- Tutorial N 100 -Caractersticas mecnicas del aceroPublicidadndice de contenidos:

1- Introduccin

2- Diagrama Tensin-Deformacin

3- Lmite elstico y Resistencia a la traccin

4- Mdulo de elasticidad longitudinal o Mdulo de Young

5- Mdulo de elasticidad transversal

6- Coeficiente de Poisson

7- Estriccin

8- Resiliencia

9- Tenacidad a la fractura

10- Dureza Brinell

11- Soldabilidad

12- Resistencia al desgarro

13- Aptitud al doblado

14- Otros datos de diseo (densidad, punto de fusin, dilatacin lineal)

ANEXOS

A.1- Propiedades mecnicas de aceros estructurales segn norma europea EN

A.2- Composicin qumica de aceros estructurales segn norma europea EN

A.3- Propiedades mecnicas de aceros estructurales segn norma americana

A.4- Composicin qumica de aceros estructurales segn norma americana

DESARROLLO DEL CONTENIDO

1- IntroduccinSegn la norma UNE EN 10020:2001 define al acero como aquel material en el que el hierro es el elemento predominante, el contenido en carbono es, generalmente inferior al 2% y contiene adems a otros elementos.El lmite superior del 2% en el contenido de carbono (C) es el lmite que separa al acero de la fundicin. En general, un aumento del contenido de carbono en el acero eleva su resistencia a la traccin, pero como contrapartida incrementa su fragilidad en fro y hace que disminuya la tenacidad y la ductilidad. En funcin de este porcentaje, los aceros se pueden clasificar de la siguiente manera:Publicidad-Aceros dulce: Cuando el porcentaje de carbono es del 0,25% mximo. Estos aceros tienen una resistencia ltima de rotura en el rango de 48-55 kg/mm2y una dureza Brinell en el entorno de 135-160 HB. Son aceros que presentan una buena soldabilidad aplicando la tcnica adecuada.Aplicaciones: Piezas de resistencia media de buena tenacidad, deformacin en fro, embuticin, plegado, herrajes, etc.-Aceros semidulce: El porcentaje de carbono est en el entorno del 0,35%. Tiene una resistencia ltima a la rotura de 55-62 kg/mm2y una dureza Brinell de 150-170 HB. Estos aceros bajo un tratamiento trmico por templado pueden alcanzar una resistencia mecnica de hasta 80 kg/mm2y una dureza de 215-245 HB.Aplicaciones: Ejes, elementos de maquinaria, piezas resistentes y tenaces, pernos, tornillos, herrajes.-Aceros semiduro: Si el porcentaje de carbono es del 0,45%. Tienen una resistencia a la rotura de 62-70 kg/mm2y una dureza de 280 HB. Despus de someterlos a un tratamiento de templado su resistencia mecnica puede aumentar hasta alcanzar los 90 kg/mm2.Aplicaciones: Ejes y elementos de mquinas, piezas bastante resistentes, cilindros de motores de explosin, transmisiones, etc.-Aceros duro: El porcentaje de carbono es del 0,55%. Tienen una resistencia mecnica de 70-75 kg/mm2, y una dureza Brinell de 200-220 HB. Bajo un tratamiento de templado estos aceros pueden alcanzar un valor de resistencia de 100 kg/mm2y una dureza de 275-300 HB.Aplicaciones: Ejes, transmisiones, tensores y piezas regularmente cargadas y de espesores no muy elevados.2- Diagrama Tensin-DeformacinEl diagrama tensin-deformacin resulta de la representacin grfica del ensayo de traccin, normalizado en UNE-EN 10002-1, y que consiste en someter a una probeta de acero normalizada a un esfuerzo creciente de traccin segn su eje hasta la rotura de la misma. El ensayo de traccin permite el clculo de diversas propiedades mecnicas del acero.La probeta de acero empleada en el ensayo consiste en una pieza cilndrica cuyas dimensiones guardan la siguiente relacin de proporcionalidad:L0= 5.65xS0

Donde L0es la longitud inicial, S0es la seccin inicial y D0es el dimetro inicial de la probeta. Para llevar a cabo el ensayo de traccin, las anteriores variables pueden tomar los siguientes valores:D0= 20 mm, L0= 100 mm, o bien,D0= 10 mm, L0= 50 mm.

El ensayo comienza aplicando gradualmente la fuerza de traccin a la probeta, lo cual provoca que el recorrido inicial en la grfica discurra por la lnea recta que une el origen de coordenadas con el punto A.Hasta llegar al punto A se conserva una proporcionalidad entre la tensin alcanzada y el alargamiento unitario producido en la pieza. Es lo que se conoce como Ley de Hooke, que relaciona linealmente tensiones con las deformaciones a travs del modulo de elasticidad E, constante para cada material que en el caso de los aceros y fundiciones vale aproximadamente 2.100.000 Kg/cm2.Novedad Legislativa:Instruccin de Acero Estructural (EAE).

Accede a la versin completa de la nueva Instruccin de Acero Estructural (EAE)Otra particularidad de este tramo es que al cesar la solicitacin sobre la pieza, sta recupera su longitud inicial. Es decir, se comporta de manera elstica, y el punto A se denomina Lmite de Proporcionalidad.Pasado el punto A y hasta llegar al punto B, los alargamiento producidos incluso crecen de manera ms rpida con la tensin, y se cumple que al cesar la carga, la pieza recupera de nuevo su geometra inicial, es decir, se sigue comportando elsticamente. El punto B marca el lmite a este comportamiento, y por ello al punto B se le denomina Lmite Elstico.Traspasado el punto B el material pasa a comportarse de manera plstica, es decir, que no recupera su longitud inicial, quedando una deformacin remanente al cesar la carga. De esta manera, el proceso de descarga se realiza siguiendo la trayectoria segn la lnea punteada mostrada del diagrama tensin-deformacin, que como se ve, corta al eje de deformaciones, L/L0, a una cierta distancia del origen, que se corresponde con la deformacin remanente que queda. Concretamente, el punto B o Lmite Elstico es aquel que le corresponde una deformacin remanente del 0.2%.Si se sigue aplicando carga se llega al punto identificado en la grfica como C, donde a partir de aqu y hasta el punto D, las deformaciones crecen de manera rpida mientras que la carga flucta entre dos valores, llamados lmites de fluencia, superior e inferior. Este nuevo estadio, denominado de fluencia, es caracterstico exclusivamente de los aceros dctiles, no apareciendo en los aceros endurecidos.Ms all del punto de fluencia D es necesario seguir aplicando un aumento de la carga para conseguir un pronunciado aumento del alargamiento. Entramos ya en la zona de las grandes deformaciones plsticas hasta alcanzar el punto F, donde la carga alcanza su valor mximo, lo que dividida por el rea inicial de la probeta proporciona la tensin mxima de rotura o resistencia a la traccin.A partir del punto E tiene lugar el fenmeno de estriccin de la probeta, consistente en una reduccin de la seccin en la zona de la rotura, y el responsable del periodo de bajada del diagrama, dado que al reducirse el valor de la seccin real, el valor de la carga aplicado a partir del punto E tambin se va reduciendo hasta alcanzar el punto F de rotura.3- Lmite elstico y Resistencia a la traccinLa determinacin de las propiedades mecnicas en el acero, como el lmite elstico (fy), la resistencia a traccin (fu), as como de otras caractersticas mecnicas del acero como el Mdulo de Elasticidad (E), o el alargamiento mximo que se produce en la rotura, se efectuar mediante el anteriormente definido ensayo de traccin normalizado en la UNE-EN 10002-1.El valor de la tensin ltima o resistencia a la traccin se calcula a partir de este ensayo, y se define como el cociente entre la carga mxima que ha provocado el fallo a rotura del material por traccin y la superficie de la seccin transversal inicial de la probeta, mientras que el lmite elstico marca el umbral que, una vez se ha superado, el material trabaja bajo un comportamiento plstico y deformaciones remanente.En la seccin ANEXOS de este tutorial se pueden consultar los valores del lmite elstico y la resistencia a traccin para las distintas calidades de aceros segn las normativas europea y americana.Se adjunta tabla con los valores de la resistencia a la traccin, as como del lmite elstico y dureza, segn la norma americana AISI:

A continuacin, en estas otras tablas se recogen tambin las especificaciones correspondientes al lmite elstico (fy) y resistencia a traccin (fu) para los distintos tipos de acero segn se indican en la Instruccin de Acero Estructural (EAE) espaola. Aceros no aleados laminados en caliente:Lmite elstico mnimo y Resistencia a traccin (N/mm2)

TipoEspesor nominal de la pieza, t (mm)

t 4040 < t 80

Lmite elstico,fyResistencia a traccin,fuLmite elstico,fyResistencia a traccin,fu

S 235235360