Guía Completa de Propiedades Mecánicas, Ensayos y Materiales Metálicos

Propiedades Mecánicas de los Materiales

Las propiedades mecánicas describen el comportamiento de un material cuando se somete a fuerzas o cargas. A continuación, se detallan algunas de las propiedades más importantes:

• Elasticidad: Capacidad de un material para recuperar su forma original después de ser deformado.
  • Perfectamente elástico: La deformación desaparece por completo al cesar la fuerza.
  • Parcialmente elástico: La deformación no desaparece por completo.
• Plasticidad: Capacidad de un material para conservar la deformación después de retirar la fuerza aplicada. Incluye la ductilidad y la maleabilidad.
• Resistencia a la fluencia: Fuerza necesaria para que un material no recupere su forma original al cesar el esfuerzo.
• Resistencia a la tracción: Fuerza necesaria para que un material se rompa al ser estirado.
• Resistencia a la torsión: Fuerza necesaria para romper un material al ser retorcido.
• Resistencia a la fatiga: Resistencia de un material a fallar tras ser sometido a repetidos ciclos de carga y descarga.
• Dureza: Resistencia de un material a ser rayado o penetrado.
• Fragilidad: Tendencia de un material a fracturarse sin deformación plástica significativa.
• Tenacidad: Capacidad de un material para absorber energía y deformarse plásticamente antes de fracturarse. Un material es tenaz si la rotura se produce después de una deformación plástica.
• Resiliencia o resistencia al choque: Capacidad de un material para absorber energía cuando se deforma elásticamente y liberarla al descargar.

Clasificación de los Ensayos de Materiales

Los ensayos de materiales se clasifican según diferentes criterios:

1. Según la rigurosidad del ensayo:
   1. Ensayos científicos: Realizados en laboratorios especializados, con resultados precisos y reproducibles bajo condiciones normalizadas.
   2. Ensayos tecnológicos: Realizados en fábricas para evaluar la calidad del material en condiciones de producción.
2. Según la naturaleza del ensayo:
   1. Ensayos químicos: Determinan la composición cualitativa y cuantitativa del material y su estabilidad ante la corrosión.
   2. Ensayos físicos: Cuantifican propiedades físicas como la densidad y la conductividad.
   3. Ensayos metalográficos: Utilizan microscopía para examinar la microestructura del material.
   4. Ensayos mecánicos: Determinan la resistencia del material a diferentes tipos de fuerzas.
3. Según la utilidad de la pieza después del ensayo:
   1. Ensayos destructivos: Causan daño o rotura del material.
   2. Ensayos no destructivos: No causan daño al material.
4. Según la velocidad de aplicación de los esfuerzos:
   1. Ensayos estáticos: La velocidad de aplicación de la fuerza no influye significativamente en el resultado.
   2. Ensayos dinámicos: La velocidad de aplicación de la fuerza influye en el resultado.

Ensayo de Resistencia al Impacto

Mide la resistencia al choque, evaluando la tenacidad del material de forma instantánea. Existen dos tipos principales:

• Tracción por choque: Se aplica una carga de tracción a alta velocidad (poco frecuente).
• Flexión por choque: Es el ensayo más común, como el ensayo de resiliencia o Charpy. Consiste en someter una probeta con una entalladura en forma de U o V a una carga de ruptura mediante un martillo en trayectoria circular. La energía absorbida durante la ruptura se conoce como resiliencia (KCV o KCU según la forma de la entalladura).

Materiales Metálicos

Definición y Propiedades

Los materiales metálicos son elementos químicos caracterizados por su alta conductividad eléctrica y térmica, resistencia mecánica y otras propiedades. Son sólidos a temperatura ambiente (excepto el mercurio), opacos, de alta densidad y con elevados puntos de fusión. Generalmente, no se encuentran en forma pura, sino combinados en óxidos y minerales.

• Maleabilidad: Capacidad de ser deformados en láminas delgadas mediante rodillos u otros procesos.
• Ductilidad: Capacidad de ser estirados en hilos delgados bajo tensión.
• Tenacidad: Resistencia a la fractura. Es lo contrario de la fragilidad.
• Resistencia mecánica: Capacidad de soportar esfuerzos de tracción, torsión, etc.
• Dureza: Resistencia a la penetración y al rayado, variable según el metal.

Metales Ferrosos

Son materiales que contienen hierro (Fe) como componente principal. Son económicos y pueden alearse con otros metales para mejorar sus propiedades. La clasificación según el porcentaje de carbono es:

1. Hierro dulce: Contenido de carbono menor al 0.1%. Se oxida rápidamente.
2. Aceros: Contenido de carbono entre 0.1% y 2%. Más duros, tenaces, dúctiles y maleables que el hierro dulce. Pueden soldarse.
3. Acero inoxidable: Acero con al menos 12% de cromo, lo que le confiere resistencia a la corrosión.
4. Fundiciones: Contenido de carbono entre 2% y 5%. Mayor dureza, pero menor ductilidad y tenacidad. Tienen una menor temperatura de fusión, lo que facilita la fabricación de piezas complejas.

Materiales No Ferrosos

1. Cobre: Barato, dúctil y maleable. Se suelda fácilmente. Forma una capa de óxido verde que lo protege de la corrosión. Excelente conductividad eléctrica y térmica.
2. Aluminio: Buen conductor, blando y de baja densidad (poco peso). Forma una capa de óxido (Al₂O₃) que lo protege. No es tóxico, por lo que se usa en la industria alimentaria.
3. Estaño: Blando e inoxidable. Bajo punto de fusión, utilizado en soldaduras de cobre.
4. Zinc: Resistente a la corrosión. Se utiliza en el galvanizado para proteger otros metales.
5. Titanio: Caro, utilizado en aplicaciones médicas debido a su biocompatibilidad y resistencia.

Aleaciones

• Acero: Aleación de hierro y carbono (0.008% - 1.7% de carbono).
• Acero inoxidable: Acero con 10% - 12% de cromo.
• Alnico: Aleación de cobalto, aluminio, níquel y hierro (con posibles adiciones de cobre y titanio).
• Alpaca: Aleación de zinc, cobre y níquel.
• Bronce: Aleación de cobre y estaño (3% - 20% de estaño).
• Constantán: Aleación de cobre y níquel.
• Cuproníquel: Aleación de cobre y níquel (con posibles adiciones de hierro y manganeso).
• Cuproaluminio: Aleación de cobre y aluminio.