Tenacidad

En ciencia de materiales y metalurgia, la dureza es la capacidad de un material para absorber energía y deformarse plásticamente sin fracturarse. La tenacidad es la fuerza con la que el material se opone a la ruptura. Una definición de tenacidad del material es la cantidad de energía por unidad de volumen que un material puede absorber antes de romperse. Esta medida de tenacidad es diferente de la utilizada para la tenacidad a la fractura, que describe la capacidad de los materiales para resistir la fractura. La tenacidad requiere un equilibrio entre resistencia y ductilidad.

Dureza y fuerza

La tenacidad está relacionada con el área bajo la curva tensión-deformación. Para que un material sea resistente, debe ser resistente y dúctil. Por ejemplo, los materiales frágiles (como la cerámica) que son fuertes pero con ductilidad limitada no son resistentes; por el contrario, los materiales muy dúctiles con bajas resistencias tampoco son tenaces. Para ser resistente, un material debe soportar tanto tensiones como deformaciones elevadas. En términos generales, la resistencia indica cuánta fuerza puede soportar el material, mientras que la tenacidad indica cuánta energía puede absorber un material antes de romperse.

Definición matemática

La tenacidad se puede determinar integrando la curva tensión-deformación. Es la energía de deformación mecánica por unidad de volumen antes de la fractura. La descripción matemática explícita es:

$${fnMicrosoft} {mbox{energy} {mbox{volume}}=int _{0} {varepsilon ¿Qué?$$

dónde

• ${displaystyle varepsilon }$ es tensión
• ${displaystyle varepsilon _{f}$ es la tensión sobre el fracaso
• ${displaystyle sigma }$ es estrés

Otra definición es la capacidad de absorber energía mecánica hasta el punto de falla. El área bajo la curva tensión-deformación se llama tenacidad.

Si el límite superior de integración hasta el límite elástico está restringido, la energía absorbida por unidad de volumen se conoce como módulo de resiliencia. Matemáticamente, el módulo de resiliencia se puede expresar como el producto del cuadrado del límite elástico dividido por dos veces el módulo de elasticidad de Young. Eso es,

Pruebas de dureza

La tenacidad de un material se puede medir utilizando una pequeña muestra de ese material. Una máquina de ensayo típica utiliza un péndulo para deformar una muestra con muescas de sección transversal definida. La altura desde la que cayó el péndulo, menos la altura a la que subió después de deformar el espécimen, multiplicada por el peso del péndulo, es una medida de la energía absorbida por el espécimen al deformarse durante el impacto con el péndulo. Las pruebas de resistencia al impacto con muescas Charpy e Izod son pruebas típicas de ASTM utilizadas para determinar la tenacidad.

Unidad de dureza

La tenacidad a la tracción (o energía de deformación, U_T) se mide en unidades de julios por metro cúbico (J·m ⁻³), o equivalentemente newton-metro por metro cúbico (N·m·m⁻³), en el sistema SI y pulgada-libra-fuerza por pulgada cúbica (in·lbf ·en⁻³) en unidades habituales de EE. UU.:

• 1.00 N·m.⁻³ ≃ 0,000145in·lbf·in⁻³
• 1.00 in·lbf·in⁻³ 6.89 kN·m.⁻³.

En el sistema SI, la unidad de tenacidad a la tracción se puede calcular fácilmente utilizando el área debajo de la curva tensión-deformación (σ–ε), que proporciona la tenacidad a la tracción. valor, como se indica a continuación:

• U_T = Área debajo del tren de estrés (σ–εcurva = σ × ε
• U_T [=] F/A × ΔL/L = (N·m⁻²)·(Inigualable)
• U_T [=] N·m· m⁻³
• U_T [=] J·m⁻³

Material más resistente

Una aleación hecha de cantidades casi iguales de cromo, cobalto y níquel (CrCoNi) es el material más resistente descubierto hasta ahora. Resiste la fractura incluso a temperaturas increíblemente frías cercanas al cero absoluto. Se considera que puede resultar útil para construir naves espaciales.