PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Fragilidad: es la tendencia a la rotura de un material sin deformación apreciable.

Ductilidad: Es la capacidad de un material para deformarse en forma permanente antes de la

rotura. La ductilidad es contraria a la fragilidad. Sin que haya una línea divisoria entre ellas, se

emplean como índices los porcentajes: de alargamiento y reducción de área.

(1.1) 0

0%L

LLL i (1.2)

i

i

A

AAA

0%

Donde:

%L = Porcentaje alargamiento %A = Porcentaje reducción Área

Ai = Área Bajo carga final Ao = Área original

Li = Longitud bajo carga final Lo = Longitud original

Si %L > 5% ó %A > 20% Dúctil

Si %L < 5% ó %A < 20% Frágil

Elasticidad: Es la capacidad de un material para recuperar su forma original al suprimir el

esfuerzo causante de la deformación.

Plasticidad: Es la propiedad de un material que le permite una gran deformación antes de causar

la rotura, sin recuperar su forma original al suprimir el esfuerzo que lo deforma.

Tenacidad: Es la capacidad de un material para soportar grandes esfuerzos. Suele tomarse como

la energía requerida por unidad de volumen para partir en dos una probeta de ensayo.

Dureza: Es la resistencia que ofrece un material para ser penetrado localmente. Es una propiedad

muy importante porque proporciona información acerca del estado del metal.

Los métodos más usados para determinar la dureza son el Brinell y Rockwell aunque los métodos

de Vickers y de microdureza Knoop también tienen aceptación. Existe además el método del

escleroscopio Shore. Todos estos método, con exepción de el escleroscopio, consisten en

presionar con una pieza bastante dura, durante un tiempo determinado, sobre la superficie del

material que se ensaya. Finalmente se aplica una fórmula en función de la carga y la indentación

para hallar el valor de la dureza. La importancia de la dureza Brinell es su relación directa con la

resistencia última a la tensión, en kpsi, de los aceros (HB = 2.Sut).

Brinell: 10 segundos una bola de acero de d = 10 mm.

Carga P = 3000 Kgf acero

Carga P = 500 Kgf metales blandos

Rockwell: Utiliza una esfera de acero de diferentes diámetros y un cono de diamente. Cada uno

de ellos con diferentes cargas.

El escreroscopio Shore consiste en dejar caer un martillo sobre el material ensayado, y en función

de la altura que alcance éste, depués del rebote, se obtiene el valor de la dureza con el apoyo de

una tabla.

Ensayo a la Tracción

Para conocer las cargas que pueden soportar los materiales, se efectúan ensayos para medir su

comportamiento en distintas situaciones. El ensayo destructivo más importante es el ensayo de

tracción, en el que se coloca una probeta en una máquina de ensayo provista de dos mordazas,

una fija y otra móvil. Se procede a medir la carga mientras se aplica el desplazamiento de la

mordaza móvil. Un esquema de la máquina de ensayo de tracción se muestra en la Figura 1.1.

Figura 1.1. Máquina de ensayo de tracción Figura 1.2. Probeta antes y después del ensayo

La máquina de ensayo impone la deformación desplazando el cabezal móvil a una velocidad

elegible. La celda de carga conectada a la mordaza fija entrega una señal que representa la carga

aplicada, las máquinas poseen un dibujante mecánico que grafica en un eje el desplazamiento y

en el otro eje la carga leída.

La figura 1.2, muestra la forma de la probeta al inicio, al momento de llegar a la carga máxima y

luego de la rotura.

La Figura 1.3 muestra el diagrama típico (esfuerzo-deformación) obtenido en una máquina de

ensayo de tracción para un acero.

Figura 1.3. Diagrama Esfuerzo-Deformación

La gráfica inicialmente está definida por una línea recta (zona elástica), en donde la probeta se

comporta literalmente como un resorte, es decir, la probeta se deforma de manera uniforme ante

la carga aplicada y si esta se suprime, la probeta regresa a su longitud inicial. La zona elástica

inicia en el origen y termina en el punto p (punto de proporcionalidad), hasta el cual se cumple la

ley de Hooke:

(1.3) .E donde: : Esfuerzo normal

E: módulo de elasticidad

: deformación

Después de alcanzar el punto p, existe una pequeña zona, todavía elástica, que se desvía

ligeramente de la línea de proporcionalidad hasta alcanzar el punto E (punto de elasticidad), en la

cual ya no se cumple la ley de Hooke. A partir de la zona elástica, el material comienza a

deformarse de forma permanente, es decir, si se suprime la carga, la probeta no retorna a su

tamaño original. Por definición se ha alcanzado la zona plástica del ensayo de tracción. Casi al

inicio de la zona elástica, existe un punto, en el cual el material comienza a deformarse de forma

considerable sin el aumento correspondiente de carga, denominado punto de cedencia o fluencia

(yield point). La resistencia en ese punto se designa como Sy, resistencia a la fluencia.

Luego de la fluencia, la gráfica continúa con un ascenso lento en el esfuerzo, pero significativo

en la deformación, hasta llegar a un punto máximo, denominado esfuerzo máximo máx , ó, de

forma más común, esfuerzo último a la tensión, designado como Sut. La probeta se alarga en

forma permanente hasta la rotura.

El área bajo la curva Esfuerzo–Deformación ( vs ) representa la energía disipada durante el

ensayo, es decir la cantidad de energía que la probeta alcanzó a resistir. A mayor energía, el

material es más tenaz.

Figura 1.4. Método de corrimiento Off.Set para calcular límite de fluencia.

Finalmente, si la curva ( vs ) del material no presenta claramente dónde termina la zona

elástica y comienza la zona plástica, se define como punto de fluencia al esfuerzo

correspondiente a una deformación permanente del 0,2%. La figura 1.4., ilustra lo anterior,

mostrando el método de corrimiento Off-Set, para hallar de forma gráfica el límite de fluencia

para una deformación permanente de 0,2%.

Para obtener un diagrama esfuerzo-deformación, como el mostrado en la figura 1.4, se requiere

aplicar una serie de ecuaciones en las cuales intervienen los datos tomados en laboratorio, los

cuales se ordenan como en la tabla 1.1. Estas ecuaciones se presentan a continuación,

especificando su aplicación en cada columna de la tabla.

Tabla 1.1. Parámetros Requeridos para Elaborar el diagrama esfuerzo-deformación

Datos de Laboratorio Columna

Pi = carga aplicada a la probeta (variable durante el ensayo) 1

lo = longitud calibrada original 2

li = longitud calibrada bajo carga (varía por efecto del ensayo) 2

do = diámetro calibrado original 3

di = diámetro bajo carga Pi (varía por efecto del ensayo) 3

Cálculos

Ao = área transversal original 4

Ai = área transversal bajo la carga Pi 4

= esfuerzo normal – (Ingeniería) 5

= esfuerzo normal – (Verdaderos) 7

= deformación (ingeniería – sin estricción) 6

= deformación (ingeniería – con estricción) 6

= deformación (verdaderos – sin estricción) 8

= deformación (verdaderos – con estricción) 8

(1.4) 4

. 2doAo

(1.5)

4

. 2diAi

(1.6)

Ao

P (1.7)

Ai

P

Ingeniería:

(1.8) lo

loli (Hasta segunda variación del área), luego: (1.9)

Ai

AiAo

Verdaderos:

(1.10)

lo

liLn (Hasta segunda variación del área), luego: (1.11)

Ai

AoLn

Elaboración de diagrama esfuerzo deformación a partir de datos de un ensayo a tracción

El diagrama esfuerzo-deformación se utiliza para observar el comportamiento del material que se

somete al ensayo a tracción ante las diferentes cargas a las que es sometido a través del tiempo,

en la que se grafica por el eje de las abscisas las deformaciones lineales (in/in ó mm/mm) y por el

eje de las ordenadas los esfuerzos (kgf/cm2, N/mm

2, psi ó kpsi). Para comprender mejor este

comentario, viene bien desarrollar en clase el siguiente ejercicio 1.1 y para la casa como taller el

1.2.

Ejercicio 1.1: Elaborar el diagrama esfuerzo-deformación para el titanio recocido A-40, cuyos

datos de laboratorio se presentan en la tabla 1.2.

Ejercicio 1.2: Elaborar el diagrama esfuerzo-deformación para un acero, cuyos datos hipotéticos

se presentan en la tabla 1.3. Este ejercicio debe entregarse como taller, sin falta y sin retraso para

el día martes de la semana 4 del semestre 2013-II, en la sesión de clase correspondiente.

Tabla 1.2.

Tabla 1.3.

PROCESOS DE MANUFACTURA

FUNDICIÓN EN ARENA

Este método es un proceso básico de bajo costo y se presta para la producción económica

en grandes cantidades con prácticamente ningún límite en lo referente al tamaño, forma o

complejidad de la parte o pieza producida.

En el colado en arena, el vaciado se hace vertiendo el metal derretido en moldes hechos

con arena. Un patrón, construido de metal o madera, se usa para formar la cavidad en la cual se

vaciará el metal fundido.

PATRÓN

MOLDE DE ARENA Y ARCILLA

VACIADO FUNDICIÓN PIEZA FABRICADA

Figura 1.5. Proceso esquemático de la fundición en arena

MOLDEOS EN CASCARÓN

Se emplea un metal calentado, generalmente hecho en hierro colado, aluminio o latón, en

cual se coloca en una máquina de moldear que contiene una mezcla de arena seca y resina

termoestable. El patrón caliente funde el plástico, el cual, junto con la arena, forma una cubierta o

cascarón aproximadamente de 5 a 10 mm de espesor alrededor del modelo. La cubierta se hornea

luego para endurecerla, durante corto tiempo, mientras está aun en el modelo. Luego se

desprende del patrón y se almacena para su uso posterior en el colado o fundición.

En el siguiente paso, los cascarones se ensamblan mediante abrazaderas, tornillos o

pegamento; se colocan en un material de respaldo, como perdigón de acero, y el metal fundido se

vierte en la cavidad. La delgada cubierta permite que el calor sea conducido fácilmente hacia el

exterior, de modo que ocurre la solidificación rápida. A medida que esta tiene lugar, la unión de

plástico se quema y el molde se colapsa. La permeabilidad del material de respaldo permite que

los gases escapen y que la pieza moldeada se enfríe al aire. Todo esto ayuda a obtener un

elemento de grano fino y libre de esfuerzos residuales.

PATRÓN

MOLDE DE ARENA Y RESINA TERMOFRAGUADA

PIEZA

FABRICADA

Figura 1.6. Proceso esquemático del moldeo en cascarón

FUNDICIÓN DE MOLDE PERDIDO

Se fabrica un modelo que puede hacerse de cera, plástico, mercurio solidificado u otro

material. Una vez elaborado el molde, el patrón se funde. Por lo tanto, es necesario un sistema

mecanizado para obtener un gran número de moldes o patrones. El material del molde depende

del punto de fusión del metal de fundición. Así, un molde de yeso puede servir para algunos

materiales, en tanto que otros requerirán un molde de cerámica. Después de que el patrón se

funde, el molde se hornea; cuando termina este proceso, el metal fundido puede verterse en él y

dejarse enfriar.

Si ha de elaborarse un cierto número de piezas, entonces pueden ser apropiados moldes

metálicos o permanentes. Tales moldes tienen la ventaja de que las superficies son tersas,

brillantes y exactas, de modo que se requiere poco o ningún maquinado. La fundición en molde

de metal se conoce también como colado en matriz y vaciado en centrífugo.

PATRÓN

Q

MOLDE DE ARENA Y RESINA TERMOFRAGUADA

VACIADO FUNDICIÓN PIEZA FABRICADA

Figura 1.7. Proceso esquemático de la fundición de molde perdido.

PROCESO PULVIMETALÚRGICO

El proceso de pulvimetalurgia es un método de producción en masa que usa material

pulverizado proveniente de un metal único, de varios metales o de una mezcla de metales y no

metales. Consiste esencialmente en mezclar los polvos en forma mecánica, compactándolos en

matrices o dados a altas presiones, y calentando luego la pieza compactada a una temperatura

menor que el punto de fusión del ingrediente principal. Las partículas quedan aglomeradas en una

sola pieza fuerte similar a la que se obtendría fundiendo los mismos ingredientes. Las ventajas

son: 1) eliminación de fragmento o material de desecho, 2) eliminación de las operaciones de

maquinado, 3) bajo costo por unidad cuando se produce en masa y 4) control exacto de la

composición. Algunas de las desventajas son: 1) alto costo de las matrices, 2) bajo valor de las

propiedades físicas, 3) costo más alto de los materiales, 4) limitaciones en el diseño y 5) variedad

limitada de los materiales que pueden usarse. Piezas que se producen comúnmente por este

proceso son los cojinetes impregnados en aceite, filamentos para lámparas incandescentes, puntas

de carburo cementado para herramientas de cortes e imanes permanentes.

VARIOS TIPOS DE METALES

MATRIZ

F

LINGOTE FABRICADO

Figura 1.8. Proceso esquemático de la fundición de molde perdido.

PROCESOS DE TRABAJO EN CALIENTE

Son aquellos procesos como laminado o rolado en caliente, forja, extrusión en caliente y

prensado en caliente, en los cuales el metal se caldea en el grado suficiente para que alcance una

condición plástica y fácil de trabajar.

El laminado en caliente se usa por lo general para obtener una barra de material con forma

y dimensiones particulares.

El extrusionado es el proceso por el cual se aplica una gran presión a un lingote metálico

caliente, haciendo que fluya en estado plástico a través de un orificio restringido. Este proceso se

restringe necesariamente a materiales de bajo punto de fusión, como aluminio, cobre, magnesio,

plomo, estaño y zinc.

La forja es el trabajo en caliente de metales mediante martinetes, prensas o máquinas de

forja. En común con otros procesos de labrado en caliente, la forja produce una estructura de

grano refinado que da por resultado una mayor resistencia y ductilidad. Comparadas con las

piezas de fundición, las piezas forjadas tienen mayor resistencia por el mismo peso. Además, las

piezas obtenidas por forja de golpe pueden ser más lisas y más exactas que las de colado en

arena, mediante un mayor maquinado. Sin embargo, el costo inicial de las matrices de forja

generalmente es mayor que el de los modelos de fundición. Aunque es la resistencia unitaria y no

el costo, por lo común, el factor de decisión entre estos dos procesos.

PROCESOS DE TRABAJO EN FRIO

El trabajo o labrado en frío significa la conformación de un metal a baja temperatura (por

lo general, la temperatura del ambiente). En contraste con las piezas producidas por trabajo en

caliente, las que se labran en frío tienen un acabado nuevo brillante, son más exactas y requieren

menos maquinado.

Las barras terminadas en frío se producen por rolado, estirado, torneado, esmerilado y

pulimentado. El rolado se emplea ahora, principalmente en la producción de tiras anchas, placas y

láminas. Prácticamente todas las barras acabadas en frío se hacen por estirado, pero se les sigue

llamando de manera errónea "barras roladas en frío". En el proceso de estirado, las barras roladas

en caliente se limpian primero quitándoles la incrustación y luego se estiran por tracción a través

de un dado que reduce el tamaño aproximadamente en 1/32 a 1/16 de pulgada. Este proceso no

elimina material de la barra, sino que solo la "encoge " o "moldea" al tamaño. Muchas formas

diferentes de barras laminadas o roladas en caliente pueden ser empleadas para el estirado en frío.

El rolado y el estirado en frío tienen el mismo efecto sobre las propiedades mecánicas. El proceso

de trabajo no frío no cambia el tamaño del grano, sino simplemente lo distorsiona. El labrado en

frío da por resultado un gran incremento en la resistencia de la fluencia, acrecienta la resistencia

última y la dureza, y disminuye la ductilidad.

El recalcado es un proceso de trabajo en frío en el cual el metal se acumula por impactos. Esta

operación permite obtener una amplia variedad de formas y se usa para formar tornillos y

remaches. El roscado por laminación es un proceso para obtener una rosca o filete por

compresión y rolado de una pieza base entre dos matrices conformadas. El rechazado o repujado

es la operación para conformar material laminar de forma circular, alrededor de una forma

rotatoria. Estampado es el término que se emplea para describir operaciones de troquelado como

siluetado, acuñado, conformado y estirado poco profundo.

ALEACIONES DE HIERRO

Aceros: aleación hierro-carbono < 2%

Hierro forjado: contiene 0.02% carbono (fácil de trabajar caliente ideal para elaborar piezas

forjadas e intrincadas).

Hipoeutectoides: 0.02% a 0.8% carbono (alta ductilidad frío y caliente).

Hipereutectoides: 0.8 a 2% carbono (alta resistencia, dureza y resistencia al desgaste).

Aceros Aleados:

Cromo: Origina formación carburos cromo y refina estructura de grano. Aumenta tenacidad y

dureza.

Níquel: Produce mejor núcleo. Mejora Sy y Sut sin reducir ductilidad.

Manganeso: Disuelve ferrita y forma carburo cromo.

Silicio: Desoxidante. Material frágil y estabiliza carburos.

Molibdeno: Se usa con otros elementos de aleación. forma carburos y disuelve la ferrita. alta

tenacidad.

Vanadio: forma carburos y tamaño fino de granos. Acero para herramientas.

Tungsteno: produce estructura fina y densa. Aumenta tenacidad y dureza conservándola aun al

rojo vivo.

Hierros: aleación hierro-carbono > 2%

Hierro fundido blanco (contiene 2-4% carbono (3 - 3.5))

- gran contenido carburo de hierro

- no contiene grafito

- frágil y duro

- resistente al desgaste

- no puede trabajarse en caliente

Hierro fundido gris (contiene 2-4% carbono y elementos grafitizantes. (Si)

- contiene grafito en forma de hojuelas

- baja ductilidad

- fácil maquinado frío o caliente

Hierro dúctil (contiene 3.5-4% carbono y elementos grafitizantes. (Si))

- contiene grafito en forma de esferas

- gran ductilidad

- permite el maquinado frío o caliente

Hierro maleable (contiene 2-3% carbono)

Es el hierro fundido blanco tratado térmicamente convirtiendo el carburo de hierro en nódulos de

grafito más hierro.

- contiene grafito en forma de esferas

- gran ductilidad

- permite el maquinado frío o caliente

TRATAMIENTOS TÉRMICOS DEL ACERO

El tratamiento térmico se refiere a acciones con las que se interrumpe o varía el proceso

de transformación descrito por el diagrama de equilibrio. Otras operaciones químicas se agrupan

algunas veces bajo el nombre de tratamiento térmico. Las operaciones comunes de tratamiento

son: recocido, templado, revenido y templado superficial.

Recocido: Cuando un material se somete a trabajo en frío o en caliente, se inducen esfuerzos

remanentes o residuales y, además, el material generalmente adquiere una gran dureza debida a

estas operaciones de labrado. Tales acciones cambian la estructura del material, de modo que ya

no queda representada por el diagrama de equilibrio. El recocido es una operación de

calentamiento que permite que se transforme el material de acuerdo con el diagrama de

equilibrio. El material por recocer se calienta a una temperatura que está aproximadamente a

55ºC sobre la temperatura crítica. Se mantiene esta temperatura por un tiempo suficiente para que

el carbono se disuelva y difunda a través del material. El objeto tratado se deja enfriar luego

lentamente, por lo general en el mismo horno en el que fue tratado. Si la transformación es

completa, se dice entonces que se tiene un recocido total. El recocido se emplea para suavizar un

material y hacerlo más dúctil, para eliminar esfuerzos remanente y para refinar la estructura del

grano.

Normalizado: Las piezas que han de normalizarse pueden ser calentadas a una temperatura un

poco más alta que la del recocido total. Esto produce una estructura granular más gruesa, que es

más fácilmente maquinada si el material es un acero de bajo carbono. En el proceso de

normalizado la pieza se enfría en aire tranquilo a la temperatura del ambiente. Puesto que este

enfriamiento es más rápido que el lento que se usa en el recocido total, se dispone de menos

tiempo para el equilibrio y el material queda más duro que el acero totalmente recocido. El

normalizado se utiliza con frecuencia como la operación de tratamiento final de un acero. El

enfriamiento de aire tranquilo equivale a un templado (endurecimiento) lento.

Templado: El acero eutectoide que se recuece totalmente consiste por completo en perlita, que se

obtiene a partir de la austenita en condiciones de equilibrio. Un acero hipoeutectoide totalmente

recocido consistirá en perlita más ferrita, en tanto que un acero hipereutectoide en la condición de

recocido total consistiría en perlita más cementita. La dureza del acero con un determinado

contenido de carbono depende de la estructura que reemplaza a la perlita cuando no se realiza el

recocido total.

La ausencia de tal recocido indica una intensidad más rápida de enfriamiento. La rapidez de

enfriamiento es el factor que determina la dureza. Una rapidez de enfriamiento controlada en un

material caldeado constituye el proceso que recibe el nombre de templado. Un temple

(endurecimiento) ligero se obtiene por enfriamiento en aire quieto que, como ya se ha visto, es el

que se obtiene en el proceso de normalizado. Las dos sustancias más utilizadas para templar son

el agua y el aceite. El templado en aceite es un proceso muy lento, pero evita las grietas de temple

que se originan por la expansión rápida del objeto que se trata. El templado en agua se emplea en

aceros al carbono y para aceros de baja aleación y de mediano carbono.

La eficacia del endurecimiento depende del hecho de que cuando la austenita se enfría no se

transforma instantáneamente e perlita, sino que se requiere tiempo para iniciar y completar el

proceso. Puesto que la transformación cesa aproximadamente a 425 ºC, esto puede ser evitado

enfriando de manera rápida el material a una temperatura menor. Cuando el material es enfriado

rápidamente hasta 200 ºC o menos, la austenita se transforma en una estructura llamada

martensita. Esta es una solución sólida sobresaturada de carbono en ferrita, y es la clase de acero

más dura y resistente.

Si el acero es enfriado en forma rápida hasta una temperatura entre 200 ºC y 425 ºC, y se

mantiene ahí por un tiempo suficientemente largo, la austenita se transforma en un material que

por lo general se llama bainita. Esta es una estructura intermedia entre la perlita y la martensita.

Aunque hay varias estructuras que pueden identificarse entre las temperaturas dadas,

dependiendo de la temperatura que se use, se conocen colectivamente como vainita. Mediante la

elección de esta temperatura de transformación se puede obtener casi cualquier variedad de

estructura. Tales variantes van desde la perlita gruesa hasta la martensita fina.

Revenido: Cuando una probeta de acero ha sido endurecida totalmente resulta ser dura y frágil en

extremos y con esfuerzos remanentes altos. El acero queda inestable y tiende a contraerse al

envejecer. Esta tendencia aumenta cuando la probeta se somete a cargas aplicadas exteriormente

debido a que los esfuerzos resultantes contribuyen aun más a la inestabilidad. Dichos procesos

internos pueden ser eliminados por un proceso de calentamiento ligero llamado de alivio de

esfuerzos, o por una combinación de alivio de esfuerzo y suavizado que se denomina revenido.

Después de que la probeta ha sido endurecida totalmente por el templado desde arriba de la

temperatura crítica, se recalienta a una temperatura inferior a la crítica durante cierto tiempo y

luego se deja enfriar a aire tranquilo. La temperatura a la cual se le recalienta depende de la

composición y del grado de dureza o de tenacidad que se deseen. Esta operación de

recalentamiento libera el carbono retenido en la martensita, formando cristales de carburo. La

estructura obtenida recibe el nombre de martensita revenida.

Templado Superficial:

El objeto de esta acción de endurecimiento es producir una corteza (o superficie exterior) dura en

una probeta o una pieza de acero de bajo carbono, reteniendo al mismo tiempo la ductilidad y la

tenacidad en el núcleo. Esto se logra aumentando el contenido de carbono en la superficie, es

decir, carburizándola. Pueden utilizarse carburizantes o gaseosos. El proceso consiste en

introducir la pieza por carburizar en el seno de un material carburizante durante un tiempo a

temperatura establecida, dependiente del espesor de la corteza dura que se desee y de la

composición de la pieza. Esta última puede ser luego templada directamente desde la temperatura

de carburizado, y revenida, o bien en algunos casos debe ser sometida a un tratamiento térmico

doble a fin de asegurar que el núcleo y la corteza estén en las condiciones apropiadas. Algunos de

los procesos más útiles de templado superficial son los que se denominan carburizados en

paquetes o en gas, nitrurizado, cianurizado, endurecimiento por inducción y endurecimiento a la

flama.

SISTEMAS DE DESIGNACIÓN NUMÉRICA

La SAE (Society of Automotive Engineers) fue la primera organización técnica que respondió a

la necesidad de establecer un método de designación numérica para los aceros y estableció un

sistema. Posteriormente el AISI (American Iron and Steel Institute) adoptó un sistema similar. En

1975 la SAE publicó el UNS (Unified Numbering System for Metals and Alloys), el cual es un

sistema con referencias interrelacionadas para otras especificaciones de materiales, empleando

prefijos literales para designar el material:

G Aceros al carbono y de aleación S Aceros inoxidables

A Aleaciones de aluminio C Aleaciones a base de cobre

Otro sistema utilizado para hierro fundido es el de la ASTM (American Society for Testing and

Materials), el cual se basa en la resistencia a la tensión. ejemplo: el ASTM 30 es un hierro

fundido cuya resistencia a la tensión es 30 kpsi.

Para el acero, los dos números que siguen al prefijo literal indican la composición, excluyendo el

contenido de carbono.

G10 Acero al carbono simple G46 Acero al níquel-molibdeno

G11 Acero al carbono (corte libre) G48 Acero al níquel-molibdeno

G50 Acero al cromo G51 Acero al cromo

G13 Acero al manganeso G52 Acero al cromo

G23 Acero al níquel G61 Acero al cromo-vanadio

G25 Acero al níquel G86 Acero al cromo-níquel-molibdeno

G31 Acero al níquel-cromo G87 Acero al níquel-molibdeno

G33 Acero al níquel-cromo G92 Acero al manganeso-silicio

G40 Acero al molibdeno G94 Acero al níquel-cromo-molibdeno

G41 Acero al cromo-molibdeno G43 Acero al níquel-cromo-molibdeno

El segundo par de números indica el contenido aproximado de carbono (centésimos de 1%).

ejemplo: el G8720 es un acero al níquel-molibdeno con un contenido aproximado de carbono de

0.2%.

Los aceros inoxidables tienen una designación similar. difiere en el prefijo s, indicando los

números siguientes el tipo de aleación.

Para aluminio, el prefijo es la letra a. el primer número después del literal indica el

procesamiento. el segundo número indica el grupo de aleación. el tercer número indica el límite

de impurezas y los dos últimos señalan tipos de aleaciones especiales.

A0 aleación fundida A9 aleación forjada

Aluminio con pureza 99% AX1XXX

Aleaciones con Cobre AX2XXX

Aleaciones con Manganeso AX3XXX

Aleaciones con Silicio AX4XXX

Aleaciones con Magnesio AX5XXX

Aleaciones con Magnesio y Silicio AX6XXX

Aleaciones con Zinc AX7XXX

Para el bronce y el magnesio se tiene una designación similar al de los metales señalados

anteriormente.

CÍRCULO DE MOHR

Figura 1.9.a. Esfuerzos combinados triaxiales. Figura 1.9.b. Esfuerzos combinados biaxiales..

(1.12) 2

2

212

, XYYXmáx

(1.13)

máxYX

2

212

,

Figura 1.10. Círculo de Mohr.

TEORÍAS DE FALLA

Esfuerzo Normal Máximo:

La falla se produce siempre que el mayor esfuerzo principal sea igual a la resistencia de fluencia,

o a la resistencia última del material.

Si en un estado de esfuerzo triaxial se tiene que: 321

La falla se produce siempre que: Sy1 Sut1

Esta teoría expresa que sólo el mayor esfuerzo

principal predice falla. Tal predicción no concuerda

con los datos experimentales. Sólo los puntos

ubicados en el I y el III cuadrante se clasifican como

seguros, pero no los puntos ubicados en el II y IV

cuadrante. Ver figura 1.11.

(1.14) 1

Syn (1.15)

1

Sutn

Figura 1.11. Representación gráfica de la teoría del esfuerzo normal máximo.

Esfuerzo Cortante Máximo

Se inicia la fluencia siempre que en cualquier elemento el esfuerzo cortante máximo se vuelva

igual al esfuerzo cortante máximo en una probeta a tensión, cuando este espécimen empieza a

ceder.

Si en un estado de esfuerzo triaxial se tiene que: 321

La fluencia se produce siempre que: (1.16) 2

Symáx

Esta teoría es fácil de emplear y siempre da predicciones

seguras con respecto a los resultados de ensayos. se utiliza

únicamente para predecir la fluencia y, por lo tanto, sólo se

aplica a los materiales dúctiles. Ver figura 1.12.

1.17) Tmáx

Syn

.2

Figura 1.12. Representación gráfica de la teoría del esfuerzo cortante máximo.

Energía de la Distorsión:

La fluencia se producirá siempre que la energía de distorsión en una unidad de volumen sea igual

a la energía de la distorsión en el mismo volumen cuando se le someta a esfuerzo uniaxial hasta

el valor de la resistencia de fluencia.

Si en un estado de esfuerzo triaxial se tiene que: 321

La fluencia se produce siempre que: Sy' ' = Esfuerzo de Von Misses

Esta teoría siempre da predicciones seguras con

respecto a los resultados de ensayos. es la más precisa

a la hora de analizar el ¿por qué? de la falla de una

pieza. Ver figura 1.13.

(1.18) '

Syn

Figura 1.13. Representación gráfica de la teoría de la energía de la distorsión.

Comparación de las tres Teorías de Esfuerzo:

En la figura 1.14, puede observarse el

contraste de las tres teorías de falla, la cual

revela, para la teoría del esfuerzo normal

máximo, inseguridad en las partes superior

del cuadrante IV y la parte inferior del

cuadrante II. También se observa la elipse

inclinada que establece la zona de

seguridad de la teoría de la energía de la

distorsión y su correspondencia con los

resultados experimentales. Por último, la

rigidez de la teoría del esfuerzo cortante

máximo, que aunque muy segura por su

correspondencia con los resultados

experimentales, su aplicación se limita sólo

a materiales dúctiles.

Figura 1.14. Representación gráfica de las tres teorías de falla.