Propiedades Mecánicas de Metales y Ensayos Fundamentales en Tecnología Industrial

Propiedades Mecánicas de los Metales

Definen el comportamiento que los metales tienen frente a determinadas acciones exteriores. Los metales poseen diversas propiedades que pueden mejorarse por la acción de ciertos tratamientos.

Propiedades Intrínsecas

• Cohesión: Propiedad a nivel microscópico, representa la resistencia de los átomos del material a separarse. La cohesión de los metales permite pequeñas separaciones de sus átomos; al aplicar fuerzas exteriores, los metales son elásticos.
• Elasticidad: Propiedad de un material de deformarse y volver a su posición original tras cesar la fuerza aplicada.
• Plasticidad: Propiedad de un material de permanecer deformado permanentemente después de que la fuerza aplicada haya sido retirada.
• Dureza: Es la resistencia de un material a ser rayado, cortado o punzado por otro material. Existe una relación directa entre dureza y tenacidad.
• Tenacidad: Capacidad de absorber energía de un impacto sin llegar a romperse.
• Fragilidad: Contrario a la tenacidad, es la incapacidad de resistir un impacto sin fracturarse.
• Fatiga: Capacidad de un material para resistir movimientos repetitivos prolongados en el tiempo.
• Resiliencia: Cantidad de energía que puede absorber por unidad de sección antes de alcanzar el punto de rotura.

Ensayos Mecánicos de los Metales

Ensayo de Tracción

Se somete a esfuerzos de tracción progresivamente crecientes, en dirección longitudinal, hasta producir la rotura de la probeta.

Diagrama de Ensayo de Tracción

Permite estudiar el alargamiento de la probeta en función de la fuerza aplicada. En este diagrama se identifican parámetros clave:

• Límite de fluencia
• Límite de tensión (o resistencia a la tracción)
• Módulo de elasticidad
• Alargamiento
• $\epsilon$ Alargamiento unitario
• Módulo de Young: Esta ley expresa la relación constante que existe entre los esfuerzos y los alargamientos unitarios en la zona elástica.

Ensayo de Compresión

Estudia el comportamiento de un material sometido a un esfuerzo de compresión progresivamente creciente.

Ensayos de Dureza

Existen diversos métodos para medir la resistencia a la indentación:

• Con lima: Basado en la resistencia al rayado.
• Brinell: Consiste en comprimir una bola de acero duro, de 10 mm de diámetro, sobre la superficie del material a ensayar durante un tiempo determinado.
• Vickers: En este ensayo el penetrador es una pirámide regular de base cuadrada, fabricada en diamante. Se utiliza para controlar durezas superiores a 500 HB, siendo apto para materiales duros.
• Rockwell: Es menos preciso que los anteriores, pero muy rápido. El penetrador puede ser una bola para materiales blandos o un cono de diamante para materiales duros.
• Shore: Mide la dureza por la altura del rebote de una pequeña pieza que se deja caer desde cierta altura.
• Poldi: Compara las huellas producidas en un patrón de dureza conocida al ser golpeada indirectamente la bola penetradora. La dureza a medir será inversamente proporcional a la magnitud de la huella dejada.

Ensayo de Resiliencia (Averigua la Tenacidad)

Máquina de Ensayo de Resiliencia

Se utiliza el péndulo Charpy. Consta de una base rígida con dos soportes verticales, unidos en la parte superior por un eje horizontal. Un brazo giratorio lleva un martillo en forma de disco, el cual golpea la probeta y produce la rotura.

Ensayo de Fatiga

Se aplica cuando las piezas están sometidas a esfuerzos que se repiten con cierta frecuencia.

• Por flexión rotativa: Una probeta cilíndrica se sujeta por un extremo giratorio, mientras que en el otro actúa un apoyo, produciendo un momento flector constante. A cada media vuelta, la tensión que resiste cada punto de una sección transversal cambia de signo entre dos valores iguales y de signo opuesto.
• Por torsión: La probeta circular se empotra por un extremo, y en el otro se le aplica un momento torso alterno.

Ensayos Tecnológicos

Averiguan si un material es apto para ser sometido al proceso industrial que se pretende realizar.

• De plegado: Al doblar la probeta se observan las grietas que aparecen. La no aparición de grietas demuestra buena plasticidad.
• De embutición: Consiste en presionar el vástago sobre la chapa hasta que se produzca la primera grieta.
• De forjabilidad: Destinado a comprobar el comportamiento de un material en las diversas operaciones de forjado.
• De soldabilidad: Sirven para estudiar las dilataciones, contracciones, puntos de fusión y velocidad de la misma, penetración e intensidad de corriente, de los materiales soldables.
• De chispas: Se comparan las chispas que emite la pieza-muestra al ser apoyadas simultáneamente en dos muelas gemelas (una con la muestra y otra con un patrón de referencia).