Fundamentos de la Resistencia de Materiales: Propiedades Mecánicas y Ensayos Esenciales

Propiedades Mecánicas Fundamentales

Elasticidad

Es la propiedad de un cuerpo, deformado por fuerzas externas, que recobra su forma al cesar estas fuerzas. Los metales tienen ciertos límites elásticos; si son sobrepasados, las deformaciones son permanentes.

Plasticidad

Es la capacidad de los cuerpos para adquirir deformaciones permanentes sin llegar a la rotura.

Ductilidad y Maleabilidad

• Ductilidad: Capacidad de estirarse en hilos.
• Maleabilidad: Capacidad de estirarse en láminas.

Dureza

Resistencia que oponen los cuerpos a ser rayados o penetrados por otro. Es directamente proporcional a su cohesión atómica.

Tenacidad

Material que opone gran resistencia a la rotura cuando actúan sobre él fuerzas externas. En las pruebas de choque, absorben mucha energía antes de romper y resisten grandes deformaciones.

Fragilidad

Es lo contrario a la tenacidad. Un material frágil tiene poca resistencia al choque, carece de periodo plástico, y los límites de elasticidad y rotura son muy próximos. Ejemplo: vidrio.

Fatiga

Es la capacidad de resistencia a esfuerzos repetitivos. Los elementos mecánicos sometidos a fatiga terminan rompiéndose, aunque la carga sea inferior al límite de rotura.

Resiliencia

Es la energía que absorbe una probeta por unidad de sección antes de romperse. Depende de la tenacidad: a mayor tenacidad, mayor resiliencia.

Ensayos Mecánicos de Materiales

Ensayo de Tracción

Es el más importante y el más empleado. Se realiza con probetas normalizadas, sometidas a esfuerzos de tracción crecientes hasta su rotura.

Diagrama de Ensayo de Tracción

A partir de él se pueden obtener las características elásticas y mecánicas del metal. El más representativo es el del acero extrasuave (sin elementos de aleación y con poco carbono).

Límite de Elasticidad

Es la tensión máxima que un material puede soportar sin sufrir deformaciones permanentes. Si se aplican tensiones superiores al límite, las deformaciones serán permanentes y el material no recupera su forma original.

Carga Unitaria de Rotura

Es la máxima aplicada durante el ensayo. La tensión de rotura o carga se expresa en kg/mm² o kg/cm².

Alargamiento

Es la longitud que aumenta la probeta hasta llegar a romperse.

• $l_0$: Longitud inicial.
• $l_u$: Longitud de la probeta estirada en el momento de la rotura.

El alargamiento unitario es la relación que existe entre el alargamiento de la probeta y la longitud inicial.

Módulo de Elasticidad (E)

Hace referencia a la Ley de Hooke. Expresa la relación constante que existe entre los esfuerzos y el alargamiento unitario, y cuyo valor se expresa con la letra E.

Otros Ensayos de Esfuerzo

Ensayo de Compresión

Estudia el comportamiento de un material sometido a un esfuerzo de compresión progresivamente creciente hasta conseguir la rotura o aplastamiento.

Ensayo de Cizalladura

Determina el comportamiento de un material sometido a un esfuerzo cortante hasta conseguir la rotura. A este ensayo se someten las chavetas, remaches y tornillos.

La Chaveta

Pieza de sección rectangular, cuadrada o semicircular (chaveta Woodruff). Se inserta entre dos elementos solidarios entre sí para evitar el desplazamiento de una pieza con otra. El hueco donde va la chaveta se llama chavetero.

Ensayo de Punzonado

Este ensayo se realiza con cualquier máquina universal de ensayo, utilizando los accesorios adecuados.

Ensayos de Dureza

Ensayo Brinell

Adecuado para materiales blandos y semiduros. Consiste en comprimir una bola de acero duro de 10 mm de diámetro sobre el material de ensayo, durante un tiempo determinado.

Existen 3 tipos:

• HB
• HBS (Bola de acero duro)
• HBW (Bola de metal duro, Widia)

Ensayo Vickers

El penetrador es una pirámide regular de base cuadrada de diamante cuyas caras laterales forman un ángulo de 136°. Su empleo es aconsejable cuando la dureza es superior a 500 HB. Se puede usar para materiales duros y blandos.

Ventajas:

• Los espesores de las piezas pueden ser muy pequeños.
• La huella es pequeña y fácil de medir.
• Las caras de ensayo son muy pequeñas.

Ensayo Rockwell

Es el más rápido de todos los ensayos, aunque este sistema es menos preciso. El penetrador es una bola para materiales blandos (HRB) o un cono de diamante de 120° para materiales duros.

Ensayos Dinámicos y de Fatiga

Ensayo Dinámico de Choque

Es la energía absorbida por una probeta de determinadas dimensiones al ser rota de un solo golpe. Es muy importante para la fabricación de piezas que están sometidas a esfuerzos dinámicos.

Dimensiones típicas de la probeta: 55 x 10 x 10 x 2 mm.

Ensayo de Fatiga

Ocurre cuando la pieza está sometida a esfuerzos que se repiten. Las piezas pueden romperse con cargas inferiores a la de rotura, incluso por debajo de la zona elástica.