Caracterización Mecánica de Materiales: Pruebas Fundamentales y Tratamientos Térmicos

A continuación, se detallan los principales ensayos utilizados para determinar las propiedades mecánicas de los materiales, así como tratamientos térmicos esenciales para modificar su microestructura y rendimiento.

Ensayos Mecánicos Fundamentales

Estos ensayos son cruciales para comprender cómo se comportará un material bajo diferentes condiciones de carga y solicitación.

1. Ensayo de Tracción

Consiste en estirar una probeta (pieza del material a utilizar con una longitud y sección normalizadas) hasta que se produce su fractura. Posteriormente, se analizan los alargamientos producidos a medida que aumenta la fuerza aplicada. Este ensayo permite determinar el límite elástico, la resistencia máxima a la tracción y la ductilidad del material.

2. Ensayo de Fatiga

Este ensayo consiste en hacer girar rápidamente una probeta normalizada del material a analizar, al mismo tiempo que se somete a una deformación cíclica (flexión) debido a una fuerza $F$. Al número de revoluciones que ha girado antes de romperse se le denomina límite de fatiga. Este valor indica la capacidad del material para soportar cargas repetidas.

3. Ensayo de Dureza

Consiste en ejercer una determinada fuerza con un indentador (generalmente un diamante o una bola de acero) sobre la pieza a analizar. Se mide el tamaño de la huella dejada, y luego se aplica una fórmula para calcular el grado de dureza. Las escalas más importantes son la de Brinell y la de Rockwell.

4. Ensayo de Resiliencia (Impacto)

Este ensayo determina la energía necesaria para romper una probeta normalizada del material mediante un impacto. Se utiliza un péndulo (Péndulo de Charpy) que lleva una velocidad de entre 5 y 7 m/s. Para calcular esta energía, se anota la altura a la que se suelta (que representa la energía potencial inicial). Después de romper la probeta, la energía sobrante hará ascender el péndulo hasta una nueva altura, determinando el ángulo $\beta$ y, por ende, la energía absorbida.

Tratamientos Térmicos Modificadores

Los tratamientos térmicos alteran la microestructura del material, modificando significativamente sus propiedades mecánicas.

Temple

El temple consiste en un enfriamiento brusco del material calentado previamente. Si se sigue la curva de enfriamiento 1, esta corresponderá al exterior de la pieza, mientras que el interior se enfriará un poco más lentamente (curva 2). El resultado es una pieza muy dura, ya que toda la austenita se ha transformado en martensita.

• La parte externa de la pieza obtiene una martensita más dura que la del interior.
• Cuanto más a la izquierda se desplacen los puntos $a-b$ y $a-b'$, mayor dureza se obtendrá.
• Se obtendrá martensita mientras la curva de enfriamiento cruce la zona azulada de la figura (correspondiente a la transformación).

Revenido

El revenido es un tratamiento térmico complementario al temple. Su objetivo principal es aumentar la tenacidad, disminuyendo la fragilidad y la dureza excesiva del metal previamente templado.

El constituyente obtenido tras el revenido es martensita de grano grueso (considerada la martensita más blanda de todas las formadas).