1. Propiedades Mecánicas de los Materiales
(Clase 6: Propiedades Mecánicas)
1.1. Clasificación General de Propiedades
Físicas: magnéticas, eléctricas, ópticas, térmicas, acústicas, gravimétricas.
Químicas: resistencia a la oxidación y corrosión, composición y microestructura.
Dimensionales y tecnológicas: tolerancias, acabados, textura, fabricabilidad.
Mecánicas: comportamiento ante cargas o esfuerzos.
1.2. Principales Propiedades Mecánicas
| Propiedad | Definición | Ejemplo o interpretación |
|---|---|---|
| Elasticidad | Capacidad de volver a su forma original al cesar la carga. | Caucho. |
| Plasticidad | Deformarse permanentemente sin romperse. | Plástico moldeado. |
| Dureza | Resistencia a la penetración o rayado. | Diamante. |
| Tenacidad | Energía que puede absorber antes de romperse (**resistente + dúctil**). | Cobre. |
| Ductilidad | Deformarse por tracción sin romperse (en hilos). | Acero. |
| Maleabilidad | Deformarse por compresión sin romperse (en láminas). | Aluminio. |
| Fragilidad | Opuesto a ductilidad: se fractura **sin aviso**. | Vidrio. |
| Rigidez | Oponerse a la deformación. | Concreto. |
| Resiliencia | Capacidad de absorber energía elástica y liberarla. | Acero templado. |
| Fatiga | Ruptura por esfuerzos repetidos (**cíclicos**). | Ejes o resortes. |
1.3. Ensayos Mecánicos
Ensayo de Tracción:
Se aplica una carga y se mide el alargamiento.
Se obtiene el **diagrama esfuerzo–deformación**.
Propiedades que se determinan:
Módulo de Young (E) → **rigidez**.
Límite elástico → **deformación permanente**.
Resistencia a la tracción → **máximo esfuerzo**.
Ductilidad → % de alargamiento o reducción de área.
Tenacidad → área total bajo la curva.
Ensayo de Compresión:
Propiedad fundamental en **concreto**.
Mide la resistencia a cargas que reducen el tamaño.
Ensayo de Dureza:
Tipos de Ensayo de Dureza
**Brinell (HBW):** utiliza bola de acero.
**Vickers (HV):** utiliza pirámide de diamante.
Ensayo de Impacto (Charpy): mide la energía absorbida al fracturarse.
Ensayo de Fatiga: mide la resistencia a cargas cíclicas.
Ensayo de Flexión: mide resistencia a momento flector (vigas o losas).
1.4. Relaciones Fundamentales
Esfuerzo: σ = F / A
Deformación: ε = ΔL / L₀
Ley de Hooke: σ = E · ε
Coeficiente de Poisson: ν = −εt / εl
1.5. Diagramas y Curvas Clave
Diagrama Esfuerzo–Deformación Unitaria: con puntos clave:
Puntos Clave del Diagrama
Límite proporcional
Límite elástico
Punto de fluencia
Esfuerzo máximo
Esfuerzo de rotura
(💡 Aprende la forma de la curva para material dúctil y frágil.)
Comparación Dúctil vs. Frágil:
Dúctil → gran alargamiento antes de romper.
Frágil → ruptura súbita sin deformación.Curva de Resiliencia: área bajo la zona elástica.
Gráficas de Fractura Dúctil y Frágil (con cono y embudo vs. plana).
Ejemplo Curva Esfuerzo–Deformación del acero vs. caucho.
2. Diagramas de Fase y Aleaciones Ferrosas (Fe–C)
(Clases 9 y 10: Diagramas de Fase)
2.1. Conceptos Básicos de Diagramas de Fase
Aleación: mezcla metálica de dos o más elementos, al menos uno metálico.
Fase: porción homogénea con misma composición y estructura.
Sistema en equilibrio: no cambia con el tiempo.
Límite de solubilidad: máxima cantidad de soluto que puede disolverse.
Regla de la palanca: calcula fracciones de fases coexistentes.
2.2. Tipos de Diagramas de Fase
Un solo componente (agua, hierro puro): relación temperatura-presión.
Binario (dos componentes): temperatura-composición.
Ejemplo clásico: **Cu–Ni** (disolución sólida completa).
Permite conocer fases presentes, su composición y cantidad.
2.3. El Diagrama Hierro–Carbono (Fe–C)
Ejes: % de Carbono (x) vs. Temperatura (y).
2.3.1. Regiones Principales (Fases)
Ferrita (α): BCC, <0.02% C, **blanda y dúctil**.
Austenita (γ): FCC, hasta 2.1% C, **no magnética**, buena soldabilidad.
Cementita (Fe₃C): 6.67% C, **muy dura y frágil**.
Perlita: mezcla laminar de ferrita + cementita (0.76% C, 727°C).
Ledeburita: en fundiciones (>2.1% C), mezcla de cementita + austenita.
2.3.2. Puntos y Reacciones Clave
Eutectoide (0.76% C, 727°C): Austenita → Ferrita + Cementita (**Perlita**).
Eutéctico (4.3% C, 1130°C): Líquido → Austenita + Cementita (**Ledeburita**).
Líneas A1, A3, ACM: delimitan transiciones de fases.
2.4. Clasificación de Aceros según Contenido de Carbono
| Tipo | %C | Fases principales | Propiedades |
|---|---|---|---|
| Hipoeutectoide | 0.008–0.76 | Ferrita + Perlita | Dúctil, blando. |
| Eutectoide | 0.76 | Perlita | Dureza y ductilidad medias. |
| Hipereutectoide | 0.76–2.1 | Cementita + Perlita | Duro, frágil. |
2.5. Fundiciones de Hierro (2.1–4.3 % C)
| Tipo | Composición | Propiedades | Aplicaciones |
|---|---|---|---|
| Gris | 2.5–4% C, 1–3% Si | Fácil maquinado, resistente a vibración | Bloques, válvulas. |
| Nodular (esferoidal) | +Mg | Alta ductilidad, buena resistencia | Tuberías, cigüeñales. |
| Blanca | 1.8–3.6% C | Muy dura, frágil, difícil mecanizado | Desgaste. |
| Maleable | Cementita transformada | Dúctil, más trabajable | Piezas moldeadas. |
2.6. Tipos de Aceros Inoxidables
| Tipo | Elementos | Propiedades |
|---|---|---|
| Austeníticos (Cr–Ni) | 16–28% Cr, 7–22% Ni | No magnéticos, **resistentes a corrosión**. |
| Ferríticos (Cr) | 11.5–23% Cr | Magnéticos, moderada resistencia. |
| Martensíticos (Cr + C) | 12–17% Cr | Endurecibles, duros, frágiles. |
| Dúplex (Cr–Ni) | Cr 18–26%, Ni 4–7% | Magnéticos, buena resistencia y soldabilidad. |
2.7. Recursos Visuales Recomendados
Diagrama Fe–C completo → con líneas A1, A3, ACM, eutectoide y eutéctico.
Microestructuras:
Ferrita (clara y blanda).
Cementita (oscura y dura).
Perlita (laminar, clara y oscura).
Ledeburita (zona de fundiciones).
Diagrama Cu–Ni → ejemplo de disolución sólida completa.
Ejemplos de micrografías de aceros hipoeutectoides, eutectoides e hipereutectoides.
Diagrama comparativo de aceros y fundiciones según % de C.