Módulo elástico, rigidez, resistencia y dureza | MachineMFG

Explicación del módulo elástico, la rigidez, la resistencia y la dureza

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Módulo de elasticidad

Cuál es el módulo elástico

El modelo elástico es un parámetro de rendimiento de los materiales.

Hay muchos parámetros que se utilizan para medir los materiales, entre los cuales el módulo elástico, la rigidez, la resistencia y la dureza son los más comunes, pero muchas personas no comprenden del todo estos parámetros.

Repasemos estos conceptos para comprender mejor las relaciones entre ellos.

El módulo elástico representa la elasticidad de los materiales. Cuanto mayor es el módulo elástico, mayor es la capacidad del material para resistir la deformación. En el rango elástico, la tensión dividida por la deformación se convierte en una relación proporcional positiva, satisfaciendo la ley de Hooke, y su relación es el módulo elástico.

El módulo elástico es una propiedad inherente a los materiales y refleja la fuerza de unión entre átomos, moléculas o iones. La composición química, la estructura cristalina y la temperatura del material afectan al módulo elástico. Por lo general, cuanto mayor es la temperatura del material, menor es el módulo elástico. Por ejemplo, cuando se forjan piezas, es mejor calentarlas primero para reducir el módulo elástico y límite elástico del material, en lugar de forjar directamente a temperatura ambiente.

¿Afecta el tratamiento térmico al módulo elástico?

El tratamiento térmico de los materiales metálicos incluye el tratamiento térmico global (recocido, temple, revenido, normalizado) y el tratamiento térmico superficial (carburación, nitruración, temple de alta, media y baja frecuencia, anodizado de aleación de aluminio, etc.).

El tratamiento térmico puede mejorar el límite elástico y la tracción resistencia de los materiales. Sin embargo, tiene poco efecto sobre el módulo elástico, que cambia en aproximadamente 5%.

En aplicaciones de ingeniería, el módulo elástico suele utilizarse como constante.

Rigidez

La rigidez de una pieza se refiere a su capacidad para resistir la deformación elástica bajo fuerzas externas. Depende de la geometría de la pieza, como la rigidez de varillas con diferentes secciones transversales, así como de la selección de materiales de la propia pieza. Para una misma estructura, un módulo elástico mayor se traduce en una mayor rigidez de la estructura.

En aplicaciones de ingeniería, la rigidez está relacionada con la precisión de las piezas, como el husillo de una máquina herramienta.

Cuando la máquina herramienta está en funcionamiento, es importante que el husillo no se deforme tras ser sometido a tensión, ya que esto puede afectar a la precisión del mecanizado.

Por lo tanto, al diseñar el husillo de una máquina herramienta, deben tenerse en cuenta tanto la estructura como el módulo elástico del material.

Fuerza

La resistencia se utiliza para medir la capacidad portante de la propia pieza.

En el caso de los materiales frágiles, utilizamos la resistencia a la tracción o a la compresión para juzgar si las piezas fallan.

En el caso de los materiales elásticos, utilizamos el límite elástico para juzgar si las piezas están permanentemente deformadas, y la resistencia a la tracción para juzgar si las piezas están rotas.

Dureza

La dureza se refiere a la capacidad de los materiales para resistir la presión de objetos duros sobre su superficie. Para medir la dureza se utilizan penetradores que presionan la superficie de las piezas y determinan la dureza de los materiales en función de la profundidad de la penetración en la superficie de las piezas.

Por lo tanto, la dureza representa la capacidad de un material para resistir la deformación plástica, y cuanto mayor sea el límite de resistencia de un material, mayor será su dureza.

El valor de la dureza viene determinado por la resistencia a la deformación plástica inicial y la resistencia a la deformación plástica continua. Cuanto mayor sea la resistencia del material, mayor será su resistencia a la deformación plástica y mayor su valor de dureza.

Relación entre el módulo elástico y la dureza

No existe ninguna relación entre el módulo elástico y la dureza.

La dureza mide la capacidad de un material para resistir la deformación plástica, y el módulo elástico es la constante material del propio material.

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