Propiedades Mecánicas de los Materiales
Concepto de Tenacidad y Fragilidad
Tenacidad es la propiedad mecánica que define la capacidad de un material para absorber energía antes de romperse. Es contraria a la fragilidad, que se refiere a la facilidad con la que un material se rompe sin deformación plástica significativa.
Otras Propiedades Mecánicas Importantes
- Resiliencia: Resistencia a la rotura por impacto o choque.
- Ductibilidad: Capacidad de un material para deformarse plásticamente sin romperse, permitiendo su reducción a alambres e hilos.
- Módulo de Elasticidad: Mide la rigidez de un material y permanece constante para un mismo material.
- Alargamiento de Rotura: Expresado en porcentaje, indica la deformación total que un material puede soportar antes de romperse.
- Límite Elástico: Esfuerzo máximo que un material puede soportar sin sufrir deformación permanente.
- Maleabilidad: Capacidad de un material para ser deformado en láminas delgadas sin romperse.
- Fluencia: Deformación lenta y espontánea de un material bajo carga constante.
Dureza y Resistencia
La dureza es la resistencia que opone un material a ser rayado o penetrado por otro. La resistencia a la rotura es la carga máxima por unidad de superficie que un material puede soportar antes de romperse.
Propiedades Físicas
- Conductividad Eléctrica: Capacidad de un material para transmitir la corriente eléctrica.
- Fusibilidad: Capacidad de un material para pasar del estado sólido al líquido.
- Dilatabilidad: Propiedad de los cuerpos de aumentar su volumen con la temperatura.
- Temperatura de Fusión: Temperatura a la que un material cambia del estado sólido al líquido.
- Conductividad Térmica: Capacidad de un material para conducir el calor.
- Calor Específico: Cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de material en un grado Celsius.
Tratamientos Térmicos de los Aceros
Calentamiento y Transformación de la Estructura
El primer paso en los tratamientos térmicos es el calentamiento del material. Al alcanzar la temperatura de transformación, el tamaño de grano del material disminuye y se mantiene constante incluso si se mantiene la temperatura durante un tiempo prolongado.
Efectos de los Elementos de Aleación
El molibdeno mejora las propiedades mecánicas del acero, facilita la penetración del temple y aumenta la resistencia a la temperatura y a la corrosión.
Objetivos de los Tratamientos Térmicos
Los tratamientos térmicos se utilizan para modificar la microestructura del acero y mejorar sus propiedades mecánicas. Algunos objetivos específicos incluyen:
- Aumentar la dureza y resistencia.
- Mejorar la ductilidad y tenacidad.
- Eliminar tensiones internas.
- Mejorar la maquinabilidad.
Es importante destacar que los tratamientos térmicos no buscan conseguir una estructura heterogénea en el material.
Temple y Recocido
El temple es un tratamiento térmico que consiste en calentar el acero a una temperatura superior a la crítica y luego enfriarlo rápidamente. Esto produce una estructura martensítica, que es muy dura y resistente. El recocido, por otro lado, consiste en calentar el acero a una temperatura superior a la crítica y luego enfriarlo lentamente. Esto produce una estructura más blanda y dúctil, eliminando tensiones internas y la acritud producida por la conformación en frío.
Normalizado
El normalizado es un tratamiento térmico similar al recocido, pero con un enfriamiento al aire en lugar de un enfriamiento lento en el horno. Esto produce una estructura más fina y uniforme que el recocido.
Tratamientos Termoquímicos
Los tratamientos termoquímicos, como la cementación y la nitruración, modifican la composición química superficial del acero para mejorar sus propiedades superficiales, como la dureza y la resistencia al desgaste.
Diagrama Hierro-Carbono
El diagrama hierro-carbono, también conocido como diagrama de equilibrio, muestra cómo cambia la estructura del acero y las fundiciones en función del porcentaje de carbono y la temperatura. Es una herramienta fundamental para comprender los tratamientos térmicos y las propiedades de los aceros.
Componentes Estructurales del Acero
- Austenita: Solución sólida de carbono en hierro gamma, estable a altas temperaturas.
- Perlita: Mezcla laminar de ferrita y cementita, formada durante el enfriamiento lento del acero.
- Cementita: Carburo de hierro (Fe3C), el constituyente más duro de los aceros.
- Ferrita: Hierro alfa, con baja concentración de carbono.
Efectos de los Elementos en el Acero
El carbono aumenta la dureza y resistencia del acero, mientras que el azufre perjudica las propiedades mecánicas.
Otros Tratamientos
Existen otros tratamientos térmicos, como el recocido isotérmico, el martempering y la sulfinización, que se utilizan para obtener propiedades específicas en el acero.
Conclusión
Los tratamientos térmicos son esenciales para optimizar las propiedades mecánicas y físicas de los materiales, especialmente los aceros. La elección del tratamiento adecuado depende de las propiedades deseadas y de la composición del material.