Propiedades Mecánicas y Tratamientos Térmicos de Materiales Metálicos

Propiedades y Ensayos de Materiales

Propiedades Mecánicas

• Elasticidad: Propiedad del material para recuperar su forma original tras la eliminación de la carga.
• Dureza: Propiedad del material para resistir a ser rayado o penetrado.
• Maleabilidad: Capacidad del material para formar láminas delgadas sin romperse.
• Ductilidad: Propiedad del material para conformar hilos delgados sin romperse.
• Tenacidad: Capacidad del material para almacenar energía antes de romperse (resistencia a la propagación de grietas).
• Resistencia: Capacidad del material para soportar fuerzas aplicadas sin deformarse permanentemente o romperse.
• Fragilidad: Tendencia de un material a romperse con poca deformación plástica.
• Resiliencia: Capacidad del material a absorber energía en la zona elástica antes de la deformación permanente.

Ensayos Mecánicos

Fluencia

En muchos metales con bajo contenido en carbono, el paso de la zona elástica a la zona plástica no es lineal, sino que existe una tensión fluctuante debido a las impurezas de los materiales. Este fenómeno se conoce como fluencia.

Ensayo de Fatiga (Cargas Cíclicas)

• Fatiga sin defectos: Implica la nucleación de fisuras y el crecimiento de estas fisuras, lo que finalmente da origen a la rotura frágil.
• Fatiga en elementos con defectos: El material se somete a cargas cíclicas hasta su rotura, con los defectos existentes acelerando la propagación de grietas.

Ensayos No Destructivos

Métodos para evaluar las propiedades de un material o componente sin causar daño permanente.

• Microscópicos: Utilizando líquidos penetrantes para localizar poros y grietas superficiales.
• Ópticos: Mediante microscopio metalográfico para obtener información sobre grietas, poros y tamaño de grano.
• Magnéticos: Para detectar defectos de continuidad en materiales ferromagnéticos.
• Eléctricos: Para la detección de defectos, por ejemplo, en las vías del tren (corrientes de Eddy).
• Con Ultrasonidos: Para detectar defectos de continuidad y determinar su profundidad.
• Rayos X e Y: Obtienen radiografías que revelan cualquier irregularidad interna o externa.

Tratamientos Térmicos del Acero

Los tratamientos térmicos consisten en operaciones de calentamiento y enfriamiento a las que se someten los metales para conseguir determinados cambios en su estructura cristalina (como el tamaño del grano) sin que la composición química resulte afectada.

Tratamientos Térmicos Convencionales

Temple

Consiste en calentar el acero hasta la temperatura de austenización (aproximadamente 727 ºC para aceros eutectoides) seguido de un enfriamiento muy rápido (generalmente en agua o aceite) para obtener martensita, una estructura muy dura y frágil.

Revenido

Tratamiento complementario al temple para disminuir la acritud y aumentar la tenacidad. Se calienta el acero templado a una temperatura por debajo de la temperatura de austenización y se enfría lentamente. El resultado es martensita revenida (martensita sin acritud). La combinación de Temple + Revenido se conoce como Bonificado.

Normalizado

Calentar el acero hipoeutectoide 50 ºC por encima de A3 o en aceros hipereutectoides por encima de Acm, seguido de un enfriamiento al aire. Se obtiene una estructura de perlita + ferrita o cementita de grano fino, lo que le confiere al acero sus propiedades características. Se utiliza a menudo tras un tratamiento defectuoso o para refinar el grano.

Recocido

Calentamiento del acero hasta temperaturas similares a las del Normalizado, seguido de un enfriamiento muy lento (por ejemplo, apagando el horno). Se obtiene perlita gruesa, una estructura blanda y dúctil que es fácil de mecanizar.

Tratamientos Isotérmicos

Son tratamientos del acero en los que el enfriamiento no se realiza de forma continua, sino de forma escalonada, manteniendo el material a una temperatura intermedia durante un tiempo determinado para obtener estructuras específicas.

Martempering (Temple Escalonado)

Enfriamiento rápido hasta una temperatura entre 150-200 ºC, mantenimiento isotérmico y posterior enfriamiento lento. Reduce las tensiones internas y la distorsión en comparación con el temple convencional.

Austempering (Temple Bainítico)

Enfriamiento rápido hasta una temperatura entre 250-400 ºC, mantenimiento isotérmico en un baño de sales fundidas para transformar la austenita en bainita. Proporciona buena resistencia y tenacidad.

Patenting

Tratamiento isotérmico a temperaturas entre 510-540 ºC, a menudo realizado en un baño de plomo fundido, para obtener perlita fina. Se utiliza comúnmente en la producción de alambre de acero de alta resistencia.