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Técnicas Experimentales en Metalurgia (Área Ingeniería <strong>de</strong> Materiales) Unidad Temática Nº 7<br />
Unidad temática nº 7: Ensayos Mecánicos<br />
7.1.: Propieda<strong>de</strong>s mecánicas<br />
TÉCNICAS EXPERIMENTALES EN METALURGIA<br />
Los <strong>materiales</strong> se seleccionan para diversas aplicaciones y componentes a<strong>de</strong>cuando las propieda<strong>de</strong>s <strong>de</strong>l<br />
material a las condiciones funcionales requeridas por el componente. El primer paso en el proceso <strong>de</strong> selección<br />
requiere que se analice la aplicación para <strong>de</strong>terminar las características más importantes que <strong>de</strong>be poseer el<br />
material. ¿Debe ser el material resistente, rígido o dúctil? ¿Estará sometido a la aplicación <strong>de</strong> una gran fuerza, o a<br />
una fuerza súbita intensa, a un gran esfuerzo, a elevada temperatura o a condiciones <strong>de</strong> abrasión? Una vez<br />
<strong>de</strong>terminadas las propieda<strong>de</strong>s requeridas se selecciona el material apropiado usando datos que se encuentran en<br />
los manuales. Sin embargo, se <strong>de</strong>be saber cómo se obtienen las propieda<strong>de</strong>s listadas en los manuales, saber qué<br />
significan y darse cuenta que resultan <strong>de</strong> pruebas i<strong>de</strong>ales que pue<strong>de</strong>n no aplicarse con exactitud a casos reales <strong>de</strong><br />
la ingeniería.<br />
En esta unidad se estudiarán diversos <strong>ensayo</strong>s que se utilizan para medir cómo se comporta un material<br />
al aplicarle una fuerza. Los resultados <strong>de</strong> estas pruebas constituyen las propieda<strong>de</strong>s mecánicas <strong>de</strong>l material.<br />
7.2.: Ensayos <strong>de</strong> dureza<br />
Es difícil <strong>de</strong>finir la propiedad <strong>de</strong> "dureza", excepto en relación con la prueba empleada en particular para<br />
<strong>de</strong>terminar su valor. Debe tenerse en cuenta que un número o valor <strong>de</strong> dureza no pue<strong>de</strong> utilizarse directamente<br />
en trabajos <strong>de</strong> diseño, como se pue<strong>de</strong> hacer con un valor <strong>de</strong> resistencia a la tensión, ya que los números <strong>de</strong><br />
dureza no tienen significado intrínseco.<br />
La dureza no es una propiedad fundamental <strong>de</strong> un material, sino que está relacionada con las<br />
propieda<strong>de</strong>s elásticas y plásticas. El valor <strong>de</strong> dureza obtenido en una prueba <strong>de</strong>terminada sirve sólo como<br />
comparación entre <strong>materiales</strong> o tratamientos. El procedimiento <strong>de</strong> prueba y la preparación <strong>de</strong> la muestra suelen<br />
ser sencillos y los resultados pue<strong>de</strong>n utilizarse para estimar otras propieda<strong>de</strong>s mecánicas. La prueba <strong>de</strong> dureza se<br />
utiliza ampliamente para inspección y control. El tratamiento térmico o el trabajo efectuado en una pieza metálica<br />
resulta generalmente en un cambio <strong>de</strong> dureza. Cuando se establece el valor resultante <strong>de</strong> la dureza <strong>de</strong> un<br />
tratamiento térmico a un material dado por un proceso <strong>de</strong>terminado, esa estimación proporcionará un método<br />
rápido y sencillo (<strong>de</strong> inspección y control) para el material y proceso particulares.<br />
Las diversas pruebas <strong>de</strong> dureza se pue<strong>de</strong>n dividir en tres categorías:<br />
- Dureza elástica<br />
- Resistencia al corte o abrasión<br />
- Resistencia a la in<strong>de</strong>ntación<br />
Dra. Stella Ordoñez - Depto. <strong>de</strong> Ingeniería Metalúrgica - Universidad <strong>de</strong> Santiago <strong>de</strong> Chile 14
Técnicas Experimentales en Metalurgia (Área Ingeniería <strong>de</strong> Materiales) Unidad Temática Nº 7<br />
7.2.a: Dureza Elástica<br />
Figura 7.1.: Escleroscopio para mediciones <strong>de</strong> dureza.<br />
Este tipo <strong>de</strong> dureza se mi<strong>de</strong> mediante un escleroscopio (figura 7.1), que es un dispositivo para medir la<br />
altura <strong>de</strong> rebote <strong>de</strong> un pequeño martillo con emboquillado <strong>de</strong> diamante, <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> que cae por su propio peso<br />
<strong>de</strong>s<strong>de</strong> una altura <strong>de</strong>finida sobre la superficie <strong>de</strong> la pieza a prueba. El instrumento tiene por lo general un disco<br />
autoindicador tal que la altura <strong>de</strong> rebote se indica automáticamente. Cuando el martillo es elevado a su posición<br />
inicial, tiene cierta cantidad <strong>de</strong> energía potencial. Cuando es liberada, esta energía se convierte en energía<br />
cinética hasta que golpea la superficie <strong>de</strong> la pieza a prueba. Alguna energía se absorbe al formar la impresión, y<br />
el resto regresa al martillo al rebotar éste. La altura <strong>de</strong> rebote se indica por un número sobre una escala<br />
arbitraria tal que cuanto mayor sea el rebote, mayor será el número y la pieza a prueba será más dura.<br />
Esta prueba es realmente una medida <strong>de</strong> la resistencia <strong>de</strong>l material, o sea, la energía que pue<strong>de</strong> absorber<br />
en el intervalo elástico.<br />
7.2.b: Resistencia al corte o abrasión<br />
- Prueba <strong>de</strong> rayadura<br />
Esta prueba la i<strong>de</strong>ó Friedrich Mohs. La escala consta <strong>de</strong> diez minerales estándar arreglados siguiendo un<br />
or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> incremento <strong>de</strong> dureza. El talco es el 1, el yeso el 2, etc., hasta el 9 para el corindón y el 10 para el<br />
diamante. Si un material <strong>de</strong>sconocido es rayado apreciablemente por el 6 y no por el 5, el valor <strong>de</strong> dureza está<br />
entre 5 y 6. Esta prueba no se ha utilizado mucho en Metalurgia, pero aún se emplea en Mineralogía. La principal<br />
<strong>de</strong>sventaja es que la escala <strong>de</strong> dureza no es uniforme. Cuando la dureza <strong>de</strong> los minerales es examinada por otro<br />
método <strong>de</strong> prueba <strong>de</strong> dureza, se encuentra que los valores están muy cercanos entre 1 y 9 y que hay gran<br />
diferencia en dureza no cubiertas entre 9 y 10.<br />
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- Prueba o <strong>ensayo</strong> <strong>de</strong> lima.<br />
La pieza a prueba se somete a la acción <strong>de</strong> corte <strong>de</strong> una lima <strong>de</strong> dureza conocida, para <strong>de</strong>terminar si se<br />
produce un corte visible. Las pruebas comparativas con una lima <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>n <strong>de</strong>l tamaño, forma y dureza <strong>de</strong> la<br />
lima, <strong>de</strong> la velocidad, presión y ángulo <strong>de</strong> limado durante la prueba, y <strong>de</strong> la composición y tratamiento térmico<br />
<strong>de</strong>l material a prueba. La prueba generalmente se emplea en la industria como aceptación o rechazo <strong>de</strong> una<br />
pieza.<br />
En muchos casos, sobre todo con aceros para herramientas, cuando el acero se trata térmicamente, será<br />
suficientemente duro, tal que si se pasa una lima por la superficie, ésta no se cortará. No es raro encontrar<br />
especificaciones <strong>de</strong> tratamiento térmico que digan simplemente "tratar térmicamente hasta que el material tome<br />
dureza a prueba <strong>de</strong> lima". Al pasar una lima por la superficie, se pue<strong>de</strong> examinar con rapi<strong>de</strong>z un gran numero <strong>de</strong><br />
partes tratadas térmicamente para <strong>de</strong>terminar si el tratamiento ha sido satisfactorio.<br />
7.2.c: Resistencia a la in<strong>de</strong>ntación.<br />
Esta prueba generalmente se utiliza imprimiendo en la muestra, la que está en reposo sobre una<br />
plataforma rígida, un marcador o in<strong>de</strong>ntador <strong>de</strong> geometría <strong>de</strong>terminada, bajo una carga estática conocida que se<br />
aplique directamente o por medio <strong>de</strong> un sistema <strong>de</strong> palanca. Dependiendo <strong>de</strong>l sistema <strong>de</strong> prueba, la dureza se<br />
expresa por un número inversamente proporcional a la profundidad <strong>de</strong> la in<strong>de</strong>ntación para una carga y marcador<br />
especificados, o proporcionales a una carga media sobre el área <strong>de</strong> mella. Los métodos más comunes para<br />
pruebas <strong>de</strong> dureza por in<strong>de</strong>ntación se <strong>de</strong>scriben enseguida.<br />
- Prueba o <strong>ensayo</strong> <strong>de</strong> dureza Brinell<br />
El probador <strong>de</strong> dureza Brinell generalmente consta <strong>de</strong> una prensa hidráulica vertical <strong>de</strong> operación<br />
manual, diseñada para forzar un marcador <strong>de</strong> bola <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> la muestra (figura 7.2a).<br />
El procedimiento estándar requiere que la prueba se haga con una bola <strong>de</strong> 10 mm <strong>de</strong> diámetro bajo una<br />
carga <strong>de</strong> 3000 kg para metales ferrosos y 500 kg para metales no ferrosos. Para metales ferrosos, la bola bajo<br />
presión es presionada <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> la muestra a prueba por lo menos durante 10 seg.; para metales no ferrosos el<br />
tiempo es 30 seg. El diámetro <strong>de</strong> la impresión producida es medido por medio <strong>de</strong> un microscopio que contiene<br />
una escala ocular, generalmente graduada en décimos <strong>de</strong> milímetro, que permite estimaciones <strong>de</strong> hasta casi 0.05<br />
mm.<br />
El número <strong>de</strong> dureza Brinell (HB) es la razón <strong>de</strong> la carga <strong>de</strong> kilogramos al área en milímetros cuadrados<br />
<strong>de</strong> la impresión, y se calcula mediante la fórmula:<br />
don<strong>de</strong>:<br />
L = carga <strong>de</strong> prueba, kg<br />
D = diámetro <strong>de</strong> la bola, mm<br />
d = diámetro <strong>de</strong> la impresión, mm<br />
L<br />
HB =<br />
( πD/2)(D<br />
- 2<br />
D - 2<br />
d )<br />
Por lo general no se necesita hacer el cálculo, ya que hay tablas para convertir el diámetro <strong>de</strong> la<br />
grabación observada al número <strong>de</strong> dureza Brinell (consúltese la tabla en fotocopia anexa).<br />
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a) b)<br />
Figura 7.2.: a) Probador <strong>de</strong> dureza Brinell. b) Probador <strong>de</strong> dureza Rockwell.<br />
El número <strong>de</strong> dureza Brinell seguido por el símbolo HB sin números sufijos indica condiciones <strong>de</strong> prueba<br />
estándar usando una bola <strong>de</strong> 10 mm <strong>de</strong> diámetro y una carga <strong>de</strong> 3000 kg, aplicada <strong>de</strong> 10 a 15 seg. Para otras<br />
condiciones, el número <strong>de</strong> dureza y el símbolo HB se complementan por números que indican las condiciones <strong>de</strong><br />
prueba en el siguiente or<strong>de</strong>n: Diámetro <strong>de</strong> la bola, carga y duración <strong>de</strong> la carga; por ejemplo, 75 HB 10/500/30<br />
indica una dureza Brinell <strong>de</strong> 75 medida con una bola <strong>de</strong> 10 mm <strong>de</strong> diámetro y una carga <strong>de</strong> 500 kg aplicada por<br />
30 seg.<br />
El número <strong>de</strong> dureza Brinell cuando se usa la bola ordinaria está limitado a 500 HB aproximadamente.<br />
Conforme el material a prueba sea más duro, hay ten<strong>de</strong>ncia a que el propio marcador <strong>de</strong> muescas se empiece a<br />
<strong>de</strong>formar y las lecturas no serán exactas. El límite superior <strong>de</strong> la escala pue<strong>de</strong> aumentarse al usar una bola <strong>de</strong><br />
carburo <strong>de</strong> tungsteno en vez <strong>de</strong> una bola <strong>de</strong> acero endurecido. En ese caso, es posible llegar a 650 HB<br />
aproximadamente.<br />
- Prueba o <strong>ensayo</strong> <strong>de</strong> dureza Rockwell.<br />
En esta prueba <strong>de</strong> dureza se utiliza un instrumento <strong>de</strong> lectura directa basado en el principio <strong>de</strong> medición<br />
<strong>de</strong> profundidad diferencial (figura 7.2b). La prueba se lleva a cabo al elevar la muestra lentamente contra el<br />
marcador hasta que se ha aplicado una carga <strong>de</strong>terminada menor. Luego se aplica la carga mayor a través <strong>de</strong> un<br />
sistema <strong>de</strong> palanca <strong>de</strong> carga. Después <strong>de</strong> que la aguja <strong>de</strong>l disco llega al reposo, se quita la carga mayor, y con la<br />
carga menor todavía en acción, el número <strong>de</strong> dureza Rockwell es leído en el disco medidor. Como el or<strong>de</strong>n <strong>de</strong> los<br />
números se invierte en el disco medidor, una impresión poco profunda en un material duro dará un número<br />
gran<strong>de</strong> en tanto que una impresión profunda en un material blando dará un número pequeño.<br />
Hay dos máquinas Rockwell: El probador normal para secciones relativamente gruesas y el probador<br />
superficial para secciones <strong>de</strong>lgadas. La carga menor es <strong>de</strong> 10 kg en el probador normal y <strong>de</strong> 3 kg en el probador<br />
superficial.<br />
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Pue<strong>de</strong>n utilizarse diversos marcadores <strong>de</strong> muescas y cargas y cada combinación <strong>de</strong>termina una escala<br />
Rockwell específica. Los marcadores <strong>de</strong> muescas incluyen bolas <strong>de</strong> acero duras <strong>de</strong> 1/16, 1/8, 1/4 y 1/2 <strong>de</strong><br />
pulgada <strong>de</strong> diámetro y un marcador cónico <strong>de</strong> diamante <strong>de</strong> 120°. Generalmente las cargas mayores son <strong>de</strong> 60,<br />
100 y 150 kg en el probador normal y <strong>de</strong> 15, 30 y 45 kg en el probador superficial.<br />
Las escalas Rockwell empleadas más comúnmente son la B (marcador <strong>de</strong> bola <strong>de</strong> 1/16 <strong>de</strong> pulg. y 100 kg<br />
<strong>de</strong> carga) y la C (marcador <strong>de</strong> diamante y 150 kg <strong>de</strong> carga), ambas obtenidas con el probador normal. Debido a<br />
las muchas escalas Rockwell, el número <strong>de</strong> dureza <strong>de</strong>be especificarse mediante el símbolo HR seguido <strong>de</strong> la letra<br />
que <strong>de</strong>signa la escala y precedido <strong>de</strong> los números <strong>de</strong> dureza; por ejemplo, 82 HRB significa una dureza <strong>de</strong><br />
Rockwell <strong>de</strong> 82 medida en la escala B (bola <strong>de</strong> 1/16 <strong>de</strong> pulg y 100 kg <strong>de</strong> carga). En la tabla 1 aparecen las<br />
escalas <strong>de</strong> dureza Rockwell y algunas aplicaciones típicas.<br />
El funcionamiento <strong>de</strong> la máquina <strong>de</strong>be ser verificado frecuentemente con bloques <strong>de</strong> prueba estándar<br />
proporcionados por el fabricante. La manija <strong>de</strong> operación <strong>de</strong>be regresarse suavemente a su posición inicial;<br />
golpear la manija para quitar la carga mayor pue<strong>de</strong> producir un error <strong>de</strong> varios puntos en el disco <strong>de</strong> indicación.<br />
Se <strong>de</strong>be tener cuidado <strong>de</strong> asentar firmemente el yunque y el marcador. Cualquier movimiento vertical en estos<br />
puntos resulta en un registro <strong>de</strong> una profundidad adicional en el medidor y, por tanto, en una lectura <strong>de</strong> dureza<br />
falsa.<br />
Tabla 1: Escalas <strong>de</strong> dureza Rockwell<br />
Escala Carga mayor<br />
(kg)<br />
Tipo <strong>de</strong> marcador<br />
<strong>de</strong> muescas<br />
Materiales típicos probados<br />
A 60 Cono <strong>de</strong> diamante Materiales duros en extremo, CW, etc.<br />
B 100 Bola <strong>de</strong> 1/16“ Materiales <strong>de</strong> dureza media, aceros <strong>de</strong> bajo y medio C, latón, bronce,<br />
etc<br />
C 150 Cono <strong>de</strong> diamante Aceros endurecidos, aleaciones endurecidas y revenidas (tratadas).<br />
D 100 Cono <strong>de</strong> diamante Acero superficialmente cementado.<br />
E 100 Bola <strong>de</strong> 1/8“ Hierro fundido, aleaciones <strong>de</strong> aluminio y magnesio.<br />
F 60 Bola <strong>de</strong> 1/16“ Bronce y cobre recocidos.<br />
G 150 Bola <strong>de</strong> 1/16“ Cobre al berilio, bronce fosfórico, etc.<br />
H 60 Bola <strong>de</strong> 1/8“ Placa <strong>de</strong> aluminio.<br />
K 150 Bola <strong>de</strong> 1/8“ Hierro fundido, aleaciones <strong>de</strong> aluminio.<br />
L 60 Bola <strong>de</strong> 1/4“ Plásticos y metales suaves, como el plomo.<br />
M 100 Bola <strong>de</strong> 1/4“ Igual que la escala L.<br />
P 150 Bola <strong>de</strong> 1/4“ Igual que la escala L.<br />
R 60 Bola <strong>de</strong> 1/2“ Igual que la escala L.<br />
S 100 Bola <strong>de</strong> 1/2“ Igual que la escala L.<br />
V 150 Bola <strong>de</strong> 1/2“ Igual que la escala L.<br />
- Prueba o <strong>ensayo</strong> <strong>de</strong> dureza Vickers<br />
En esta prueba, el instrumento utiliza un marcador piramidal <strong>de</strong> diamante <strong>de</strong> base cuadrada con un<br />
ángulo incluido <strong>de</strong> 136° entre las cargas opuestas (figura 7.3). El intervalo <strong>de</strong> carga está generalmente entre 1 y<br />
120 kg. El probador <strong>de</strong> dureza Vickers funciona bajo el mismo principio que el probador Brinell, y los números se<br />
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expresan en términos <strong>de</strong> carga y área <strong>de</strong> la impresión. Como resultado <strong>de</strong> la forma <strong>de</strong>l marcador, la impresión<br />
sobre la superficie <strong>de</strong> la muestra será un cuadrado. La longitud <strong>de</strong> la diagonal <strong>de</strong>l cuadrado es medida por medio<br />
<strong>de</strong> un microscopio equipado con un micrómetro ocular que contiene filos móviles. La distancia entre los filos se<br />
indica en un contador calibrado en milésimas <strong>de</strong> milímetros. Por lo general, hay tablas para convertir la diagonal<br />
medida al número <strong>de</strong> dureza piramidal Vickers (HV) o por medio <strong>de</strong> la fórmula:<br />
1.854 L<br />
HV =<br />
2<br />
d<br />
don<strong>de</strong>:<br />
L = carga aplicada, en kg<br />
d = longitud <strong>de</strong> la diagonal <strong>de</strong>l cuadrado <strong>de</strong> la impresión, en mm.<br />
Figura 7.3 : Marcador piramidal <strong>de</strong> diamante Vickers.<br />
Como resultado <strong>de</strong> la lentitud en las cargas aplicadas, el probador Vickers es útil para medir la dureza <strong>de</strong><br />
hojas muy <strong>de</strong>lgadas, así como secciones pesadas.<br />
- Prueba o <strong>ensayo</strong> <strong>de</strong> microdureza.<br />
Desafortunadamente, este término es engañoso ya que podría referirse a la prueba <strong>de</strong> pequeños valores<br />
<strong>de</strong> dureza cuando que en realidad significa el uso <strong>de</strong> impresiones pequeñas. Las cargas <strong>de</strong> prueba están entre 1 y<br />
1000 g. Hay dos tipos <strong>de</strong> marcadores empleados para la prueba <strong>de</strong> microdureza: la pirámi<strong>de</strong> <strong>de</strong> diamante Vickers<br />
<strong>de</strong> base cuadrada <strong>de</strong> 136°, <strong>de</strong>scrita anteriormente y el marcador Knoop <strong>de</strong> diamante alargado.<br />
El marcador Knoop (figura 7.4.) tiene forma piramidal que produce una impresión en forma <strong>de</strong><br />
diamante, y tiene diagonales largas y cortas a una razón aproximada <strong>de</strong> 7:1.<br />
La fórmula piramidal empleada tiene incluidos ángulos longitudinales <strong>de</strong> 172°30 y ángulos transversales<br />
<strong>de</strong> 130°. La profundidad <strong>de</strong> impresión es como <strong>de</strong> 1/30 <strong>de</strong> su longitud. Como en la prueba Vickers, la diagonal<br />
más larga <strong>de</strong> la impresión es medida ópticamente con el ocular <strong>de</strong> un micrómetro <strong>de</strong> rosca. El número <strong>de</strong> dureza<br />
Knoop es el resultado <strong>de</strong> dividir la carga entre el área <strong>de</strong> la impresión. Por lo general se utiliza tablas para<br />
convertir la longitud diagonal medida al número <strong>de</strong> dureza Knoop (HK), o mediante la fórmula siguiente:<br />
14.229 L<br />
HK =<br />
2<br />
d<br />
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don<strong>de</strong><br />
L = carga aplicada, en kg<br />
d = longitud <strong>de</strong> la diagonal mayor, en mm.<br />
Figura 7.4.: Marcador piramidal Knoop <strong>de</strong> diamante in<strong>de</strong>ntado.<br />
La figura 7.5. muestra el probador <strong>de</strong> microdureza Tukon. En la tabla 2 aparecen algunas aplicaciones<br />
típicas <strong>de</strong> la prueba <strong>de</strong> dureza por marcación.<br />
Figura 7.5.: Probador <strong>de</strong> microdureza Tukon<br />
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Tabla nº 2: Aplicaciones típicas <strong>de</strong> las pruebas <strong>de</strong> dureza por in<strong>de</strong>ntación<br />
BRINELL ROCKWELL<br />
Acero estructural<br />
y otras secciones<br />
laminadas.<br />
La mayor parte<br />
<strong>de</strong> las fundicio<br />
nes, incluyendo<br />
el acero, Fe fundido<br />
y aluminio.<br />
La mayor parte<br />
<strong>de</strong> los fraguados.<br />
Partes acabadas,<br />
tales como cojinetes,<br />
válvulas, tuercas,<br />
pernos, engranajes,<br />
poleas,<br />
rodillos, pasadores,<br />
pivotes, topes,<br />
etc.<br />
Herramientas <strong>de</strong><br />
corte, tales como<br />
sierras, cuchillas,<br />
cinceles, tijeras.<br />
Herramientas <strong>de</strong><br />
formado.<br />
Fundiciones y<br />
forjados pequeños.<br />
Hojas metálicas.<br />
Alambre <strong>de</strong> diámetro<br />
gran<strong>de</strong>.<br />
Contactos<br />
eléctricos<br />
Hojas o partes<br />
plásticas.<br />
Partes<br />
cementadas.<br />
Carburos<br />
cementados.<br />
ROCKWELL<br />
SUPERFICIAL<br />
Las mismas que las<br />
Rockwell estándar,<br />
excepto don<strong>de</strong> se<br />
requiere una penetración<br />
menos profunda<br />
como en:<br />
Partes cementadas<br />
<strong>de</strong>lgadas hasta 0.01<br />
pulg.<br />
Materiales <strong>de</strong>lgados<br />
hasta 0.006 pulg.<br />
Carburos<br />
cementados.<br />
Metales en polvo.<br />
- Exactitud <strong>de</strong> cualquier prueba o <strong>ensayo</strong> <strong>de</strong> dureza por in<strong>de</strong>ntación<br />
VICKERS MICRODUREZA<br />
Las mismas que<br />
para la Rockwell<br />
y Rockwell superficial,<br />
excepto<br />
don<strong>de</strong> se requiere<br />
más exactitud<br />
o menor penetración<br />
como en:<br />
Partes cementadas<br />
<strong>de</strong>lgadas, <strong>de</strong><br />
0.005 a 0.010<br />
pulg.<br />
Materiales <strong>de</strong>lgados,<br />
hasta 0.005<br />
pulg.<br />
Partes <strong>de</strong> acabado<br />
fino, con el fin<br />
<strong>de</strong> evitar una<br />
operación <strong>de</strong><br />
remoción.<br />
Secciones <strong>de</strong>lgadas,<br />
tales como<br />
tuberías.<br />
Estructuras<br />
débiles.<br />
Espesor <strong>de</strong>l<br />
chapeado.<br />
Superficies plateadas.<br />
Revestimientos como<br />
laca, barniz o pintura.<br />
Láminas <strong>de</strong>lgadas y<br />
<strong>materiales</strong> muy <strong>de</strong>lgados,<br />
hasta <strong>de</strong> 0.0001<br />
pulg.<br />
Para establecer los<br />
gradientes <strong>de</strong> endurecimiento.<br />
Bimetales y <strong>materiales</strong><br />
laminados.<br />
Partes o áreas muy<br />
pequeñas, como engranajes<br />
<strong>de</strong> reloj, bor<strong>de</strong>s<br />
<strong>de</strong> herramientas <strong>de</strong><br />
corte, crestas <strong>de</strong> filetes<br />
en cuerdas, puntos<br />
pivote, etc.<br />
Materiales muy frágiles<br />
o quebradizos (in<strong>de</strong>ntador<br />
<strong>de</strong> Knoop), como<br />
silicio, germanio, vidrio,<br />
esmalte <strong>de</strong> dientes.<br />
Materiales opacos,<br />
claros o translúcidos.<br />
Metales en polvo.<br />
Para investigar constituyentes<br />
individuales <strong>de</strong><br />
un material.<br />
Para <strong>de</strong>terminar la<br />
dureza <strong>de</strong>l grano o la<br />
dureza <strong>de</strong> la frontera<br />
<strong>de</strong>l mismo.<br />
Algunos <strong>de</strong> los factores que influyen en la exactitud <strong>de</strong> cualquier prueba <strong>de</strong> dureza por in<strong>de</strong>ntación son:<br />
a) Condición <strong>de</strong>l marcador <strong>de</strong> muescas: El achatamiento <strong>de</strong> la bola <strong>de</strong> acero <strong>de</strong> un marcador producirá errores en<br />
el número <strong>de</strong> dureza, en cuyo caso la bola <strong>de</strong>be ser revisada frecuentemente para <strong>de</strong>tectar cualquier <strong>de</strong>formación<br />
permanente y <strong>de</strong>be <strong>de</strong>scartarse cuando ocurra tal <strong>de</strong>formación. Los marcadores <strong>de</strong> diamante <strong>de</strong>ben revisarse en<br />
busca <strong>de</strong> cualquier señal <strong>de</strong> astillado.<br />
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b) Exactitud <strong>de</strong> la carga o esfuerzo aplicado: El probador <strong>de</strong>be aplicar cargas <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l intervalo establecido con<br />
errores mínimos. Las cargas mayores a la cantidad recomendada no <strong>de</strong>ben utilizarse para obtener así pruebas<br />
exactas.<br />
c) Cargas o esfuerzos aplicados con impacto: A<strong>de</strong>más <strong>de</strong> producir lecturas <strong>de</strong> dureza inexactas, el impacto a la<br />
carga pue<strong>de</strong> dañar los marcadores <strong>de</strong> diamante. El uso <strong>de</strong> un recipiente pequeño con aceite, controlado,<br />
asegurará la uniformidad, así como la continua operación <strong>de</strong>l mecanismo <strong>de</strong> carga.<br />
d) Condición <strong>de</strong> la superficie <strong>de</strong> la muestra: La superficie <strong>de</strong> la muestra sobre la cual se va a tomar la lectura <strong>de</strong><br />
dureza <strong>de</strong>be ser plana y representativa <strong>de</strong>l material en buen estado. Cualquier orificio, costra o grasa <strong>de</strong>be<br />
eliminarse por esmerilado o pulido.<br />
e) Espesor <strong>de</strong> la muestra: La muestra <strong>de</strong>be ser suficientemente gruesa <strong>de</strong> modo que no aparezca alguna<br />
protuberancia sobre la superficie opuesta a la <strong>de</strong> la impresión. El espesor <strong>de</strong> la muestra recomendado es <strong>de</strong> por lo<br />
menos diez veces la profundidad <strong>de</strong> la impresión.<br />
f) Forma <strong>de</strong> la muestra: Se logra mayor exactitud cuando la superficie a prueba es plana y perpendicular al eje<br />
vertical <strong>de</strong>l in<strong>de</strong>ntador. Una muestra larga <strong>de</strong>be sujetarse a<strong>de</strong>cuadamente <strong>de</strong> tal forma que no se la<strong>de</strong>e. Una<br />
superficie plana <strong>de</strong>be prepararse, si es posible, sobre una muestra <strong>de</strong> forma cilíndrica y usarse un yunque en V<br />
para soportar la muestra, a menos que se esmerilen bases planas paralelas en lados opuestos <strong>de</strong>l cilindro, en<br />
cuyo caso se pue<strong>de</strong> utilizar un yunque plano. Si se hace una prueba <strong>de</strong> dureza Rockwell en una muestra redonda<br />
menor <strong>de</strong> 1 pulg. <strong>de</strong> diámetro sin haber esmerilado una cara plana, la lectura observada <strong>de</strong>be ajustarse por un<br />
factor <strong>de</strong> corrección apropiado (Tabla nº 3).<br />
g) Localización <strong>de</strong> las impresiones: Las impresiones <strong>de</strong>ben estar al menos a 2½ diámetros <strong>de</strong> distancia <strong>de</strong>l bor<strong>de</strong><br />
<strong>de</strong> la muestra y separadas al menos 5 diámetros cuando se utilicen bolas para la prueba <strong>de</strong> dureza.<br />
h) Uniformidad <strong>de</strong>l material: Si hay variaciones estructurales y químicas en el material, a mayor área <strong>de</strong><br />
impresión más exacta será la lectura <strong>de</strong> dureza promedio. Para obtener una dureza promedio verda<strong>de</strong>ra para el<br />
material, es necesario tomar muchas lecturas si el área <strong>de</strong> impresión es pequeña.<br />
- Ventajas y <strong>de</strong>sventajas <strong>de</strong> los diferentes tipos <strong>de</strong> pruebas.<br />
La selección <strong>de</strong> una prueba <strong>de</strong> dureza se <strong>de</strong>termina generalmente por la facilidad <strong>de</strong> realización y por la<br />
exactitud <strong>de</strong>seada. Como la prueba Brinell <strong>de</strong>ja una impresión relativamente gran<strong>de</strong>, está limitada a secciones <strong>de</strong><br />
tamaño mayor. Sin embargo, esto constituye una ventaja cuando el material probado no es homogéneo. La<br />
superficie <strong>de</strong> la pieza a prueba cuando se efectúa una prueba Brinell no tiene que ser tan uniforme como la que<br />
se requiere en métodos <strong>de</strong> prueba que producen impresiones menores; no obstante, usar un microscopio para<br />
medir el diámetro <strong>de</strong> la impresión no es tan conveniente como leer un disco medidor. Debido a la <strong>de</strong>formación <strong>de</strong><br />
la bola <strong>de</strong> acero, la prueba Brinell suele ser inexacta por encima <strong>de</strong> 500 HB. El intervalo pue<strong>de</strong> aumentarse a 650<br />
HB con una bola <strong>de</strong> carburo <strong>de</strong> tungsteno.<br />
Dra. Stella Ordoñez - Depto. <strong>de</strong> Ingeniería Metalúrgica - Universidad <strong>de</strong> Santiago <strong>de</strong> Chile 22
Técnicas Experimentales en Metalurgia (Área Ingeniería <strong>de</strong> Materiales) Unidad Temática Nº 7<br />
Tabla nº 3: Carta Wilson <strong>de</strong> correcciones cilíndricas.<br />
Marcador cónico <strong>de</strong> diamante<br />
Escalas C, D, A Diámetro <strong>de</strong> la muestra, pulg.<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
1/4 3/8 1/2 5/8 3/4 7/8 1<br />
0.5<br />
1.0<br />
1.5<br />
2.5<br />
3.5<br />
5.0<br />
6.0<br />
0.5<br />
1.0<br />
1.0<br />
2.0<br />
2.5<br />
3.5<br />
4.5<br />
Dra. Stella Ordoñez - Depto. <strong>de</strong> Ingeniería Metalúrgica - Universidad <strong>de</strong> Santiago <strong>de</strong> Chile 23<br />
0.5<br />
0.5<br />
1.0<br />
1.5<br />
2.0<br />
2.5<br />
3.5<br />
0<br />
0.5<br />
0.5<br />
1.0<br />
1.5<br />
2.0<br />
2.5<br />
Marcador <strong>de</strong> bola <strong>de</strong> 1/16 pulg.<br />
0<br />
0.5<br />
0.5<br />
1.0<br />
1.0<br />
1.5<br />
2.0<br />
Escalas B, F, G Diámetro <strong>de</strong> la muestra, pulg.<br />
100<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
0<br />
0<br />
0.5<br />
0.5<br />
1.0<br />
1.5<br />
1.5<br />
1/4 3/8 1/2 5/8 3/4 7/8 1<br />
3.5<br />
4.0<br />
5.0<br />
6.0<br />
7.0<br />
8.0<br />
9.0<br />
2.5<br />
3.0<br />
3.5<br />
4.0<br />
5.0<br />
5.5<br />
6.0<br />
1.5<br />
2.0<br />
2.5<br />
3.0<br />
3.5<br />
4.0<br />
4.5<br />
La prueba Rockwell es una operación rápida y sencilla. Como las cargas y los in<strong>de</strong>ntadores o marcadores<br />
son menores que los utilizados en la prueba Brinell, la prueba Rockwell pue<strong>de</strong> emplearse en muestras más<br />
<strong>de</strong>lgadas y probarse tanto los <strong>materiales</strong> más duros como los más blandos.<br />
El probador Vickers es el más sensible <strong>de</strong> los probadores <strong>de</strong> dureza utilizados en la producción industrial.<br />
Tiene una sola escala continua para todos los <strong>materiales</strong> y el número <strong>de</strong> dureza es virtualmente in<strong>de</strong>pendiente <strong>de</strong><br />
la carga. Debido a la posibilidad <strong>de</strong> usar cargas ligeras, pue<strong>de</strong>n probarse secciones más <strong>de</strong>lgadas que cualquier<br />
otra prueba <strong>de</strong> producción y la impresión cuadrada es la más fácil <strong>de</strong> medir con exactitud.<br />
La prueba <strong>de</strong> microdureza es básicamente una prueba <strong>de</strong> laboratorio. Usar cargas muy ligeras permite<br />
probar partes muy pequeñas y secciones muy <strong>de</strong>lgadas. Pue<strong>de</strong> utilizarse para <strong>de</strong>terminar la dureza <strong>de</strong><br />
constituyentes individuales <strong>de</strong> la microestructura. Como a menor tamaño <strong>de</strong> la in<strong>de</strong>ntación el terminado <strong>de</strong> la<br />
superficie <strong>de</strong>be ser mejor, se necesita tener bastante más cuidado para preparar la superficie para la prueba <strong>de</strong><br />
microdureza. Por lo general, la superficie se prepara mediante la técnica <strong>de</strong> pulido metalográfico, <strong>de</strong>scrito en la<br />
unidad temática nº 6.<br />
Las ventajas principales <strong>de</strong>l escleroscopio son las pequeñas impresiones que permanecen, la rapi<strong>de</strong>z <strong>de</strong><br />
la prueba y la portabilidad <strong>de</strong>l instrumento; sin embargo, los resultados tien<strong>de</strong>n a ser inexactos, a menos que se<br />
tomen precauciones a<strong>de</strong>cuadas.<br />
1.5<br />
1.5<br />
2.0<br />
2.5<br />
3.0<br />
3.5<br />
4.0<br />
1.0<br />
1.5<br />
1.5<br />
2.0<br />
2.5<br />
3.0<br />
3.0<br />
1.0<br />
1.5<br />
1.5<br />
2.0<br />
2.0<br />
2.5<br />
2.5<br />
0<br />
0<br />
0.5<br />
0.5<br />
1.0<br />
1.0<br />
1.5<br />
0.5<br />
1.0<br />
1.5<br />
1.5<br />
2.0<br />
2.0<br />
2.5
Técnicas Experimentales en Metalurgia (Área Ingeniería <strong>de</strong> Materiales) Unidad Temática Nº 7<br />
El tubo <strong>de</strong>be estar perpendicular a la pieza o prueba, las piezas <strong>de</strong>lgadas <strong>de</strong>ben estar soportadas y<br />
afianzadas a<strong>de</strong>cuadamente, la superficie que se va a probar <strong>de</strong>be ser más uniforme y lisa que para la mayoría <strong>de</strong><br />
los otros métodos <strong>de</strong> prueba, y la punta <strong>de</strong> diamante no <strong>de</strong>be estar astillada o agrietada.<br />
- Conversión <strong>de</strong> los distintos números <strong>de</strong> dureza.<br />
Existen tablas que permiten la conversión <strong>de</strong> dureza aproximada entre las diversas máquinas probadoras<br />
<strong>de</strong> dureza. Estos datos generalmente se aplican a aceros y se ha <strong>de</strong>rivado <strong>de</strong> extensas pruebas <strong>de</strong> dureza en<br />
aceros al carbono y <strong>de</strong> sus aleaciones, principalmente en aquellos que han sido tratados térmicamente.<br />
7.3.: Ensayo <strong>de</strong> tracción<br />
7.3a. Esfuerzo y <strong>de</strong>formación. (stress y strain)<br />
Cuando a un cuerpo se le aplica una fuerza externa que tien<strong>de</strong> a cambiar su forma o tamaño, el cuerpo<br />
se resiste a esa fuerza. La resistencia externa <strong>de</strong>l cuerpo se conoce como esfuerzo (stress) y los cambios en las<br />
dimensiones <strong>de</strong>l cuerpo que la acompañan se llaman <strong>de</strong>formaciones o alargamientos (strain). El esfuerzo total es<br />
la resistencia interna total que actúa en una sección <strong>de</strong>l cuerpo. Por lo general, la cantidad <strong>de</strong>terminada es la<br />
intensidad <strong>de</strong> esfuerzo o esfuerzo unitario, <strong>de</strong>finida como el esfuerzo por unidad <strong>de</strong> área. El esfuerzo unitario<br />
generalmente se expresa en unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> libras por pulgadas cuadrada (psi) o megapascales (MPa) y para una<br />
carga axial tensil o una compresiva, se calcula como la carga por unidad <strong>de</strong> área. La <strong>de</strong>formación o alargamiento<br />
total en cualquier dirección es el cambio total <strong>de</strong> una dimensión <strong>de</strong>l cuerpo en esa dirección, y la <strong>de</strong>formación<br />
unitaria es la <strong>de</strong>formación o alargamiento por unidad <strong>de</strong> longitud en esa dirección.<br />
7.3b. Prueba o <strong>ensayo</strong> <strong>de</strong> tensión.<br />
Después <strong>de</strong> la prueba <strong>de</strong> dureza, la prueba <strong>de</strong> tensión es la realizada más frecuentemente para<br />
<strong>de</strong>terminar ciertas propieda<strong>de</strong>s mecánicas. Una muestra o probeta preparada específicamente se coloca en las<br />
cabezas <strong>de</strong> la máquina <strong>de</strong> prueba y se somete a una carga axial por medio <strong>de</strong> un sistema <strong>de</strong> carga <strong>de</strong> palanca,<br />
mecánico o hidráulico. La fuerza se indica en un disco calibrado. Si se conoce el área transversal original <strong>de</strong> la<br />
muestra, pue<strong>de</strong> calcularse el esfuerzo <strong>de</strong>sarrollado a cualquier carga. La <strong>de</strong>formación o alargamiento se mi<strong>de</strong> en<br />
una longitud establecida, generalmente 2 pulg, por un disco medidor llamado extensómetro, (figura 7.6).<br />
Entonces, la <strong>de</strong>formación unitaria pue<strong>de</strong> <strong>de</strong>terminarse dividiendo el alargamiento medido entre la longitud<br />
original marcada en la probeta. En algunos casos, pue<strong>de</strong> utilizarse un medidor eléctrico <strong>de</strong> la <strong>de</strong>formación para<br />
medir la <strong>de</strong>formación total.<br />
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Técnicas Experimentales en Metalurgia (Área Ingeniería <strong>de</strong> Materiales) Unidad Temática Nº 7<br />
Figura 7.6.: Muestra tensil fijada a un extensómetro.<br />
La figura 7.7 muestra la relación entre esfuerzo unitario s y <strong>de</strong>formación unitaria ε, encontrada<br />
experimentalmente, mediante la gráfica esfuerzo-<strong>de</strong>formación para un material dúctil (figura 7.7a), y para un<br />
material frágil (figura 7.7b).<br />
a) b)<br />
Figura 7.7: a) Gráfica esfuerzo-<strong>de</strong>formación para un acero dúctil. b) Gráfica esfuerzo-<strong>de</strong>formación para un acero frágil.<br />
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Técnicas Experimentales en Metalurgia (Área Ingeniería <strong>de</strong> Materiales) Unidad Temática Nº 7<br />
7.3c.: Deformación elástica y <strong>de</strong>formación plástica<br />
Cuando se aplica una fuerza a una probeta, los enlaces entre los átomos se estiran y el material se<br />
alarga. Cuando se retira la fuerza, los enlaces retornan a su longitud original y la probeta vuelve a su tamaño<br />
inicial. La <strong>de</strong>formación <strong>de</strong>l metal en esta porción elástica <strong>de</strong> la curva esfuerzo-<strong>de</strong>formación no es permanente.<br />
Si las fuerzas son mayores el material se comporta <strong>de</strong> una manera plástica. Cuando se incrementa el<br />
esfuerzo, las dislocaciones empiezan a producirse, ocurre el <strong>de</strong>slizamiento y el material empieza a <strong>de</strong>formarse<br />
plásticamente. A diferencia <strong>de</strong> la <strong>de</strong>formación elástica, la <strong>de</strong>formación ocasionada por el <strong>de</strong>slizamiento es<br />
permanente. El esfuerzo en que se inicia el <strong>de</strong>slizamiento es el punto que <strong>de</strong>limita los comportamientos elástico y<br />
plástico.<br />
7.3d.: Propieda<strong>de</strong>s <strong>de</strong> tensión (o tensiles)<br />
Las propieda<strong>de</strong>s que se pue<strong>de</strong>n <strong>de</strong>terminar con la prueba <strong>de</strong> tensión se explican en seguida.<br />
a) Límite proporcional (Proportional limit): Para muchos <strong>materiales</strong> estructurales se ha encontrado que la parte<br />
inicial <strong>de</strong> la gráfica esfuerzo-<strong>de</strong>formación pue<strong>de</strong> ser aproximada por la recta OP <strong>de</strong> las figuras 7.7a y 7.7b. En<br />
este intervalo, el esfuerzo y la <strong>de</strong>formación son proporcionales entre sí (Ley <strong>de</strong> Hooke), <strong>de</strong> manera que cualquier<br />
incremento en esfuerzo resultará <strong>de</strong> un aumento proporcional a la <strong>de</strong>formación. El esfuerzo en el límite <strong>de</strong>l punto<br />
<strong>de</strong> proporcionalidad P se conoce como límite <strong>de</strong> proporcionalidad.<br />
b) Límite elástico (Elastic limit): Si se retira una pequeña parte <strong>de</strong> la carga aplicada sobre la pieza a prueba, la<br />
aguja <strong>de</strong>l extensómetro regresará a cero, indicando que la <strong>de</strong>formación producida por la carga es elástica. Si la<br />
carga se aumenta continuamente, se libera <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> cada incremento y se revisa el extensómetro, entonces se<br />
alcanzará un punto en que la aguja no regresará a cero. Esto indica que ahora el material tiene una <strong>de</strong>formación<br />
permanente; por tanto, el límite elástico pue<strong>de</strong> <strong>de</strong>finirse como el esfuerzo mínimo al que ocurre la primera<br />
<strong>de</strong>formación permanente. Para la mayoría <strong>de</strong> los <strong>materiales</strong> estructurales, el límite elástico tiene casi el mismo<br />
valor numérico que el límite <strong>de</strong> proporcionalidad.<br />
c) Punto o límite <strong>de</strong> ce<strong>de</strong>ncia o fluencia (Yield point): Conforme la carga (fuerza) en la pieza a prueba aumenta<br />
más allá <strong>de</strong>l límite elástico, se alcanza un esfuerzo al cual el material continúa <strong>de</strong>formándose sin que haya<br />
incremento <strong>de</strong> la carga. El esfuerzo en el punto Y <strong>de</strong> la figura 7.7a se conoce como punto <strong>de</strong> ce<strong>de</strong>ncia o<br />
fluencia. Este fenómeno ocurre sólo en ciertos <strong>materiales</strong> dúctiles. El esfuerzo pue<strong>de</strong> disminuir realmente por un<br />
momento, resultando en un punto <strong>de</strong> ce<strong>de</strong>ncia superior y en uno inferior. Como el punto <strong>de</strong> ce<strong>de</strong>ncia es<br />
relativamente fácil <strong>de</strong> <strong>de</strong>terminar y la <strong>de</strong>formación permanente es pequeña hasta el punto <strong>de</strong> ce<strong>de</strong>ncia,<br />
constituye un valor muy importante <strong>de</strong> consi<strong>de</strong>rar en el diseño <strong>de</strong> muchas partes para maquinaria cuya utilidad<br />
se afectaría si ocurriera una gran <strong>de</strong>formación permanente. Esto es válido sólo para <strong>materiales</strong> que exhiban un<br />
punto <strong>de</strong> ce<strong>de</strong>ncia bien <strong>de</strong>finido.<br />
d) Resistencia a la ce<strong>de</strong>ncia o fluencia (Yield strenght): La mayoría <strong>de</strong> los <strong>materiales</strong> no ferrosos y los aceros <strong>de</strong><br />
alta resistencia no tienen un punto <strong>de</strong> ce<strong>de</strong>ncia <strong>de</strong>finido. Para estos <strong>materiales</strong>, la máxima resistencia útil<br />
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Técnicas Experimentales en Metalurgia (Área Ingeniería <strong>de</strong> Materiales) Unidad Temática Nº 7<br />
correspon<strong>de</strong> a la resistencia <strong>de</strong> ce<strong>de</strong>ncia, que es el esfuerzo al cual un material exhibe una <strong>de</strong>sviación limitante<br />
especificada <strong>de</strong> la proporcionalidad entre el esfuerzo y la <strong>de</strong>formación. Por lo general, este valor se <strong>de</strong>termina por<br />
el "método <strong>de</strong> la <strong>de</strong>formación permanente especificada" (offset method). En la figura 7.7b, la <strong>de</strong>formación<br />
especificada OX se marca sobre el eje <strong>de</strong> la <strong>de</strong>formación. En seguida, se traza la línea XW paralela a OP,<br />
localizando <strong>de</strong> esta manera el punto Y intersección <strong>de</strong> la línea XW con el diagrama esfuerzo-<strong>de</strong>formación. El valor<br />
<strong>de</strong>l esfuerzo en el punto Y indica la resistencia <strong>de</strong> ce<strong>de</strong>ncia o fluencia. El valor <strong>de</strong> la <strong>de</strong>formación permanente<br />
especificada está generalmente entre 0.10 y 0.20% <strong>de</strong> la longitud calibrada.<br />
e) Resistencia límite: Conforme aumenta la carga aplicada sobre la pieza a prueba, el esfuerzo y la <strong>de</strong>formación<br />
se incrementan, como lo indica la porción <strong>de</strong> la curva YM (fig. 7.7a) para un material dúctil, hasta que se alcanza<br />
el esfuerzo máximo en el punto M; por tanto, la resistencia límite o la resistencia a la tensión es el esfuerzo<br />
máximo <strong>de</strong>sarrollado por el material, basado en el área transversal original. Un material frágil se rompe cuando<br />
es llevado hasta la resistencia límite (punto B <strong>de</strong> la figura 7.7b), en tanto que el material dúctil continuará<br />
alargándose.<br />
f) Resistencia a la ruptura: Para un material dúctil, hasta el punto <strong>de</strong> resistencia límite, la <strong>de</strong>formación es<br />
uniforme a lo largo <strong>de</strong> la longitud <strong>de</strong> la barra. Al esfuerzo máximo, la muestra experimenta una <strong>de</strong>formación<br />
localizada o formación <strong>de</strong> cuello y la carga diminuye conforme el área <strong>de</strong>crece. Esta elongación en forma <strong>de</strong><br />
cuello es una <strong>de</strong>formación no uniforme y ocurre rápidamente hasta el punto en que el material falla (fig. 7.8). La<br />
resistencia a la ruptura (punto B, fig. 7.7a), <strong>de</strong>terminada al dividir la carga <strong>de</strong> ruptura entre el área transversal<br />
original, es siempre menor que la resistencia límite. Para un material frágil, la resistencia límite y la resistencia <strong>de</strong><br />
ruptura coinci<strong>de</strong>n.<br />
Figura 7.8.: Probeta <strong>de</strong> tracción antes y <strong>de</strong>spués <strong>de</strong>l <strong>ensayo</strong><br />
g) Ductilidad: La ductilidad <strong>de</strong> un material se <strong>de</strong>terminará a partir <strong>de</strong> la cantidad <strong>de</strong> <strong>de</strong>formación que le es posible<br />
soportar hasta que se fractura. Ésta se <strong>de</strong>termina en una prueba <strong>de</strong> tensión mediante dos mediciones:<br />
Alargamiento: Se <strong>de</strong>termina juntando, <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> la fractura, las partes <strong>de</strong> la muestra y midiendo la distancia<br />
entre las marcas puestas en la muestra antes <strong>de</strong> la prueba,<br />
Dra. Stella Ordoñez - Depto. <strong>de</strong> Ingeniería Metalúrgica - Universidad <strong>de</strong> Santiago <strong>de</strong> Chile 27
Técnicas Experimentales en Metalurgia (Área Ingeniería <strong>de</strong> Materiales) Unidad Temática Nº 7<br />
don<strong>de</strong><br />
Lf<br />
L0<br />
Alargamiento (por ciento) x100<br />
L0<br />
−<br />
=<br />
Lf= longitud <strong>de</strong> la medida final,<br />
Lo= longitud <strong>de</strong> la medida original, generalmente 2 pulg.<br />
Al reportar el porcentaje <strong>de</strong> elongación, <strong>de</strong>be especificarse la longitud <strong>de</strong> la medida original, ya que el porcentaje<br />
<strong>de</strong> elongación variará <strong>de</strong> acuerdo con la longitud original.<br />
Reducción en área: Ésta también se <strong>de</strong>termina a partir <strong>de</strong> las mita<strong>de</strong>s rotas <strong>de</strong> la muestra bajo la tensión,<br />
midiendo para ello el área transversal mínima y con la fórmula:<br />
A0<br />
A f<br />
Reducción en área (por ciento) x100<br />
A0<br />
−<br />
=<br />
don<strong>de</strong><br />
Ao= área transversal original<br />
Af= área transversal final<br />
Los <strong>materiales</strong> dúctiles exhiben una curva esfuerzo-<strong>de</strong>formación que llega a su máximo en el punto <strong>de</strong><br />
resistencia a la tensión. En <strong>materiales</strong> más frágiles, la carga máxima o resistencia a la tensión ocurre en el punto<br />
<strong>de</strong> falla. En <strong>materiales</strong> extremadamente frágiles, como cerámicos, el esfuerzo <strong>de</strong> fluencia, la resistencia a la<br />
tensión y el esfuerzo <strong>de</strong> ruptura son iguales (figura 7.9).<br />
Figura 7.9.: Comportamiento esfuerzo-<strong>de</strong>formación <strong>de</strong> <strong>materiales</strong> frágiles y dúctiles<br />
La ductilidad es importante para diseñadores y fabricantes. El diseñador <strong>de</strong> un componente preferirá un<br />
material que presente al menos cierta ductilidad, <strong>de</strong> manera que si el esfuerzo aplicado es <strong>de</strong>masiado alto, el<br />
componente se <strong>de</strong>forme plásticamente antes <strong>de</strong> romperse. Un fabricante <strong>de</strong>seará un material dúctil <strong>de</strong> manera<br />
que pueda producir piezas <strong>de</strong> formas complicadas sin que el material se rompa durante el proceso.<br />
h) Módulo <strong>de</strong> la elasticidad o módulo <strong>de</strong> Young: Considérese la porción recta <strong>de</strong> la curva esfuerzo-<strong>de</strong>formación.<br />
La ecuación <strong>de</strong> una línea recta es y= mx + b, don<strong>de</strong> y es el eje vertical (en este caso, esfuerzo) y x el eje<br />
Dra. Stella Ordoñez - Depto. <strong>de</strong> Ingeniería Metalúrgica - Universidad <strong>de</strong> Santiago <strong>de</strong> Chile 28
Técnicas Experimentales en Metalurgia (Área Ingeniería <strong>de</strong> Materiales) Unidad Temática Nº 7<br />
horizontal (en este caso, <strong>de</strong>formación). La intersección <strong>de</strong> la recta con el eje y es b, y en este caso es cero, ya<br />
que la recta pasa por el origen. La pendiente <strong>de</strong> la recta es m. Cuando se <strong>de</strong>speja m <strong>de</strong> la ecuación, la pendiente<br />
es igual a y/x. De esta manera, se pue<strong>de</strong> <strong>de</strong>terminar la pendiente <strong>de</strong> la recta dibujando un triángulo rectángulo<br />
cualquiera y encontrando la tangente <strong>de</strong>l ángulo θ (fig. 7.7b), que es igual a y/x o esfuerzo/<strong>de</strong>formación. La<br />
pendiente es realmente la constante <strong>de</strong> proporcionalidad entre esfuerzo y <strong>de</strong>formación (ley <strong>de</strong> Hooke) cuando se<br />
está abajo <strong>de</strong>l límite <strong>de</strong> proporcionalidad, y se conoce como módulo <strong>de</strong> elasticidad o módulo <strong>de</strong> Young.<br />
σ<br />
E = = módulo <strong>de</strong> elasticidad<br />
ε<br />
El módulo está estrechamente relacionado con las fuerzas que unen los átomos en el material. Una<br />
pendiente muy acentuada en la gráfica <strong>de</strong> las fuerzas y el espaciado interatómico en la zona <strong>de</strong> equilibrio<br />
indica que se requieren gran<strong>de</strong>s fuerzas para separar los átomos y producir la <strong>de</strong>formación elástica <strong>de</strong>l metal,<br />
lo cual indica que éste tiene un alto módulo <strong>de</strong> elasticidad. Las fuerzas <strong>de</strong> unión y, por lo tanto, el módulo <strong>de</strong><br />
Young, son mayores para los metales <strong>de</strong> alto punto <strong>de</strong> fusión (figura 7.10).<br />
Figura 7.10.: Curva fuerza - espaciamiento interatómico<br />
El módulo <strong>de</strong> elasticidad, indicación <strong>de</strong> la rigi<strong>de</strong>z <strong>de</strong> un material, se mi<strong>de</strong> en GPa (GN/m 2 ); por<br />
ejemplo, el módulo <strong>de</strong> elasticidad <strong>de</strong>l acero es 207 GPa aproximadamente, en tanto que el <strong>de</strong>l aluminio es 69<br />
GPa. Por en<strong>de</strong>, el acero es aproximadamente tres veces más rígido que el aluminio (figura 7.11). El módulo<br />
<strong>de</strong> elasticidad es una propiedad muy útil <strong>de</strong> la Ingeniería y aparecerá en fórmulas relacionadas con el diseño<br />
<strong>de</strong> vigas y columnas, en las que la rigi<strong>de</strong>z es importante.<br />
Figura 7.11.: Comparación <strong>de</strong>l comportamiento elástico <strong>de</strong>l acero y <strong>de</strong>l aluminio.<br />
Dra. Stella Ordoñez - Depto. <strong>de</strong> Ingeniería Metalúrgica - Universidad <strong>de</strong> Santiago <strong>de</strong> Chile 29
Técnicas Experimentales en Metalurgia (Área Ingeniería <strong>de</strong> Materiales) Unidad Temática Nº 7<br />
i) Resiliencia: Energía absorbida en el campo elástico. Área bajo la curva en el intervalo elástico. Medida <strong>de</strong> la<br />
energía por unidad <strong>de</strong> volumen que pue<strong>de</strong> absorber un material sin sufrir <strong>de</strong>formación permanente y que, por<br />
tanto, libera al retirar la carga (Resiliencia = módulo <strong>de</strong> recuperación).<br />
j) Tenacidad: Energía absorbida en el campo plástico. Capacidad <strong>de</strong> un material para absorber energía y<br />
<strong>de</strong>formarse plásticamente antes <strong>de</strong> fracturarse. Área bajo la totalidad <strong>de</strong> la curva esfuerzo-<strong>de</strong>formación en el<br />
<strong>ensayo</strong> <strong>de</strong> tracción. Ésta es principalmente una propiedad <strong>de</strong>l intervalo plástico, ya que sólo una pequeña<br />
parte <strong>de</strong> la energía total absorbida es energía elástica que pue<strong>de</strong> recuperarse cuando se suprime el esfuerzo<br />
7.3e.:. Esfuerzo real-<strong>de</strong>formación real<br />
La prueba convencional <strong>de</strong> tensión <strong>de</strong>scrita antes dará valiosa información hasta aproximarse y llegar<br />
al punto <strong>de</strong> ce<strong>de</strong>ncia. Más allá <strong>de</strong> este punto, los valores <strong>de</strong> esfuerzo son ficticios, ya que el área transversal<br />
real se reducirá consi<strong>de</strong>rablemente. Se <strong>de</strong>fine el esfuerzo real y la <strong>de</strong>formación real por las siguientes<br />
ecuaciones. (El índice t proviene <strong>de</strong> true)<br />
F<br />
Esfuerzo real=<br />
σt<br />
=<br />
A<br />
Deformación<br />
dl ⎛ l ⎞ ⎛ A<br />
real=<br />
ε = = ln ⎜ ⎟<br />
⎜ ⎟<br />
= ln 0<br />
t<br />
⎜ ∫ l0<br />
⎝ l0<br />
⎠ ⎝ A<br />
don<strong>de</strong> A es el área instantánea sobre la que se aplica la fuerza F. La expresión ln (A0/A) <strong>de</strong>be utilizarse<br />
<strong>de</strong>spués <strong>de</strong> iniciada la estricción.<br />
El diagrama esfuerzo-<strong>de</strong>formación real (fig. 7.12) se compara con la curva esfuerzo-<strong>de</strong>formación<br />
usual<br />
Figura 7.12.: Relación entre el diagrama esfuerzo-<strong>de</strong>formación real, y el diagrama esfuerzo-<strong>de</strong>formación ingenieril.<br />
7.3f.: Efectos térmicos<br />
Las propieda<strong>de</strong>s a la tensión son afectadas <strong>de</strong> manera importante por la temperatura (Figura 7.13).<br />
El esfuerzo <strong>de</strong> fluencia, la resistencia a la tensión y el módulo <strong>de</strong> elasticidad disminuyen a temperaturas<br />
elevadas, en tanto que la ductilidad, como medida <strong>de</strong>l grado <strong>de</strong> <strong>de</strong>formación en la fractura, comúnmente se<br />
incrementa. A un fabricante que realiza lo que se conoce como trabajado en caliente le conviene utilizar<br />
Dra. Stella Ordoñez - Depto. <strong>de</strong> Ingeniería Metalúrgica - Universidad <strong>de</strong> Santiago <strong>de</strong> Chile 30<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎠
Técnicas Experimentales en Metalurgia (Área Ingeniería <strong>de</strong> Materiales) Unidad Temática Nº 7<br />
<strong>materiales</strong> que se <strong>de</strong>formen a alta temperatura, para aprovechar la mayor ductilidad y el menor esfuerzo<br />
requeridos.<br />
a) b)<br />
Figura 7.13.: El efecto <strong>de</strong> la temperatura en a) la curva esfuerzo-<strong>de</strong>formación y b) las propieda<strong>de</strong>s <strong>de</strong> una aleación <strong>de</strong> Al.<br />
7.4.: Ensayo <strong>de</strong> impacto<br />
Aunque la tenacidad <strong>de</strong> un material pue<strong>de</strong> obtenerse calculando el área bajo el diagrama esfuerzo<strong>de</strong>formación,<br />
la prueba <strong>de</strong> impacto indicará la tenacidad relativa.<br />
Por lo general, para las pruebas <strong>de</strong> impacto se utilizan muestras tipo muesca . Dos tipos <strong>de</strong> muesca <strong>de</strong><br />
tipo general se utilizan en pruebas <strong>de</strong> flexión por impacto: la muesca ojo <strong>de</strong> cerradura y la muesca en V.<br />
Asimismo, se utilizan dos muestras, la Charpy y la Izod, como se ve en las figuras 7.14 y 7.15.<br />
Figura 7.14.: a) Dispositivo <strong>de</strong>l <strong>ensayo</strong> Charpy. b) Muestras típicas<br />
La muestra Charpy se coloca en un tornillo <strong>de</strong> banco <strong>de</strong> manera semejante a una viga sencilla<br />
soportada en ambos extremos, en tanto que la muestra Izod se coloca en el tornillo <strong>de</strong> banco <strong>de</strong> modo que un<br />
extremo que<strong>de</strong> libre y sea por tanto una viga en voladizo (figura 7.15).<br />
Dra. Stella Ordoñez - Depto. <strong>de</strong> Ingeniería Metalúrgica - Universidad <strong>de</strong> Santiago <strong>de</strong> Chile 31
Técnicas Experimentales en Metalurgia (Área Ingeniería <strong>de</strong> Materiales) Unidad Temática Nº 7<br />
Figura 7.15.: Probeta <strong>de</strong> viga en voladizo y su montaje para el <strong>ensayo</strong> Izod<br />
La máquina <strong>de</strong> impacto ordinaria tiene un péndulo oscilante <strong>de</strong> peso fijo (figura 7.14a), que es<br />
elevado a una altura estándar, <strong>de</strong>pendiendo <strong>de</strong>l tipo <strong>de</strong> muestra que se preten<strong>de</strong> probar. A esa altura, con<br />
referencia al tornillo <strong>de</strong>l banco, el péndulo tiene una cantidad <strong>de</strong>finida <strong>de</strong> energía potencial. Cuando el péndulo<br />
se libera, esta energía se convierte en energía cinética hasta que golpea a la muestra. La muestra Charpy se<br />
golpeará atrás <strong>de</strong> la muesca en V, en tanto que la muestra Izod, colocada con la muestra en V <strong>de</strong> cara al<br />
péndulo, se golpeará arriba <strong>de</strong> la muesca en V. En cualquier caso, una parte <strong>de</strong> la energía <strong>de</strong>l péndulo se<br />
utilizará para romper la muestra, provocando que el péndulo se eleve en el lado opuesto <strong>de</strong> la máquina a una<br />
altura menor que aquella con que inició su movimiento <strong>de</strong>s<strong>de</strong> ese mismo lado <strong>de</strong> la máquina. El peso <strong>de</strong>l<br />
péndulo multiplicado por la diferencia <strong>de</strong> alturas indicará la energía absorbida por la muestra, o sea la<br />
resistencia al impacto <strong>de</strong> la muestra con muesca (figura 7.16).<br />
Figura 7.16.: Relaciones espaciales para una máquina pendular<br />
Para obtener resultados exactos pue<strong>de</strong> resultar necesaria una corrección por la pérdida al arrastre <strong>de</strong><br />
aire, por la energía absorbida por la fricción en el rodamiento <strong>de</strong> la máquina y por el brazo indicador, y por la<br />
energía usada al mover la pieza <strong>de</strong> <strong>ensayo</strong> rota.<br />
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Sin consi<strong>de</strong>rar las pérdidas, la energía usada al fracturar una probeta pue<strong>de</strong> computarse como sigue:<br />
Energía inicial = W.H = W.R.(1 - cosA)<br />
Energía <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> la ruptura = W.H’= W.R.(1 - cosB)<br />
Energía para fracturar la probeta = W.(H - H’) = W.R (cosB - cosA) *<br />
La ecuación * se hace aplicable a ángulos mayores <strong>de</strong> 90º advirtiendo que cos (90 + θ) = -sen θ. De la<br />
<strong>de</strong>scripción <strong>de</strong> la prueba, es obvio que la prueba <strong>de</strong> impacto a la cual se sujetó la barra mellada no da la<br />
tenacidad verda<strong>de</strong>ra, sino su comportamiento en función <strong>de</strong> una muesca en particular; sin embargo, los<br />
resultados son útiles para propósitos <strong>de</strong> comparación.<br />
7.4a.: Resultados <strong>de</strong>l <strong>ensayo</strong> <strong>de</strong> impacto<br />
Los resultados <strong>de</strong> una serie <strong>de</strong> pruebas <strong>de</strong> choque realizadas a diversas temperaturas se muestran en<br />
la figura 7.17. A temperaturas altas, se requiere una gran absorción <strong>de</strong> energía para que se rompa la<br />
probeta, y se fractura con poca energía absorbida, a temperaturas bajas.<br />
Figura 7.17.: Resultados típicos <strong>de</strong> una serie <strong>de</strong> pruebas <strong>de</strong> impacto.<br />
A temperaturas elevadas el material se comporta <strong>de</strong> manera dúctil, con gran <strong>de</strong>formación y<br />
estiramiento <strong>de</strong> la probeta antes <strong>de</strong> fracturarse. A temperaturas bajas, el material es frágil y se observa poca<br />
<strong>de</strong>formación en el punto <strong>de</strong> fractura. La temperatura <strong>de</strong> transición es aquella a la cual el material cambia<br />
<strong>de</strong> presentar una fractura dúctil a una frágil.<br />
Un material que vaya a estar sometido a impacto durante su funcionamiento <strong>de</strong>be tener una<br />
temperatura <strong>de</strong> transición inferior a la temperatura <strong>de</strong> operación. Por ejemplo, la temperatura <strong>de</strong> transición<br />
<strong>de</strong>l acero utilizado para un martillo <strong>de</strong> carpintero <strong>de</strong>be ser menor que la temperatura ambiente para evitar la<br />
fractura <strong>de</strong> la herramienta.<br />
No todos los <strong>materiales</strong> presentan una temperatura <strong>de</strong> transición (figura 7.18). Los metales BCC<br />
tienen temperatura <strong>de</strong> transición, pero la mayoría <strong>de</strong> los metales FCC no la tienen. Los metales FCC pue<strong>de</strong>n<br />
absorber altas energías, y éstas <strong>de</strong>crecen gradual y lentamente conforme disminuye la temperatura.<br />
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Figura 7.18.: Propieda<strong>de</strong>s <strong>de</strong> dos aceros <strong>de</strong> bajo carbono (estructura BCC) y un acero inoxidable FCC, en un <strong>ensayo</strong> Charpy<br />
con probeta con muesca en V.<br />
La energía <strong>de</strong> impacto correspon<strong>de</strong> al área <strong>de</strong>limitada por la curva esfuerzo real-<strong>de</strong>formación real. Los<br />
<strong>materiales</strong> que presentan alta resistencia y alta ductilidad, tienen una tenacidad a<strong>de</strong>cuada (figura 7.19). Los<br />
cerámicos, por otro lado, tienen escasa tenacidad <strong>de</strong>bido a que son quebradizos y virtualmente no presentan<br />
ductilidad.<br />
Figura 7.19.: El área <strong>de</strong>limitada por la curva esfuerzo-<strong>de</strong>formación real se relaciona con la energía <strong>de</strong> impacto. Aunque el<br />
material B tiene un menor esfuerzo <strong>de</strong> fluencia, absorbe mayor energía que el material A.<br />
Las muescas provocadas por un mecanizado, fabricación o diseño <strong>de</strong>ficientes, ocasionan concentración<br />
<strong>de</strong> esfuerzos, reduciendo la tenacidad <strong>de</strong>l material. La sensibilidad a las muescas <strong>de</strong> un material pue<strong>de</strong><br />
evaluarse comparando las energías absorbidas por probetas con muesca y sin ella. Las energías absorbidas<br />
por probetas con muescas son mucho menores si el material es sensible a las muescas.<br />
La energía absorbida y la temperatura <strong>de</strong> transición son muy sensibles a las condiciones <strong>de</strong> carga. Por<br />
ejemplo, una mayor rapi<strong>de</strong>z <strong>de</strong> aplicación <strong>de</strong> la energía <strong>de</strong> impacto a la muestra reducirá la energía absorbida<br />
e incrementará la temperatura <strong>de</strong> transición. El tamaño <strong>de</strong> las probetas también afecta los resultados; pue<strong>de</strong>n<br />
requerirse energías <strong>de</strong> impacto menores para romper <strong>materiales</strong> <strong>de</strong> mayor espesor. Finalmente, la<br />
configuración <strong>de</strong> la muesca pue<strong>de</strong> afectar el comportamiento; una grieta superficial permite absorber menores<br />
energías que una muesca en V. Debido a que frecuentemente no es posible pre<strong>de</strong>cir o controlar todas estas<br />
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condiciones, el <strong>ensayo</strong> <strong>de</strong> impacto se utiliza mejor para la comparación y selección <strong>de</strong> los <strong>materiales</strong>, que para<br />
obtener criterios <strong>de</strong> diseño.<br />
7.5.: Ensayo <strong>de</strong> fatiga.<br />
En muchas aplicaciones un componente se somete a la aplicación repetida <strong>de</strong> un esfuerzo inferior al <strong>de</strong><br />
fluencia <strong>de</strong>l material. Este esfuerzo repetido pue<strong>de</strong> ocurrir como resultado <strong>de</strong> cargas <strong>de</strong> rotación, flexión, o<br />
aun <strong>de</strong> vibración. Aunque el esfuerzo sea inferior al punto <strong>de</strong> fluencia, el metal pue<strong>de</strong> fracturarse <strong>de</strong>spués <strong>de</strong><br />
numerosas aplicaciones <strong>de</strong>l esfuerzo. Este tipo <strong>de</strong> falla es conocido como fatiga.<br />
Un método común para medir la resistencia a la fatiga es el <strong>ensayo</strong> <strong>de</strong> la viga en voladizo rotatoria<br />
(figura 7.20).<br />
Figura 7.20.: Dispositivo <strong>de</strong> prueba a la fatiga <strong>de</strong> viga en voladizo rotatoria.<br />
El extremo <strong>de</strong> una probeta mecanizada cilíndrica se monta en un dispositivo acoplado a un motor. En<br />
el otro extremo se suspen<strong>de</strong> un peso. La muestra soporta inicialmente una fuerza <strong>de</strong> tensión que actúa en la<br />
superficie superior, mientras que la superficie inferior se comprime. Después que la muestra gira 90º, los<br />
sitios que originalmente estaban en tensión y en compresión no reciben esfuerzo alguno sobre ellos. Después,<br />
a una rotación <strong>de</strong> 180º, el material que estaba originalmente en tensión está ahora en compresión y<br />
viceversa. De aquí que el esfuerzo en cualquier punto <strong>de</strong> la probeta pasa por un ciclo completo que va <strong>de</strong> cero<br />
a máxima tensión, y <strong>de</strong> cero a máxima compresión.<br />
Después <strong>de</strong> un número suficiente <strong>de</strong> ciclos, la muestra pue<strong>de</strong> fallar. Generalmente, se ensayan varias<br />
muestras a diferentes esfuerzos aplicados y los esfuerzos se grafican en función <strong>de</strong>l número <strong>de</strong> ciclos que lleva<br />
a la ruptura (figura 7.21).<br />
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Figura 7.21.: Diagrama <strong>de</strong> esfuerzo y número <strong>de</strong> ciclos a la fractura <strong>de</strong> un acero <strong>de</strong> herramientas y <strong>de</strong> una aleación <strong>de</strong> Al.<br />
Los dos resultados más importantes <strong>de</strong> una serie <strong>de</strong> <strong>ensayo</strong>s <strong>de</strong> fatiga son la duración a la fatiga para<br />
un esfuerzo en particular, y el límite <strong>de</strong> resistencia a la fatiga para el material. La duración a la fatiga indica<br />
cuanto dura un componente cuando un esfuerzo σ se aplica repetidamente al material. Si se va a diseñar una<br />
pieza <strong>de</strong> acero <strong>de</strong> herramientas que <strong>de</strong>be soportar 100.000 ciclos durante su vida útil, entonces <strong>de</strong>be<br />
diseñarse <strong>de</strong> manera que el esfuerzo aplicado sea menor que 90.000 psi (figura 7.21).<br />
El límite <strong>de</strong> resistencia a la fatiga es el esfuerzo por <strong>de</strong>bajo <strong>de</strong>l cual la falla por fatiga nunca ocurre.<br />
Para evitar que se rompa una herramienta <strong>de</strong> acero, se <strong>de</strong>be asegurar que el esfuerzo aplicado nunca sea<br />
mayor que 60.000 psi (figura 7.21).<br />
Algunos <strong>materiales</strong>, incluyendo algunas <strong>de</strong> las aleaciones <strong>de</strong> aluminio, no tienen un límite <strong>de</strong><br />
resistencia real. Para estos <strong>materiales</strong>, la duración a la fatiga es una consi<strong>de</strong>ración más crítica; los esfuerzos<br />
aplicados <strong>de</strong>ben ser lo suficientemente bajos, <strong>de</strong> modo que la falla no ocurra durante la vida útil <strong>de</strong><br />
componente. A menudo se especifica la resistencia a la fatiga, o esfuerzo por <strong>de</strong>bajo <strong>de</strong>l cual no ocurre la<br />
falla durante 500 millones <strong>de</strong> ciclos <strong>de</strong> repetición <strong>de</strong>l esfuerzo.<br />
Las fisuras o grietas <strong>de</strong> fatiga se inician en la superficie <strong>de</strong>l material al que se aplica el esfuerzo, don<strong>de</strong><br />
los esfuerzos son máximos. Cualquier <strong>de</strong>fecto <strong>de</strong> diseño o <strong>de</strong> fabricación en la superficie concentra los<br />
esfuerzos y propicia la formación <strong>de</strong> una fractura por fatiga. Algunas veces se obtienen superficies muy pulidas<br />
para minimizar la posibilidad <strong>de</strong> falla por fatiga.<br />
La resistencia a la fatiga se relaciona también con la resistencia <strong>de</strong>l material en la superficie. En<br />
muchas aleaciones ferrosas o a base <strong>de</strong> hierro, el límite <strong>de</strong> resistencia a la fatiga es aproximadamente la mitad<br />
<strong>de</strong> la resistencia a la tensión <strong>de</strong>l material. Esta relación entre ese límite y la resistencia citada es la relación<br />
<strong>de</strong> fatiga:<br />
límite <strong>de</strong> resistencia<br />
a la fatiga<br />
Re lación <strong>de</strong> fatiga=<br />
≈0.<br />
5<br />
resistencia<br />
a la tensión<br />
Si la resistencia a la tensión en la superficie <strong>de</strong>l material se incrementa, también aumenta la<br />
resistencia a la fatiga.<br />
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