Anexo:Constantes elástoplásticas de diferentes materiales

Este artículo contiene los valores de diversas constantes elásticas para diversos materiales.

Régimen elástico

Módulo de elasticidad longitudinal

El módulo de elasticidad longitudinal o módulo de Young relaciona la tensión según una dirección con las deformaciones unitarias que se producen en la misma dirección.

MaterialE[1][2][3] [ MPa ]E [ kp/cm² ]
Goma (60° ShoreA)27270
Cartílago (humano)24240
Tendón (humano)6006000
Hilo de Pesca (estándar) 1300 13000
Polietileno, Nylon140014000
Madera (laminada)700070 000
Madera (según la fibra)14 000140 000
Hueso (fresco)21000210 000
Hormigón / Concreto27 000270 000
Aleaciones de Mg42 000420 000
Granito50 000500 000
Vidrio70 000700 000
Aleaciones de Al70 000700 000
Latón110 0001 100 000
MaterialE [ MPa ]E [ kp/cm² ]
Bronce120 0001 200 000
Cobre110 0001 100 000
Hierro colado< 175 000< 1 750 000
Hierro forjado190 000< 1 900 000
Acero210 0002 100 000
Magnesio45 000450 000
Titanio107 0001 070 000
Níquel22 000220 000
Monel179 0001 790 000
Plomo18 000180 000
Zafiro420 0004 200 000
Diamante sintetizado491 0004 910 000
Grafeno1 000 00010 000 000

Módulo de elasticidad transversal

El módulo de elasticidad transversal, módulo de cortante o módulo de cizalla, para la mayoría de los materiales, en concreto los materiales isótropos guarda una relación fija con el módulo de elasticidad longitudinal y el coeficiente de Poisson:

MaterialG[4] [ MPa ]
Granito20 000
Aluminio26 300
Latón39 200
Fundición gris (4,5% C)41 000
Bronce41 000
Cobre42 500
Hierro colado< 65 000
Hierro forjado73 000
Acero85 000

Coeficiente de Poisson

El coeficiente de Poisson corresponde a la razón entre la deformación transversal y la elongación longitudinal en un ensayo de tracción. Alternativamente el coeficiente de Poisson puede calcularse a partir de los módulos de elasticidad longitudinal y transversal:

Materiales varios
materialcoeficiente
de Poisson
Goma ~ 0,50
Plomo 0,44
Arcilla saturada 0,40-0,50
Magnesio 0,35
Titanio 0,34
Cobre 0,34
Aluminio aleado 0,33
Arcilla 0,30-0,45
Bronce 0,31
Níquel 0,30
Acero inoxidable 0,30-0,31
Acero 0,27-0,30
Hierro colado 0,21-0,26
Arena 0,20-0,45
Hormigón 0,20
Vidrio 0,18-0,3
Caucho ~ 0,5
Materiales augéticos < 0
Cerámicos y vidrios[5]
materialcoeficiente
de Poisson
Al2O30,26
BeO0,26
CeO20,27-0,31
2·MgO·2Al2O3·5SiO20,31
3Al2O3·2SiO20,25
SiC0,19
Si2N40,24
TaC0,24
TiC0,19
TiO20,28
ZrO20,23-0,32
Vitrocerámica0,24
Vidrio de borosilicato0,20
Vidrio de cordierita0,26

Régimen plástico

Límite elástico y tensión de rotura

La tensión de rotura no es estrictamente una constante elástica, ya que por ejemplo para materiales dúctiles como los metales la rotura se produce en el régimen plástico. Los siguientes valores corresponden a los límites de rotura en tracción:

Metales[6]
MaterialσR [ MPa ]σR [ kp/cm² ]
Acero de alta resistencia155015500
Acero dulce comercial400-5004000-5000
Hierro colado100-3001000-3000
Fundición maleable140-3001400-3000
Aluminio70700
Aluminio aleado140-6001400-6000
Cobre1401400
Bronce100-6001000-6000
Aleaciones de Mg200-3002000-3000
Aleaciones de Ti700-14007000-14000
No-metales[7]
MaterialσR [ MPa ]σR [ kp/cm² ]
Tejido muscular0,11
Pared de estómago0,44
Pared arterial1,720
Cartílago3,030
Cemento, Concreto330
Piel (fresca)10,3105
Cuero41,1420
Tendón82,0825
Madera (según la fibra)1031050
Hueso75[8]765
Vidrio35-175350-1200

Algunos datos adicionales para otras aleaciones son:

Aleaciones[9]
Material Límite elástico
σ0,2% [ MPa ]
Límite de rotura
σR [ MPa ]
Alargamiento
de rotura [ % ]
Acero al carbono 104060075017
Acero de baja aleación 863068080022
Acero inoxidable 30420551540
Acero inoxidable 41070080022
Acero de herramientas L21380155012
Superaleación férrea (410)70080022
Función dúctil (temple)5807509,4
Fundición dúctil, 60-40-1832946115
Aluminio 3003-H141451508-16
Aluminio 20484164578
Magnesio AZ31822029015
Titanio Ti-5A1-2.5Sn82786215
Titanio Ti-6-A1-4V82589510
Bronce de aluminio32065234
Monel28357939,5

Endurecimiento por deformación

La mayoría de metales que presentan plasticidad no presentan plasticidad con endurecimiento. En muchos de ellos este endurecimiento puede representarse mediante la ecuación de Ludwik:

donde:

es la tensión del material en un punto que ha plastificado.
es la tensión del límite elástico.
es el exponente de endurecimiento por deformación.
es una constante.

Esta ecuación solo es válida para el rango comprendido entre el límite elástico y el inicio de la estricción. En estos casos el exponente los valores calculados para algunos materiales vienen dados por:

Aleaciones[10][11]
MaterialnK [MPa]
Acero al carbono (recocido)0,21600
Acero de baja aleación 4340
(recocido)
0,122650
Acero inoxidable (304)
(recocido)
0,441400
Cobre (recocido)0,44530
Latón naval (recocido)0,21585
Latón 70Cu-30Zn (recocido)0,54315
Aluminio 2024
(tratada términcamente)
0,17780
Magnesio AZ31B(recocido)0,16450

Energía de impacto (ensayo Charpy)

La energía de impacto es una medida que mide cuanta energía es necesario aplicar a una probeta de un cierto material para deformarla hasta alcanzar la rotura. La energía de impacto no es un fenómeno puramente plástico ya que involucra deformación elástica, deformación plástica y rotura. Los datos obtenidos en el ensayo de Izod vienen dados por:[12]

AleacionesEnergía de
impacto [ J ]
Acero al carbono 1040180
Acero de baja aleación 863055
Acero inoxidable 41034
Acero de herramientas L226
Superaleación férrea34
Función dúctil9
Aluminio 204810,3
Magnesio AZ31B4,3
Magnesio AM100A0,8
Titanio Ti-5A1-2.5Sn23
Bronce de aluminio, 9%48
Monel 400298
Aleación de soldadura (Pb)21,6
Nb-1Zr (metal refractario)174
PolímerosEnergía de
impacto [ J ]
Polietileno (alta densidad)1,4-16
Polietileno (baja densidad)22
Policloruro de vinilo1,4
Polipropileno1,4-15
Poliestireno0,4
Poliésteres1,4
Acrílicos0,7
Poliamidas (nylon 66)1,4
Celulósicos3-11
ABS1,4-14
Policarbonatos19
Acetales3
Politetrafluoretileno5
Fenolformaldehídos0,4
Urea-melamina0,4
Epoxy1,1

Referencias

  1. J.E. Gordon, Estructuras, p. 49, 2004.
  2. Ortiz Berrocal, Elasticidad, p. 122.
  3. J. F. Schackelford, 2008, p. 186.
  4. Ortiz Berrocal, Elasticidad, p. 129.
  5. J. F. Schackelford, 2008, p. 195.
  6. J.E. Gordon, Estructuras, p.52-53, 2004.
  7. J.E. Gordon, Estructuras, p.52-53, 2004.
  8. Evans, F. G. (1969). The mechanical properties of bone. Artificial limbs, 13(1), 37-48.
  9. J. F. Schackelford, 2008, p. 262.
  10. Callister, Jr., William D (2005), Fundamentals of Materials Science and Engineering (2nd edición), United States of America: John Wiley & Sons, p. 199, ISBN 9780471470144.
  11. J. F. Schackelford, 2008, p. 187.
  12. J. F. Schackelford, 2008, p. 262.

Bibliografía

  • L. Ortiz Berrocal, Elasticidad, ed. McGraw-Hill, Madrid, 1998. ISBN 84-481-2046-9.
  • J. E. Gordon, Estructuras, o porqué las cosas no se caen, ed.Calamar, 2004. ISBN 84-96235-06-8
  • J. F. Schackelford, Introducción a la ciencia de los materiales para ingenieros, 6ª ed., 2008. ISBN 978-84-205-4451-9.
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