Tutorial: Módulo de elasticidad del acero - Ciencia de los materiales

El acero es un material importante en la industria moderna y se utiliza para una variedad de aplicaciones. Una propiedad crucial a tener en cuenta cuando se utilizan aceros es su elasticidad. El módulo de elasticidad o módulo de Young indica cuánta tensión se necesita para lograr un cierto grado de elongación. En este artículo veremos los diferentes tipos de aceros y sus respectivos módulos elásticos.

¿Qué es el acero?

El acero se compone principalmente de hierro (Fe) y carbono (C), pero también pueden añadirse otros elementos para mejorar o adaptar sus propiedades.

La mayoría de las calidades disponibles comercialmente tienen un contenido de carbono de entre el 0,2 % y el 2 %. La composición exacta varía dependiendo del fabricante y del uso previsto del material.

Hoy en día, gracias a las tecnologías modernas y los resultados de investigaciones, se pueden producir calidades de acero con una impresionante combinación de propiedades. Estas propiedades son el resultado de la adición específica de elementos de aleación como cromo, molibdeno o níquel en determinadas proporciones.

Los elementos añadidos al acero también desempeñan un papel importante en la determinación de sus propiedades físicas y químicas. El carbono, por ejemplo, aumenta la dureza del material, mientras que el azufre lo hace quebradizo.
Además, la estructura cristalina del acero después de la deformación y su condición de tratamiento térmico también son determinantes para sus propiedades mecánicas y termodinámicas finales. Los procesos de enfriamiento o calentamiento controlados pueden lograr una condición deseada.

¿Qué grados de acero hay?

Existe una amplia gama de diferentes grados de acero, que se fabrican para diferentes propósitos. Algunos de los tipos más comunes son el acero al carbono, el acero aleado y el acero inoxidable.

Los aceros al carbono tienen un alto contenido de carbono y se utilizan a menudo para elementos de construcción como vigas o puentes. También se pueden utilizar en máquinas herramienta porque son lo suficientemente duros como para realizar cortes. Debido a su alta resistencia y dureza, los aceros al carbono son un material popular en la construcción de máquinas especiales. Son especialmente adecuados para componentes que se someten a cargas elevadas, como ruedas dentadas o ejes.

Además del hierro, los aceros aleados también contienen otros elementos como el cromo o el molibdeno. Estos aditivos mejoran la resistencia del material y su resistencia a la corrosión del agua o la humedad. En la construcción de máquinas especiales, los aceros aleados se utilizan, por ejemplo, en la producción de piezas de máquinas herramienta. En la producción de equipos especiales para minería y construcción de túneles, así como en la construcción de grúas, los aceros aleados también se utilizan a menudo.

Los aceros libres de óxido (inoxidables) se caracterizan por su alta resistencia al óxido, de ahí su nombre "libres de óxido". Esto los hace ideales para su uso al aire libre y en entornos con exposición a la humedad, como utensilios de cocina o equipos médicos. Los aceros inoxidables y libres de óxido son indispensables en la construcción de máquinas especiales. Ofrecen una alta resistencia a la corrosión, lo que es especialmente beneficioso en entornos húmedos o agresivos.

Además de estos tres tipos principales, hay muchos otros grados de acero especializados disponibles en el mercado: Los aceros de alta temperatura, por ejemplo, se utilizan en condiciones de calor extremo; los aceros eléctricos permiten una mayor eficiencia energética en transformadores eléctricos; los aceros para resortes se utilizan principalmente en la construcción de resortes.

¿Cuál es el módulo de elasticidad del acero?

¿Cómo se determina el módulo de elasticidad del acero?

El módulo de elasticidad se define por el rango lineal en el diagrama de tensión-deformación.

Con la carga uniaxial en la prueba de tracción, este rango lineal puede reconocerse fácilmente: Cuanto mayor sea la fuerza de tracción aplicada, más se expandirá el material, pero siempre de forma proporcional a la fuerza. La pendiente de esta región lineal-elástica da como resultado el módulo de elasticidad del material.

A partir de esta derivación, la Ley de Hooke se aplica con:

Módulo electrónico de diferentes tipos de acero

Es importante tener en cuenta que el módulo electrónico no sólo depende de la composición química del material, sino que también está influenciado por el proceso de fabricación y las propiedades mecánicas como la dureza o la resistencia.

Cuanto mayor sea el módulo electrónico de un grado de acero en particular, más resistentes serán las construcciones hechas con él bajo influencias de carga.