Material Properties 101

Summary

Este video ofrece una visión distinta, centrándose en las propiedades de los materiales y los términos utilizados para describirlos, esencial para entender futuras presentaciones. Se espera que el espectador comprenda seis palabras clave: rígido, fuerte, dúctil, frágil, duro y resistente. A través de una prueba de tracción, se explica cómo se miden la fuerza y el desplazamiento para generar una curva de estrés/tracción. Se destacan propiedades como la Modulo de Young, la resistencia a la deformación plástica, la resistencia al estallido y la resistencia a la tracción máxima. Se exploran las diferencias entre materiales dúctiles y frágiles, así como la importancia de la dureza y cómo se relaciona con la rigidez y la resistencia al estallido. Además, se menciona la importancia de la températura en el cambio de propiedades de los materiales, como se vio en el caso de los barcos de la Segunda Guerra Mundial. Finalmente, se destaca la capacidad de los materiales, como el acero, para ser tratados térmicamente para adaptar su dureza según las necesidades.

Takeaways

• 📚 Los seis términos clave para describir materiales son: rígido, fuerte, dúctil, frágil, duro y resistente.
• 📊 Un ensayo de tracción es una prueba fundamental en mecánica de materiales que evalúa el rendimiento de un material al estirarlo hasta el fallo.
• 📈 La curva de estrés/tracción proporciona información valiosa sobre las propiedades mecánicas de un material.
• 🔴 El punto de flujo indica el final de la deformación elástica y el comienzo de la deformación plástica.
• 🏗 La resistencia a la tracción máxima es la máxima cantidad de estrés que un material puede soportar antes de romperse.
• 📏 El módulo de Young, o módulo elástico, describe la rigidez de un material y se obtiene de la pendiente de la región elástica en la curva de estrés/tracción.
• 🔵 La resistencia al flujo y la resistencia a la tracción máxima son propiedades importantes utilizadas por los ingenieros para diseñar productos seguros.
• 🤏 Los materiales dúctiles se deforman bajo presión y pueden absorber mucha energía sin romperse, mientras que los materiales frágiles se rompen con poca deformación.
• 🔥 La dureza de un material está relacionada con su rigidez y resistencia al flujo, y describe la facilidad con la que se pueden rayar, rascar o abrasar.
• ❄ Algunos materiales pueden cambiar de dúctiles a frágiles a temperaturas más bajas, lo que puede causar fallas repentinas en estructuras.
• 🗡 El acero puede ser tratado térmicamente para ajustar su dureza en diferentes áreas, lo que es útil en la fabricación de herramientas y armas.
• 🎓 Lumerit ofrece una nueva forma de completar la educación universitaria rápida y económica, lo que podría cambiar la forma en que se accede a la educación superior en los Estados Unidos.

Q & A

¿Qué son las propiedades de un material y cuáles son las seis palabras clave que se usan para describirlas?

Las propiedades de un material son características que definen cómo responde a fuerzas externas o condiciones ambientales. Las seis palabras clave son: rígido (stiff), fuerte (strong), dúctil (ductile), frágil (brittle), resistente (tough) y duro (hard).

¿Qué es una prueba de tracción y cómo se realiza?

Una prueba de tracción es una prueba fundamental en mecánica de materiales que consiste en separar una muestra de material mediante una fuerza hasta su rotura, mientras se mide la fuerza y el desplazamiento aplicados.

¿Cómo se define el estrés en una prueba de tracción?

El estrés se define como la fuerza aplicada a la muestra dividida por el área transversal. Las unidades son Newtones por metro cuadrado, que también se conocen como Pascals, la unidad métrica de presión.

¿Qué es la deformación elástica y cómo se relaciona con el punto de flujo?

La deformación elástica es la región inicial en la curva de estrés/tracción donde el material se deforma pero regresa a su forma original una vez que se retira la fuerza. El punto de flujo marca el final de la deformación elástica y a partir de ahí, cualquier estrés adicional causa deformación permanente llamada deformación plástica.

¿Cuál es el significado de la resistencia al tracción y la resistencia al flujo en una prueba de tracción?

La resistencia al tracción máxima es la máxima cantidad de estrés que el material puede soportar antes de romperse. La resistencia al flujo es el punto en la curva donde el material comienza a deformarse de manera permanente bajo estrés adicional.

¿Qué es el módulo de Young y cómo se relaciona con la rigidez de un material?

El módulo de Young, también conocido como módulo elástico, describe la rigidez de un material y se obtiene al encontrar la pendiente de la región lineal de la curva de estrés/tracción. Un módulo de Young más alto indica un material más rígido.

¿Cómo se relacionan la resistencia al flujo y la resistencia al tracción máxima con la seguridad en la ingeniería?

Los ingenieros utilizan la resistencia al flujo o a la tracción máxima dividida por un factor de seguridad para obtener el estrés máximo permitido, que influye en el diseño del producto. Generalmente, se busca mantener el estrés máximo posible por debajo del punto de rotura, aunque los factores de seguridad varían entre industrias.

¿Qué es un material dúctil y cómo se relaciona con la resistencia y la deformación del material?

Un material dúctil es aquel que se deforma bajo presión y puede absorber mucha energía sin romperse. La deformación dúctil se manifiesta en una curva de estrés/tracción que muestra una gran área bajo la curva, lo que indica una alta capacidad de absorber energía.

¿Cómo se diferencia un material frágil de uno dúctil y cómo se puede observar en una fractura?

Un material frágil se rompe con muy poca deformación. Se puede distinguir examinando la superficie de fractura después de romperse: un material dúctil tiene una superficie de fractura con forma de cuenca y cono, mientras que un material frágil muestra una superficie de fractura granulada y plana.

¿Cómo puede cambiar la temperatura el comportamiento dúctil o frágil de un material?

Algunos materiales pueden cambiar de dúctiles a frágiles cuando su temperatura disminuye. Esto fue un problema durante la Segunda Guerra Mundial con los barcos Liberty, algunos de los cuales se partieron por la mitad sin previo aviso debido a que la aleación de acero utilizada se volvió frágil a bajas temperaturas.

¿Qué propiedad del material se mide con la prueba de dureza de Rockwell y cómo se realiza?

La prueba de dureza de Rockwell mide la dureza de un material, que está relacionada con su rigidez y resistencia al flujo. La prueba consta de tres pasos: se aplica una carga menor para establecer un punto de referencia, luego se agrega una carga mayor que hace un hundimiento en el material, y finalmente se retira la carga mayor mientras se mantiene la carga inicial. La diferencia en profundidad entre el primer y tercer paso se utiliza para calcular la dureza del material.

¿Cómo puede la acero ser tratado para cambiar su dureza en diferentes áreas y por qué es útil en un sable?

El acero puede ser tratado térmicamente para ajustar su dureza en áreas específicas. Por ejemplo, en un sable, se desea que la hoja sea dura en el borde para cortar, pero el núcleo sea dúctil para poder flexionarse bajo presión sin romperse, lo que permite que el filo resista daños mientras el núcleo mantiene la integridad del arma.

Outlines

00:00

🔬 Pruebas de Tracción y Propiedades de los Materiales

Este primer párrafo introduce la importancia de entender las propiedades de los materiales y las palabras clave utilizadas para describirlas. Se mencionan seis términos fundamentales: rigidez (stiff), resistencia (strong), ductilidad (ductile), fragilidad (brittle), resistencia a la rotura (tough) y dureza (hard). Se describe el propósito de un video futuro y se invita a suscriptores a seguir un enlace para suscribirse a un segundo canal. Luego, se explica lo que es una prueba de tracción, un test fundamental en mecánica de materiales que implica separar una muestra de material hasta su falla, midiendo la fuerza y el desplazamiento. Se define el estrés y la deformación, y cómo se representan en una curva de estrés/ deformación. Se discuten conceptos como el punto de yeild, la resistencia a la tracción máxima, la deformación plástica y el punto de rotura. Además, se introducen propiedades como el módulo de Young, la resistencia a la deformación plástica y la resistencia a la tracción máxima, que son cruciales para la ingeniería y el diseño de productos.

05:00

🗡️ Propiedades de los Materiales y Aplaciones

En el segundo párrafo se exploran las propiedades de los materiales, como la dureza, la resistencia a la deformación y la capacidad de absorber energía. Se describe cómo estos atributos son importantes para aplicaciones específicas, como las espadas, que requieren una hoja dura en la parte del corte y una base más maleable para la flexibilidad. Se destaca la importancia de la dureza, relacionada con la rigidez y la resistencia a la deformación plástica. Se menciona el Rockwell Hardness Test como una forma de medir la dureza de un material. Además, se discute cómo el acero puede ser tratado térmicamente para ajustar su dureza en diferentes áreas, lo que es esencial para la fabricación de herramientas y otros objetos que requieren propiedades específicas.

Keywords

💡Material

El material es la sustancia de la que están hechos los objetos. En el vídeo, se discute cómo las propiedades de los materiales influyen en sus aplicaciones. Por ejemplo, un material duro y resistente se usaría para herramientas de corte, mientras que un material flexible y elástico podría usarse para una goma de morder.

💡Tensile Test

La prueba de tracción es una prueba fundamental en mecánica de materiales que implica separar una muestra de material mediante la aplicación de fuerza hasta su rotura. Se utiliza para generar una curva de estrés/tracción, la cual proporciona información valiosa sobre las propiedades mecánicas del material, como el punto de fluencia y la resistencia a la tracción máxima.

💡Stress/Strain Curve

La curva de estrés/tracción es una gráfica que resulta de una prueba de tracción y muestra la relación entre el estrés (fuerza aplicada) y el estrecho (cambio en la longitud del material). Este gráfico es crucial para entender la respuesta de un material a la deformación y su capacidad para recuperar su forma original o sufrir deformación permanente.

💡Young’s Modulus

El módulo de Young, también conocido como módulo de elasticidad, describe la rigidez de un material y se calcula encontrando la pendiente de la región lineal de la curva de estrés/tracción. Un material con un módulo de Young más alto es más rígido y menos propenso a deformarse bajo presión.

💡Yield Strength

La resistencia al fluencia es el punto en la curva de estrés/tracción donde el material comienza a sufrir deformación permanente. Este punto es crucial para los ingenieros al diseñar estructuras, ya que se utiliza para determinar el estrés máximo seguro que un material puede soportar sin deformarse de manera permanente.

💡Ultimate Tensile Strength

La resistencia a la tracción máxima es el punto más alto en la curva de estrés/tracción y representa la máxima cantidad de estrés que un material puede soportar antes de romperse. Es una propiedad importante al diseñar componentes que deben soportar grandes tensiones.

💡Ductility

La ductilidad es la capacidad de un material para deformarse bajo presión sin romperse. Los materiales dutíles, como el acero de primavera, pueden absorber y liberar energía sin deformarse permanentemente, lo que los hace ideales para usos como resortes.

💡Brittle

Un material frágil es aquel que se rompe con muy poca deformación. Los materiales frágiles, como el vidrio y la cerámica, no pueden absorber mucha energía antes de romperse, lo que los hace menos adecuados para aplicaciones donde se espere un impacto o una carga repentina.

💡Hardness

La dureza de un material se refiere a su capacidad para resistir rayas, arañazos y desgastes. Se mide a menudo mediante la prueba de dureza de Rockwell, donde un indentador presiona el material y se mide la profundidad de la impresión resultante. Los materiales duros, como el diamante, son ideales para herramientas de corte.

💡Necking

El encogimiento es un fenómeno que ocurre en una muestra de material durante una prueba de tracción cuando el área transversal del material disminuye significativamente en una región, generalmente cerca del punto de rotura. Este efecto reduce aún más la resistencia del material a la rotura.

💡Safety Factor

El factor de seguridad es una medida utilizada por los ingenieros para determinar el estrés máximo que un material puede soportar de manera segura en un diseño. Se calcula dividiendo la resistencia al fluencia o la resistencia a la tracción máxima entre el factor de seguridad. Los factores de seguridad varían entre industrias dependiendo del riesgo tolerado.

Highlights

El video aborda temas diferentes a los habituales, centrándose en las propiedades de los materiales y los términos utilizados para describirlas.

Se espera que el espectador comprenda seis palabras clave para describir materiales: stiff (rígido), strong (fuerte), ductile (dúctil), brittle (frágil), tough (resistente) y hard (duro).

Los materiales se pueden describir y entender mejor en función de sus aplicaciones utilizando estos términos.

Se anuncia un canal secundario para futuras publicaciones de videos más técnicos.

Se explica qué es una prueba de tracción y su importancia en la mecánica de materiales.

La prueba de tracción proporciona una curva de estrés/tracción, útil para medir la relación entre fuerza y deformación.

Se define el estrés y la deformación, y cómo se representan en los ejes Y y X del gráfico.

La deformación elástica y la deformación plástica se describen con respecto a la curva de estrés/tracción.

El punto de yegua y la resistencia a la tracción máxima son conceptos clave en la curva de estrés/tracción.

La Young’s Modulus, o módulo elástico, describe la rigidez del material y se calcula por la pendiente de la región lineal.

La resistencia al yegua y la resistencia a la tracción máxima son propiedades importantes utilizadas en la ingeniería para la planificación de seguridad.

Los materiales tough y ductile son capaces de absorber mucha energía sin romperse y deformarse bajo presión.

Spring steel es un ejemplo de un material tough y ductile, adecuado para la fabricación de resortes.

Los materiales brittle se rompen con poca deformación, y se pueden identificar por su superficie de fractura.

La embrittlezamiento de los materiales a temperaturas bajas fue un problema en la Segunda Guerra Mundial, como en el caso de los barcos Liberty.

La dureza de un material está relacionada con su rigidez y resistencia al yegua, y describe la facilidad para abollar, rayar o desgastar el material.

El test de dureza de Rockwell es una forma de medir la dureza de un material.

El acero puede ser tratado térmicamente para ajustar su dureza en diferentes áreas, lo que es útil en la fabricación de espadas.

Se agradece el patrocinio de Lumerit, una nueva forma de obtener una educación universitaria rápida y económica.

Lumerit ofrece la posibilidad de completar hasta 3 años de colegio por $4,000 o menos por año.

Transcripts

This video is going to bit different to my usually videos, but I want to talk about material

properties and the words that we use to describe them, this is information you are going to

need to fully understand future videos.

By the end of this video I want you to understand 6 key words we use to describe material.

These are stiff, strong, ductile, brittle, tough and hard.

With this words you will be able to describe pretty much any material and better understand

why certain materials are used in different applications.

More technical videos like this will be uploaded to my second channel from now on, which you

can subscribe to by following this link.

First we are going to learn what a tensile test is.

A tensile test is a fundamental test in material mechanics.

It’s performed by pulling a sample of material apart until failure, while measuring the force

and displacement.

It provides us with something called a stress/strain curve.

In this scenario the stress is defined by the force applied to the test sample divided

by the cross-sectional area.

This gives us units of Newtons per metre squared, which you may recognise as the metric unit

for pressure Pascals.

Stress goes on the Y-Axis.

Strain describes how much deformation has occurred with that applied force and it is

found by dividing the change in length by the original length.

This is placed this on the x axis.

Let’s watch this test again and see what information we can get from the stress/strain

graph.

As the stress rises the material begins to deform, this initial linear region is elastic

deformation.

That means that if we remove the force the material will regain its original shape, think

of how a rubber band can be deform hugely and still come back to it’s original shape.

The end of this linear elastic deformation is marked by the yield point, from here out

any additional stress will cause permanent deformation.

This is called plastic deformation.

The stress continues to rise until it hits the ultimate tensile strength point.

This is the ultimate strength of the material, the most stress it can handle.

From here less stress is needed as the material begins to decrease in cross section, which

you can see happening here, this is called necking.

This continues until the material fractures.

We can get a lot of really useful information from this graph, the first is Young’s Modulus,

otherwise known as the elastic modulus.

This describes how stiff the material is and it is obtained by finding the slope of this

linear region.

A steeper slope means a stiffer material, for example a high carbon steel may look like

this.

Whereas a flexible material with a low Young’s modulus, like rubber would look like this.

This graph is not to scale, but it should give you an idea of how this information is

represented.

Young’s modulus is one of the most used properties in engineering as we can use it

to predict deflection in a huge range of scenarios.

Yield strength and ultimate tensile strength are two other important properties.

An engineer will divide the yield or ultimate strength by the safety factor to achieve the

max allowable stress, which is used to influence the design of the product.

Usually engineers will aim to keep the max possible stress well below failure, but safety

factors differ between industries.

So we have seen a stiff material and a flexible material.

Now let’s look at a material in between, this material can be described as tough and

ductile.

Tough simple means the material can absorb a lot of energy without breaking.

The area under the graph here defines how much energy is absorbed.

Ductile means it deforms under pressure.

The two previous materials could also be considered ductile.

Spring steel is a tough and ductile material, with a high yield strength, which is why it

is used in springs.

Springs need to absorb and release energy without permanently deforming.

The opposite of ductile is brittle.

A brittle material is a material that breaks with very little deformation.

Glass, ceramics and cast iron all fall into this category.

You can actually tell if a material is brittle or ductile by examining the fracture surface

after they have broken.

A ductile material will have this characteristic cup and cone fracture surface, whereas a brittle

fractures have granular flat looking fracture surfaces.

Some materials can go from ductile to brittle when their temperature is lowered.

This was actually a massive problem during world war two with the liberty ship.

Several of these ships literally broke in half with no warning, including the SS John

P. Gaines, which broke in half in the frigid waters of the bering sea.

It was later discovered that the grade of steel being used became brittle at lower temperatures.

This problem was made worse by stress concentration at the hatches, which you learned about in

my first video “Why are plane windows round”.

This embrittlement is also thought to have also contributed to the fracture of the Titanic's

hull.

The final material property I want to talk about is hardness.

It is directly related to the stiffness and yield strength of the material.

But it is used to describe how difficult it is to dent, scratch and abrade materials.

One way this material property is measured is with the rockwell hardness test.

This test involves three steps, first a minor load is applied to the material by an indenter.

This establishes a zero point.

For the second step a major load is then added which indents the material and for the final

step the major load is removed while maintaining the initial load.

The difference in depth between the first and third step is then used to calculate the

hardness of the material.

Diamond is a very hard material, which is why it is used in cutting tools.

One of fantastic properties of steel is it’s ability to be heat treated to have it’s

hardness tailored in different areas.

For example with swords you want your cutting edge to be hard, but the core of the blade

to be ductile.

This means the sword can bend under pressure without breaking, while the cutting edge can

resist damage.

As always thanks for watching.

I wouldn’t have the opportunity to make videos like this without Sponsors like Lumerit.

Lumerit is a new way to get college done quickly, from the University or Collage you choose,

for a lot less money.

I was lucky enough to get an education in Ireland for pretty much free, but this is

not a luxury many people have.

In the US the cost of getting a higher degree from a University is prohibitively expensive,

and the Lumerit Scholar program is out to change that.

Whether you are aspiring to go to college or are already there.

Lumerit can allow you to complete up to 3 years of college for $4,000 dollars or less

per year and allow you to take classes from anywhere in the world.

How's it work?

A Lumerit counselor will help you plan out your college path, getting credits from schools

that are guaranteed to transfer to your target school.

Go to lumeritscholar.com/realengineering to see how much you can save with Lumerit Scholar.

They will email you and give a personalised consultation to help you save thousands on

your education.