Propiedades Mecánicas de los Metales

Las propiedades mecánicas se refieren a la resistencia y el comportamiento que tienen los metales frente a determinadas acciones exteriores, tales como la resistencia al choque, al ser estirado o al deformarse. Las propiedades mecánicas más importantes son:

Resistencia

Es la capacidad de soportar una carga externa. Si el metal debe soportarla sin romperse, se denomina carga de rotura y puede producirse por tracción, compresión, torsión o cizallamiento.

• Resistencia a la tracción: Es el máximo esfuerzo que una probeta puede soportar antes de romperse. En el diagrama tensión-deformación, se muestra como la máxima tensión alcanzada (TS). Si se mantiene esta tensión, la probeta sufre una deformación plástica hasta llegar a la tensión de rotura. Los valores de resistencia varían entre 45-55 MPa en aluminio y 3000-3100 MPa en aceros de alta resistencia.
• Resistencia a la fluencia: Es una deformación irreversible que ocurre una vez que se supera el límite elástico, donde solo se recupera la deformación elástica, dejando una permanente. Se produce un alargamiento rápido sin cambio en la tensión aplicada. Su medición se realiza mediante el ensayo de tracción y no todos los materiales la experimentan.
• Resistencia a la fractura: Es la oposición a la separación de un cuerpo en dos o más partes al aplicar una tensión elástica.

Elasticidad

Es la propiedad que permite a un cuerpo recuperar su forma original tras ser deformado, siempre que no se exceda el límite elástico, donde las deformaciones se vuelven permanentes.

• Límite elástico: Es el esfuerzo necesario para producir una deformación plástica muy pequeña (0,002). Divide el diagrama de tracción en deformaciones elásticas y plásticas.
• Módulo elástico: Relación entre esfuerzo y deformación elástica. Mide la rigidez del material (Módulo Young, E), que para metales se encuentra entre 4.5×10⁴ MPa y 4.7×10⁴ MPa. Su expresión es: σ = Eε.

Dureza

Es la resistencia que oponen los cuerpos a ser rayados o penetrados por otros. Los metales en estado puro son relativamente blandos, pero al alearse y por medio de algún tratamiento térmico pueden adquirir durezas elevadas.

El concepto de dureza mineralógica fue establecido por primera vez por el geólogo alemán Friedrich Mohs en 1820, siendo la suya la primera de las escalas de dureza que se crearon.

Existen dos métodos simples para evaluar la dureza de un material:

• Ensayo con la escala de dureza: Consiste en rayar una probeta del material con minerales de dureza conocida, hasta que uno logre rayarlo. La dureza del material se corresponde con el número asignado al mineral que lo raya.
• Ensayo de dureza a la lima: Se utiliza exclusivamente para determinar el templado de metales. Con una lima estándar (1″ x 1/4″), se pasa sobre el metal a evaluar. Si la lima raya el metal, este no está templado y su dureza es inferior a 60 Rockwell C. Si no lo raya, el metal es templado y su dureza supera los 60 Rc.

Dureza Brinell

Se ha realizado un ensayo Brinell con un penetrador de 10 mm de diámetro (D). Sabiendo que el material ensayado tiene una constante de ensayo K = 10, el diámetro de la huella (d) obtenido es de 1,78 mm y el tiempo de ensayo 15 segundos, determinar la dureza Brinell del material.

Dureza Vickers

En el ensayo Vickers se emplea como elemento indentador una pirámide regular de diamante, de base cuadrada, cuyas caras laterales forman un ángulo de 136º. En la penetración del indentador contra la probeta, este dejará una impresión cuadrada sobre el material de la probeta, que resulta más fácil de medir (más precisa) en este tipo de ensayo.

Resistencia a la Rotura

Es la carga máxima que soporta un cuerpo al ser sometido a fuerzas externas y antes de producirse la rotura. Es muy variable en los diferentes metales y se puede aumentar con aleaciones y tratamientos térmicos.

Tenacidad

La tenacidad es la capacidad de un material para resistir esfuerzos de tracción, deformarse y estirarse sin fracturarse. Representa la energía absorbida durante su deformación y rotura, siendo mayor en materiales que se deforman significativamente antes de romperse.

Fragilidad

La fragilidad es la propiedad opuesta a la tenacidad. Los materiales frágiles no absorben energía ante choques y se rompen fácilmente al superar su límite elástico. Suelen ser duros y elásticos, pero se fracturan sin deformación significativa.

Fatiga

Cuando un material está sometido a esfuerzos variables y de sentido contrario, se dice que trabaja a fatiga. La fatiga es mayor cuando el esfuerzo que se produce cambia de sentido.

Los elementos que trabajan a fatiga se rompen al cabo de cierto número de ciclos sin llegar a estar sometidos a la carga de rotura. Las cargas son cíclicas y pueden ser de rotación, flexión o vibración.

Resiliencia

La resiliencia es la resistencia de un material al choque, medida por la energía absorbida por unidad de sección (J/m²). Está relacionada con la tenacidad y se determina mediante el ensayo Charpy, que consiste en romper una probeta con un golpe controlado usando un martillo pendular. La resiliencia depende de la geometría de la probeta, el equipo y la temperatura del ensayo.