Propiedades de Materiales: Tenacidad, Resiliencia, Aleaciones y Tratamientos

Tenacidad y Fragilidad

Tenacidad: Es la energía que un material puede absorber antes de romperse. Un cuerpo es tenaz cuando opone mucha resistencia a la rotura, soportando grandes deformaciones.

Fragilidad: Es lo contrario a la tenacidad. Un material es frágil cuando su rotura se produce de repente o sin deformación previa.

Resiliencia y Fatiga

Resiliencia: Es la energía absorbida por unidad de superficie para la rotura por impacto.

Fatiga: Es el fenómeno por el cual se produce la rotura de un material bajo cargas dinámicas cíclicas, normalmente con esfuerzos inferiores a su carga de rotura estática. El esfuerzo es variable y se repite un número de veces.

Acero y sus Aleaciones

Acero: Es una aleación de hierro y carbono que puede contener otros elementos. El carbono, entre 0.05% y 2%, es esencial, siendo el hierro el elemento predominante.

Efecto del Carbono: A mayor porcentaje de carbono, mayor resistencia y dureza, pero también mayor fragilidad, menor ductilidad y peor resistencia al choque. Ofrece buena resistencia al desgaste y tracción.

Elementos de Aleación en el Acero

• Azufre: Se encuentra en aceros como impureza. Facilita el mecanizado, pero disminuye la resistencia.
• Cobalto: Se usa en aceros rápidos para herramientas, aumentando la dureza.
• Cromo: Forma carburos muy duros, confiriendo al hierro mayor dureza, resistencia y tenacidad a cualquier temperatura.
• Magnesio: Su adición aumenta la templabilidad y resistencia al desgaste.
• Molibdeno: Junto con el carbono, es el elemento más eficaz para endurecer el acero, evitando la fragilidad.
• Níquel: Aumenta la resistencia de los aceros, la templabilidad y proporciona gran resistencia a la corrosión.
• Tungsteno: Proporciona aceros rápidos que triplican la velocidad de corte de los aceros al carbono para herramientas.
• Vanadio: Proporciona buena resistencia a la fatiga y tracción, y poder cortante en aceros para herramientas.

Características Mecánicas de la Fundición

Ofrecen buenas características mecánicas, resistencia al desgaste, tracción y a la corrosión en comparación con los aceros al carbono.

Bronces y Latones

Bronces

Son aleaciones de cobre y estaño. Se clasifican en:

• Bronces ordinarios: Aleaciones con estaño.
• Bronces especiales: Se añaden otros elementos para lograr propiedades específicas.

Latones

Son aleaciones de cobre y cinc. Se clasifican en:

• Latones ordinarios: Cobre y cinc.
• Latones especiales: Cobre, cinc y otros elementos para lograr propiedades específicas.

Aleaciones Ligeras y Ultraligeras

Aleaciones Ligeras

Tienen cada vez más aplicaciones en el mundo industrial debido a su bajo peso específico (⅔ del acero). El elemento base es el aluminio, que tiene alta resistencia y resistencia a la corrosión.

Aleaciones Ultraligeras

El elemento base es el magnesio. Son ⅓ más ligeras que las aleaciones de aluminio. Presentan buenas propiedades mecánicas, pero los costes de producción y fabricación son elevados.

Aleaciones Antifricción

Son aleaciones muy resistentes al desgaste, con coeficientes de rozamiento y fusión bajos. Los metales más empleados son: estaño, plomo, cadmio, aluminio y cobre.

Plásticos

Importancia: Presentan una gran variedad de propiedades, algunas inalcanzables por otros materiales. En la mayoría de los casos, son relativamente de bajo coste.

Ventajas de los Plásticos

• Posibilidad de eliminar piezas.
• Eliminación de muchas operaciones de acabado.
• Reducción de peso.
• Reducción de ruido.
• Eliminación de la necesidad de lubricación en algunas piezas.

Termoplásticos vs. Termoestables

Termoplásticos: Necesitan calor para deformarse y, tras enfriarse, mantienen la forma moldeada. Pueden calentarse y volver a moldearse varias veces sin cambios significativos en sus propiedades.

Termoestables: Adquieren una forma permanente. No pueden ser refundidos ni remodelados en otra forma, y no se pueden reciclar.

Tratamientos de Metales

Tipos de Tratamientos

Existen cuatro tipos principales: termoquímicos, térmicos, mecánicos y superficiales.

Tratamientos Térmicos

Operan mediante calentamiento y enfriamiento más o menos rápido, con el objetivo de conseguir cambios en la estructura cristalina, fundamentalmente en el tamaño de grano, sin modificar la composición química.

Tipos de Tratamientos Térmicos

• Temple: Calentamiento hasta una temperatura superior a la de austenización (800-925 °C), seguido de un enfriamiento rápido.
• Revenido: Elimina tensiones internas producidas durante el temple, mejorando la tenacidad y reduciendo la dureza.
• Normalizado: Se aplica a piezas que han sufrido deformación en caliente o frío, enfriamientos irregulares o sobrecalentamiento. Elimina tratamientos térmicos previos.
• Recocido: Calentamiento del material hasta una temperatura determinada, manteniéndolo a dicha temperatura durante un tiempo determinado, para enfriarlo lentamente.

Tratamientos Termoquímicos

Modifican la composición química de la superficie del metal. Las variables controladas son la temperatura, el tiempo y la composición química.

Tipos de Tratamientos Termoquímicos

• Cementación: Añade carbono a la superficie del metal para aumentar la fuerza superficial y la dureza.
• Nitruración: Produce durezas entre 650 HV y 1000 HV.
• Cianuración: Endurecimiento superficial de la pieza mediante una atmósfera mezclada de carbono y nitrógeno.
• Sulfinización: Produce una pequeña capa superficial de azufre, nitrógeno y carbono.

Tratamientos Mecánicos

Son procesos en los que, mediante la acción conjunta de energía mecánica y térmica, se producen deformaciones permanentes en el metal por encima del límite de fluencia. Afectan a propiedades como la elasticidad, tenacidad, plasticidad y dureza.

Clasificación de Tratamientos Mecánicos

• En frío: Aumenta la dureza y fragilidad.
• En caliente: Grano más fino, materiales más blandos y dúctiles, con ausencia de tensiones residuales.

Tratamientos Superficiales

Modifican la superficie de los metales sin variar la composición química másica.

Tratamientos Superficiales Comunes

• Cromado.
• Metalización.