Introducción: tipos de fortalezas

La resistencia de un material es simplemente su capacidad para soportar cargas antes de que se deforme o se rompa. Los metales tienen diferentes tipos de resistencia que deben analizarse cuidadosamente para determinar su resistencia y dureza y su idoneidad para aplicaciones específicas. Normalmente usamos un probador de dureza para probar la dureza de un objeto.

Algunos materiales son más adecuados para un tipo específico de aplicaciones que otros materiales debido a su dureza y resistencia. Comprender la resistencia de los materiales ayuda a garantizar la seguridad y la alta calidad del producto final que cumplirá con los diferentes requisitos reglamentarios. Los diferentes tipos de resistencia de los metales se analizan a continuación:

Fuerza compresiva

La resistencia a la compresión de un material es la cantidad máxima de fuerza que puede soportar antes de comprimirse o exprimirse.

La resistencia a la compresión del material resiste la fuerza aplicada para la compresión. Los diferentes materiales reaccionan de manera diferente al alcanzar su límite de resistencia a la compresión. Algunos materiales se fracturan en este punto, mientras que otros pueden deformarse irreversiblemente.

La resistencia a la compresión se mide utilizando una máquina de prueba universal y se calcula dividiendo la carga máxima por el área de la sección transversal de la muestra.

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La resistencia a la compresión es un indicador clave y popular que se utiliza para determinar la idoneidad de los materiales en el sector de la construcción. La medición de la resistencia a la compresión puede verse afectada por los métodos de prueba y el entorno de prueba.

Fuerza de Tensión

La resistencia a la tracción es la cantidad máxima de tensión o fuerza que puede soportar un material antes de que pueda separarse o romperse. Se calcula dividiendo la fuerza total por el área de la sección transversal original de la muestra.

Generalmente se representa como libras por pulgada (psi). La unidad SI para la resistencia a la tracción es Pascal (Pa).

La resistencia a la tracción de una muestra se mide tirando de la muestra con un tensómetro a una tensión constante hasta que se rompe. Algunos materiales se rompen bruscamente sin ninguna deformación plástica y esto se conoce como falla frágil.

Otros materiales que son más dúctiles sufren una pequeña deformación plástica y luego se estrechan antes de romperse. La resistencia a la tracción es una medida importante de la resistencia del metal para evaluar su idoneidad para un tipo diferente de aplicaciones.

Fuerza de impacto

La resistencia al impacto de un material es su capacidad para absorber una fuerza repentina o un impacto antes de que se rompa. Se expresa en términos de energía, la cantidad de energía mecánica absorbida por el material en el proceso de deformación y fractura.

La resistencia al impacto de un material es un indicador importante que se utiliza para determinar si actuará de manera frágil o dúctil. Da una idea clara de la dureza del material.

 

La prueba de impacto de flexión se usa comúnmente para determinar la resistencia al impacto de una muestra. Al bajar la temperatura, una caída drástica en la resistencia al impacto de la muestra indica la temperatura frágil del material. Las estimaciones confiables de la resistencia al impacto de una muestra solo son posibles a temperaturas superiores a la temperatura frágil.

Los factores que afectan la resistencia al impacto de los materiales incluyen su volumen, módulo de elasticidad, límite elástico y distribución de fuerzas a través de la sección del material.

Fuerza de producción

El límite elástico ayuda a determinar hasta qué punto un material es resistente o dúctil. El punto en el que un material se vuelve completamente plástico y cede se conoce como su límite de elasticidad.

El límite elástico es la cantidad de tensión a la que se produce la deformación permanente de la muestra. Antes de alcanzar el límite elástico, el material se deformará elásticamente y volverá a su forma original. Sin embargo, una vez que se alcanza el límite elástico, la deformación es plástica e irreversible.

El límite elástico es indicativo del límite de comportamiento elástico de un material. Los metales dúctiles como el hierro tienen un límite elástico más alto que los plásticos. Los ingenieros utilizan el límite elástico para determinar la idoneidad del uso en la construcción y las obras civiles.

Detalles de los materiales más resistentes del mundo

Los detalles de algunos de los materiales más resistentes del mundo se proporcionan a continuación:

Acero

El acero no es un metal puro, sino una aleación hecha de la combinación de hierro, carbono y algunos otros elementos. El hierro se calienta en el horno y se eliminan sus impurezas y luego se le agrega carbón. Agregar otros elementos como manganeso, niobio y vanadio agrega más resistencia al acero.

 

El acero es uno de los metales más utilizados en el mundo. Tiene diferentes aplicaciones y se utiliza predominantemente en transporte, infraestructura, construcción, etc.

La mayoría de los edificios y otras estructuras contemporáneas hacen un uso intensivo de acero, lo que ayuda a mantenerlo unido. Existen diferentes tipos de aleaciones de acero.

El acero inoxidable es una aleación de acero libre de óxido y corrosión que se fabrica agregando al menos cromo 11% al acero normal. El acero maraging se fabrica agregando níquel y otros elementos. Tiene un bajo contenido de carbono y es muy fuerte, lo que lo hace ideal para aplicaciones avanzadas como la fabricación de piel de cohetes y misiles, palas para cercas, etc.

Titanio

El titanio es un metal plateado que es liviano y tiene una alta resistencia a la tracción. Se encuentra abundantemente en la Tierra principalmente como óxidos en rocas ingeniosas. Aunque es un metal duro, no es tan duro como algunos de los aceros tratados térmicamente. Tampoco es tan fuerte ni tan duro como un diamante.

Sin embargo, su relación entre la resistencia a la tracción y la densidad es superior incluso al tungsteno, pero ocupa un lugar más bajo en la escala de dureza de Mohs en comparación con el tungsteno.

 

Una de las ventajas distintivas de usar titanio sobre acero es que es liviano. El titanio se mezcla con diferentes metales como hierro, aluminio, vanadio, etc. para formar aleaciones más fuertes y duras.

Estas aleaciones de titanio son versátiles, livianas y extremadamente duraderas y encuentran una amplia variedad de aplicaciones en la automoción, aeroespacial, aviación y otras aplicaciones industriales.

Se utiliza comúnmente para la fabricación de piezas de aviones. El titanio también es muy resistente a la corrosión y al óxido, lo que lo hace popular para diferentes aplicaciones.

Tungsteno

El tungsteno es un metal raro descubierto por Carl Scheele en el año 1781. Tiene un punto de fusión muy alto y una resistencia máxima de 1510 megapascales, lo que lo convierte en uno de los metales más duros de la Tierra.

Es de color gris metálico y cuando se refina a su forma más pura, es más fuerte que muchos tipos de aceros. Entre todos los metales puros, el tungsteno tiene el punto de fusión más alto, el punto de vaporización más bajo y la resistencia a la tracción más alta.

También se sabe que tiene el coeficiente de expansión térmica más bajo entre todos los metales puros. La mayor parte del tungsteno se utiliza comercialmente para la fabricación de materiales duros, especialmente el carburo de tungsteno.

Se usa para hacer cuchillos, taladros, tornos, etc. También se usa comúnmente en aplicaciones eléctricas y militares. La tenacidad del tungsteno se puede mejorar drásticamente aleándolo con acero.

 

Inconel

Inconel es una superaleación de níquel-cromo que se desarrolló por primera vez en la década de 1940. aunque la composición exacta de las aleaciones de Inconel varía considerablemente, todas son níquel combinado con cromo como segundo elemento. Es una aleación resistente a la oxidación y la corrosión y es ideal para su uso en entornos extremos que están sujetos a alta presión y energía cinética.

Inconel se caracteriza por una alta resistencia, que no se ve afectada incluso a altas temperaturas. Esto lo hace perfecto para ser utilizado en aplicaciones que involucran temperaturas extremadamente altas en las que el aluminio y el acero sucumbirían al calor.

 

Teniendo en cuenta que Inconel es una aleación extremadamente dura que puede soportar condiciones de trabajo extremas, se usa comúnmente en industrias como la aeroespacial y la automotriz. También se utiliza comúnmente en palas de turbinas de gas, ejes de bombas de motor de pozo, plantas de procesamiento químico, reactores de agua presurizada nuclear, etc.

Diamante

El diamante es el mineral más duro que se encuentra en la Tierra. Es un alótropo del carbono y es el mineral natural más duro. Es el mejor conductor térmico y menos compresible entre todos los materiales naturales.

La dureza de un diamante es el nivel más alto de la escala 10 de Mohs. Es 1000 veces más duro que el cuarzo y 150 veces más duro que el corindón.

En la escala de Rockwell, la dureza del diamante es 98,07 HRC, mientras que el titanio mide 36 HRC en la misma escala en términos de dureza.

 

Debido a que es el mineral más duro conocido en el mundo, el diamante se usa ampliamente en la fabricación de brocas de perforación, cortadores de perforación de roca, insertos de herramientas de corte, matrices de extrusión, herramientas de pulido óptico, revestimientos para rodamientos de bolas, etc.

El diamante también tiene excelentes propiedades semiconductoras debido a que también se usa comúnmente para fabricar transistores de alta potencia, circuitos integrados de alta temperatura, dispositivos piezoeléctricos, etc. También se usa en pruebas de dureza como indentador.

Cromo

El cromo es el metal más duro conocido en la Tierra y mide 8.5 en la escala de Mohs. También tiene un alto punto de fusión. Muestra propiedades antiferromagnéticas a temperatura ambiente, sin embargo, por encima de los 30 grados Celsius, se transforma en material paramagnético.

Tiene una alta reflexión especular debido a que se utiliza para revestir con fines reflectantes.

También es muy resistente a la corrosión y al óxido, lo que lo hace popular como material de recubrimiento en superficies exteriores para proteger contra la corrosión. Es por esta razón que se mezcla con acero para formar una aleación de acero inoxidable libre de corrosión y óxido.

 

También se utiliza para el revestimiento de piezas de automóviles que las protegen de la corrosión y también mejoran su atractivo visual. Se estima que cerca del 85% de cromo se utiliza para producir aleaciones metálicas y el resto se utiliza en tintes y pinturas, conservantes de madera, curtientes, material refractario, catalizador para la producción de hidrocarburos, etc.

Nitruro de boro

El nitruro de boro es un compuesto de boro y nitrógeno. Existe en muchas formas cristalinas. La forma wurtzita del nitruro de boro es rara y se considera que es incluso más dura que el diamante. Según los resultados de una simulación, se supone que esta forma de nitruro de boro es 18% más dura que el diamante.

Sin embargo, como existe solo una cantidad muy pequeña de este mineral, no se ha probado exhaustivamente para verificar la afirmación de forma experimental.

El nitruro de boro presenta un grado muy alto de estabilidad química y térmica. Se utiliza en cosmética, pinturas, cemento dental, minas de lápiz, etc.

 

Debido a su excepcional estabilidad térmica y química, también se utiliza en la fabricación de piezas de equipos de alta temperatura. Se puede agregar en diferentes metales, cerámicas, plásticos, caucho, etc. para conferirles propiedades autolubricantes. Estos materiales son ideales para la construcción de rodamientos de bolas y acero para la fabricación.

Lonsdaleita

La lonsdaleita es un alótropo de carbono con una red hexagonal por lo que también se le llama comúnmente como diamante hexagonal. Ocurre de forma natural cuando los meteoritos que contienen grafito golpean la Tierra.

El calor y la presión extremos del impacto del meteorito convierten el grafito en diamante, pero conserva la red cristalina hexagonal que es una característica clave de la Lonsdaleita.

Fue descubierto por primera vez en 1967 durante el impacto del meteorito Canyon Diablo. Desde entonces, también se ha fabricado en un laboratorio montado comprimiendo y calentando grafito o mediante deposición química de vapor.

La lonsdaleita es translúcida y de color amarillo pardusco y se considera que su dureza es 58% más que la de un diamante. También se sabe que resiste presiones de indentación de 152 Gpa, mientras que se supone que el diamante se rompe a 97 Gpa. La lonsdaleita también es más fuerte que el nitruro de boro, ya que los enlaces carbono-carbono que contiene son mucho más fuertes que los enlaces boro-nitrógeno del nitruro de boro.

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Grafeno  

El grafeno es un alótropo de carbono que existe en forma de red bidimensional y hexagonal.

El grafeno tiene muchas propiedades importantes y se sabe que es al menos 100 veces más fuerte que la forma más fuerte de acero. Es casi transparente y un excelente conductor de calor y electricidad. El grafeno tiene una resistencia a la tracción de 130 Gpa, lo que lo convierte en uno de los materiales más resistentes jamás descubiertos.

Además de ser extremadamente fuerte, el grafeno también es notablemente ligero. Pesa alrededor de 0,77 mg por metro cuadrado, que es 1000 veces más ligero que el peso de 1 metro cuadrado de papel.

 

Se sabe que el grafeno tiene algunas propiedades sorprendentes y aún se están descubriendo muchas características nuevas. Se usa comúnmente en dominios como ingeniería biológica, electrónica óptica, desarrollo de sistemas de filtración de agua, etc. En el futuro, se espera que el grafeno se use para crear materiales compuestos que serán muchas veces más fuertes y livianos que los que se usan actualmente. metales y aleaciones.

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