Constantes elástoplásticas de diferentes materiales

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

Índice

1 Régimen elástico1.1 Módulo de elasticidad longitudinal1.2 Módulo de elasticidad transversal1.3 Coeficiente de Poisson

2 Régimen plástico2.1 Tensión de rotura2.2 Endurecimiento por deformación2.3 Energía de impacto (ensayo Charpy)

3 Referencia3.1 Bibliofrafía

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 mismadirección.

Material E1 2 3 [ MPa ] E [ kp/cm² ]

Goma 7 70

Cartílago (humano) 24 240

Tendón (humano) 600 6000

Polietileno, Nylon 1400 14000

Madera (laminada) 7000 70 000

Madera (según la fibra) 14 000 140 000

Hueso (fresco) 21000 210 000

Hormigón / Concreto 27 000 270 000

Aleaciones de Mg 42 000 420 000

Granito 50 000 500 000

vidrio 70 000 700 000

Aleaciones de Al 70 000 700 000

Latón 110 000 1 100 000

Bronce 120 000 1 200 000

Cobre 110 000 1 100 000

Hierro colado < 175 000 < 1 750 000

Hierro forjado 190 000 < 1 900 000

Acero 210 000 2 100 000

Magnesio 45 000 450 000

Titanio 107 000 1 070 000

Níquel 22 000 220 000

Monel 179 000 1 790 000

Plomo 18 000 180 000

Zafiro 420 000 4 200 000

Diamante sintetizado 491 000 4 910 000

Grafeno 1 000 000 10 000 000

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 unarelación fija con el módulo de elasticidad longitudinal y el coeficiente de Poisson:

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Materiales varios

materialcoeficientede 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

Metales6

Material σR [ MPa ] σR [ kp/cm² ]

Acero de alta resistencia 1550 15500

Acero dulce comercial 400-500 4000-5000

Hierro colado 100-300 1000-3000

Material G4 [ MPa ]

Granito 20 000

Aluminio 26 300

Latón 39 200

Fundición gris (4,5% C) 41 000

Bronce 41 000

Cobre 42 500

Hierro colado < 65 000

Hierro forjado 73 000

Acero 81 000

Coeficiente de Poisson

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

Cerámicos y vidrios5

materialcoeficientede Poisson

Al2O3 0,26

BeO 0,26

CeO2 0,27-0,31

2·MgO·2Al2O3·5SiO2 0,31

3Al2O3·2SiO2 0,25

SiC 0,19

Si2N4 0,24

TaC 0,24

TiC 0,19

TiO2 0,28

ZrO2 0,23-0,32

Vitrocerámica 0,24

Vidrio de borosilicato 0,20

Vidrio de cordierita 0,26

Régimen plástico

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 régimenplástico. Los siguientes valores corresponden a los límites de rotura en tracción:

No-metales7

Material σR [ MPa ] σR [ kp/cm² ]

Tejido muscular 0,1 1

Pared de estómago 0,4 4

Pared arterial 1,7 20


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Fundición maleable 140-300 1400-3000

Aluminio 70 700

Aluminio aleado 140-600 1400-6000

Cobre 140 1400

Bronce 100-600 1000-6000

Aleaciones de Mg 200-300 2000-3000

Aleaciones de Ti 700-1400 7000-14000

Cartílago 3,0 30

Cemento, Concreto 3 30

Piel (fresca) 10,3 105

Cuero 41,1 420

Tendón 82,0 825

Madera (según la fibra) 103 1050

Hueso 1100 1200

Vidrio 35-175 350-1200

Algunos datos adicionales para otras aleaciones son:

Aleaciones8

MaterialLímite elásticoσ0,2% [ MPa ]

Límite de roturaσR [ MPa ]

Alargamientode rotura [ % ]

Acero al carbono 1040 600 750 17

Acero de baja aleación 8630 680 800 22

Acero inoxidable 304 205 515 40

Acero inoxidable 410 700 800 22

Acero de herramientas L2 1380 1550 12

Superaleación férrea (410) 700 800 22

Función dúctil (temple) 580 750 9,4

Fundición dúctil, 60-40-18 329 461 15

Aluminio 3003-H14 145 150 8-16

Aluminio 2048 416 457 8

Magnesio AZ318 220 290 15

Titanio Ti-5A1-2.5Sn 827 862 15

Titanio Ti-6-A1-4V 825 895 10

Bronce de aluminio 320 652 34

Monel 283 579 39,5

Endurecimiento por deformación

La mayoría de metales que presentan plasticidad no presentan plasticidad con endurecimiento. En muchos de ellos este endurecimiento puede representarsemediante 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 sólo es válida para el rango comprendido entre el límite elástico y el inicio de la estricción. En estos casos el exponente losvalores calculados para algunos materiales vienen dados por:

Aleaciones9 10

Material n K [MPa]

Acero al carbono (recocido) 0,21 600

Acero de baja aleación 4340(recocido)

0,12 2650

Acero inoxidable (304)(recocido)

0,44 1400

Cobre (recocido) 0,44 530

Latón naval (recocido) 0,21 585

Latón 70Cu-30Zn (recocido) 0,54 315

Aluminio 2024(tratada términcamente)

0,17 780


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AleacionesEnergía de

impacto [ J ]

Acero al carbono 1040 180

Acero de baja aleación 8630 55

Acerlo inoxidable 410 34

Acero de herramientas L2 26

Superaleación férrea 34

Función dúctil 9

Aluminio 2048 10,3

Magnesio AZ31B 4,3

Magnesio AM100A 0,8

Titanio Ti-5A1-2.5Sn 23

Bronce de aluminio, 9% 48

Monel 400 298

Aleación de soldadura (Pb) 21,6

Nb-1Zr (metal refractario) 174

Aleaciones9 10

Material n K [MPa]

Magnesio AZ31B(recocido) 0,16 450

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 elensayo de Izod vienen dados por:11

PolímerosEnergía de

impacto [ J ]

Polietileno (alta densidad) 1,4-16

Polietileno (baja densidad) 22

Policloruro de vinilo 1,4

Polipropileno 1,4-15

Poliestireno 0,4

Poliésteres 1,4

Acrílicos 0,7

Poliamidas (nylon 66) 1,4

Celulósicos 3-11

ABS 1,4-14

Policarbonatos 19

Acetales 3

Politetrafluoretileno 5

Fenolformaldehídos 0,4

Urea-melamina 0,4

Epoxy 1,1

Referencia

↑ J.E. Gordon, Estructuras, p. 49, 2004.1.↑ Ortiz Berrocal, Elasticidad, p. 122.2.↑ J. F. Schackelford, 2008, p. 186.3.↑ Ortiz Berrocal, Elasticidad, p. 129.4.↑ J. F. Schackelford, 2008, p. 195.5.↑ J.E. Gordon, Estructuras, p.52-53, 2004.6.

↑ J.E. Gordon, Estructuras, p.52-53, 2004.7.↑ J. F. Schackelford, 2008, p. 262.8.↑ Callister, Jr., William D (2005), Fundamentals of Materials Science andEngineering (2nd edición), United States of America: John Wiley & Sons,p. 199, ISBN 9780471470144

9.

↑ J. F. Schackelford, 2008, p. 187.10.↑ J. F. Schackelford, 2008, p. 262.11.

Bibliofrafía

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 84-96235-06-8J. F. Schackelford, Introducción a la ciencia de los materiales para ingenieros, 6ª ed., 2008. ISBN 978-84-205-4451-9.

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