En la ciencia de los materiales y la metalurgia , la tenacidad es la capacidad de un material para absorber energía y deformarse plásticamente sin fracturarse. [1] La tenacidad es la fuerza con la que el material se opone a la ruptura. Una definición de tenacidad de un 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 que se utiliza para la tenacidad a la fractura , que describe la capacidad de los materiales para resistir la fractura. [2] La tenacidad requiere un equilibrio entre resistencia y ductilidad . [1]
La tenacidad está relacionada con el área bajo la curva de tensión-deformación . Para ser tenaz, un material debe ser fuerte y dúctil. Por ejemplo, los materiales frágiles (como la cerámica) que son fuertes pero con una ductilidad limitada no son tenaces; por el contrario, los materiales muy dúctiles con resistencias bajas tampoco son tenaces. Para ser tenaz, un material debe soportar tanto tensiones elevadas 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.
La tenacidad se puede determinar integrando la curva de esfuerzo-deformación. [1] Es la energía de deformación mecánica por unidad de volumen antes de la fractura. La descripción matemática explícita es: [3]
dónde
Si se restringe el límite superior de integración hasta el punto de fluencia, la energía absorbida por unidad de volumen se conoce como módulo de resiliencia . Matemáticamente, el módulo de resiliencia se puede expresar mediante el producto del cuadrado de la tensión de fluencia dividido por dos veces el módulo de elasticidad de Young. Es decir,
La tenacidad de un material se puede medir utilizando una muestra pequeña de ese material. Una máquina de prueba típica utiliza un péndulo para deformar una muestra entallada de sección transversal definida. La altura desde la que cayó el péndulo, menos la altura a la que se elevó después de deformar la muestra, multiplicada por el peso del péndulo, es una medida de la energía absorbida por la muestra a medida que se deformaba durante el impacto con el péndulo. Las pruebas de resistencia al impacto con entalla Charpy e Izod son pruebas ASTM típicas que se utilizan para determinar la tenacidad.
La tenacidad a la tracción (o energía de deformación , U T ) se mide en unidades de julio 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·in −3 ) en unidades habituales de EE. UU .:
En el sistema SI , la unidad de tenacidad a la tracción se puede calcular fácilmente utilizando el área debajo de la curva de tensión-deformación ( σ – ε ), que da el valor de tenacidad a la tracción, como se muestra a continuación: [4]
Una aleación compuesta por cantidades casi iguales de cromo , cobalto y níquel (CrCoNi) es el material más resistente descubierto hasta ahora. [5] Resiste la fracturación incluso a temperaturas increíblemente frías cercanas al cero absoluto. Se está considerando su uso como material para la construcción de naves espaciales. [6]
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