidad, sino que se rompen directamente.

Por último, dado que el límite elástico de un material determina esencialmente su tolerancia a la tensión, los ingenieros se dieron cuenta de que tenían que idear formas inteligentes de aumentarlo. Una forma de hacerlo es añadir impurezas en el material. La mayor densidad hace que el material se vuelva más tolerante a las deformaciones, ya que las impurezas pueden llenar los vacíos que quedan después de las dislocaciones cristalinas. Aleaciones como el acero, que son creadas al alimentar varias especies de impurezas de hierro, son los mejores ejemplos de tal manipulación.

Otra forma de lograr un mayor límite elástico es manipular el material a temperaturas más bajas. Las temperaturas más altas se suman al estrés, ya que la energía térmica hace que los átomos se muevan y se desplacen vigorosamente. Con la mitad del trabajo ya realizado, una tensión externa requiere, por lo tanto, incluso menos energía que la tensión de fluencia original del material que hubiera sido necesaria para causar dislocaciones y deformaciones permanentes. ¿Por qué si no pensarías que debemos atacar mientras el hierro está caliente?

(0 votes)