Tenacidad

En ciencia de los materiales y metalurgia , la tenacidad es la capacidad de un material para absorber energía y deformarse plásticamente sin fracturarse. ^{[ 1 ]} La tenacidad es la resistencia 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 utilizada 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 se relaciona con el área bajo la curva tensión-deformación . Para ser tenaz, un material debe ser a la vez resistente y dúctil. Por ejemplo, los materiales frágiles (como la cerámica) que son resistentes pero con ductilidad limitada no son tenaces; a la inversa, los materiales muy dúctiles con baja resistencia tampoco lo son. Para ser tenaz, un material debe soportar tanto altas tensiones como altas deformaciones. En general, la resistencia indica cuánta fuerza puede soportar el material, mientras que la tenacidad indica cuánta energía puede absorber antes de romperse.

La tenacidad se puede determinar integrando la curva tensión-deformación. ^{[ 1 ]} Es la energía de deformación mecánica por unidad de volumen antes de la fractura. La descripción matemática explícita es: ^{[ 3 ]}

$${\displaystyle {\tfrac {\mbox{energía}}{\mbox{volumen}}}=\int _{0}^{\varepsilon _{f}}\sigma \,d\varepsilon }$$

dónde

• ${\displaystyle \varepsilon }$es tensión
• ${\displaystyle \varepsilon _{f}}$es la tensión en caso de fallo
• ${\displaystyle \sigma }$es estrés

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 pequeña muestra del mismo. Una máquina de ensayo típica utiliza un péndulo para deformar una muestra con entalla de sección transversal definida. La altura desde la que cayó el péndulo, menos la altura a la que subió después de deformar la muestra, multiplicada por el peso del péndulo, es una medida de la energía absorbida por la muestra durante la deformación por impacto con el péndulo. Los ensayos de resistencia al impacto Charpy e Izod con entalla son ensayos ASTM típicos 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 del sistema anglosajón :

• 1,00  N·m·m ⁻³ ≃ 0,000 145  in·lbf·in ⁻³
• 1,00  in·lbf·in ⁻³ ≃ 6,89  kN·m·m ⁻³ .

En el sistema SI , la unidad de tenacidad a la tracción se puede calcular fácilmente utilizando el área bajo la curva tensión-deformación ( σ – ε ), que da el valor de tenacidad a la tracción, como se muestra a continuación: ^{[ 4 ]}

• U _T = Área debajo de la curva tensión-deformación ( σ – ε ) = σ × ε
• U _T [=] F/A × ΔL/L = (N·m ⁻² )·(sin unidades)
• U _T [=] N·m·m ⁻³
• U _T [=] J·m ⁻³

Una aleación compuesta por cantidades casi iguales de cromo , cobalto y níquel (CrCoNi) es el material más resistente descubierto hasta la fecha. ^{[ 5 ]} Resiste la fractura incluso a temperaturas increíblemente bajas, cercanas al cero absoluto. Se está considerando como material para la construcción de naves espaciales. ^{[ 6 ]}

• Dureza
• Refuerzo del caucho
• Choque (mecánica)
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