¿Cuál es la diferencia entre Fuerza, Rigidez y Dureza?
Fuerza
La fuerza es una medida de la resistencia de un material a la deformación permanente o rotura completa bajo tensión. Los materiales fuertes son capaces de resistir fuertes impactos y pueden absorber y distribuir grandes cantidades de energía sin romperse. La flexibilidad de un material no se refleja negativamente en su resistencia, ya que incluso los materiales más flexibles que resisten la rotura son técnicamente muy fuertes, sin ser particularmente resistentes.
En los metales, la resistencia se puede aumentar de varias formas. El enfriamiento se puede realizar para apretar y fortalecer la estructura cristalina de un metal, y el templado se puede usar para eliminar cualquier tensión debilitante dentro del metal. El templado se utiliza a menudo para eliminar las tensiones causadas durante el templado. Los componentes como los tornillos de cabeza hueca de acero endurecido 12.9 están templados y revenidos para obtener propiedades mecánicas óptimas.
La resistencia se mide de varias maneras: dos de las medidas más comunes son la resistencia a la tracción y el límite elástico:
- Límite elástico: la cantidad de fuerza que un material puede soportar cuando se tira de lados opuestos sin sufrir una deformación permanente.
- Resistencia a la tracción: la cantidad de fuerza que un material puede soportar cuando se tira de lados opuestos sin romperse por completo. También conocida como resistencia última a la tracción.
Rigidez
La rigidez, también llamada rigidez, es una medida de la elasticidad y representa la resistencia de un material a la deformación permanente. La rigidez está estrechamente relacionada con la resistencia, pero se diferencia en que los materiales quebradizos pueden ser rígidos, pero no fuertes, y los metales maleables más blandos, como el plomo, pueden ser fuertes, pero no rígidos. La rigidez es la resistencia de un material a la flexión, mientras que la fuerza es la resistencia de un material a la rotura.
La rigidez se mide encontrando el módulo de Young de un material en particular. El módulo de Young se mide dividiendo la tensión que actúa sobre un material por la deformación que sufre.
Dureza
La dureza es la resistencia de un material a la deformación superficial. Las superficies más duras están sujetas a mayores tensiones internas y tienen una tendencia a aumentar su fragilidad, a menudo confiando en material interno no endurecido para su resistencia estructural. Dado que la dureza es solo una resistencia a la deformación de la superficie, a menudo solo se mejora a nivel de la superficie, ya que los tratamientos que aumentan significativamente la dureza del núcleo también pueden causar fragilidad. La dureza a menudo se puede alterar fácilmente mediante tratamientos superficiales como el endurecimiento por cementación o el enchapado.
La dureza se mide en una variedad de formas diferentes. Uno de los métodos más comunes es por indentación (calculo de dureza), que calcula la fuerza requerida para dejar una marca indentada sobre la superficie del material. Hay varios tipos de probadores de dureza disponibles para medir frente a una gama de escalas de dureza:
- Escala Brinell: la primera prueba de dureza estandarizada. Utiliza un indentador esférico relativamente grande que puede medir superficies irregulares.
- Escala Rockwell: utiliza un indentador cónico o esférico. Menos destructivo y más rápido que la escala Brinell.
- Escala Vickers: utiliza un indentador piramidal de base cuadrada para una lectura de alta precisión.
- Escala de durómetro Shore: utiliza una variedad de formas de indentador para diferentes durezas. A menudo se utiliza para cauchos y plásticos.
Relación entre resistencia, rigidez y dureza.
La resistencia, la rigidez y la dureza son consideraciones importantes al elegir el material ideal para una aplicación. Los diversos beneficios de cada atributo deben considerarse cuidadosamente para cada aplicación, ya que un rasgo a menudo tiene el costo de otro, y los materiales que rompen esta regla, como el diamante, son raros y, a menudo, increíblemente valiosos por esa misma razón.
Por ejemplo, el vidrio, un material notablemente delicado, es un favorito improbable en ciertas aplicaciones de corte de alto rendimiento. La enorme dureza de la superficie del vidrio permite mecanizarlo con una punta mucho más afilada y más dura que las alternativas de metal, lo que lo convierte en un material favorable en aplicaciones donde sus aspectos positivos superan a sus negativos y donde la resistencia no es el único factor a tener en cuenta. Estos puntos súper afilados, que son típicos de la extrema dureza de la superficie del vidrio, también son la razón por la cual el vidrio crea fragmentos tan peligrosos cuando se rompe. Los bisturíes de vidrio volcánico duro (pero muy quebradizo) ahora se utilizan en algunas de las aplicaciones más exigentes, como la microcirugía, donde las herramientas de metal más blandas (pero más fuertes) no cortan tan limpiamente los tejidos blandos.