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Apuntes Metalurgia Mecnica 1

INTRODUCCIN DEL CURSO:

La Ingeniera Metalrgica es la encargada de aplicar la fsica, la qumica, la

matemtica, y la economa para proveer a la sociedad de los metales que demanda

para su desarrollo. Para llevar a cabo su actividad, el ingeniero metalrgico se apoya

en los conocimientos desarrollados por los cientficos, para mejorar los procesos de

produccin existentes, producir nuevas aleaciones y optimizar las aplicaciones para los

metales que produce, haciendo de la ingeniera una Ciencia Aplicada. Sin embargo, enla prctica, el ingeniero es ms bien visto como un resolvedor de problemas y para ello

no slo se basa en la ciencia, sino que tambin hace uso de su experiencia, intuicin y

sentido comn.

Dentro de la Ingeniera Metalrgica, la Metalurgia Mecnica es una disciplina

fundamental, pues tiene que ver principalmente con las operaciones que dan forma y

propiedades en la fabricacin de piezas metlicas y con la evaluacin de su desempeo

en servicio. En su aspecto terico; bsicamente es una ciencia que se dedica al estudio

de los mecanismos de deformacin y fractura y a su vez estudia las caractersticas

estructurales y microestructurales que aportan las propiedades mecnicas de los

metales. El resultado de estos estudios es el establecimiento de teoras y leyes, muchas

veces expresadas en forma matemtica, que determinan las relaciones entre las

caractersticas intrnsecas de los metales y el comportamiento observado bajo la accin

de fuerzas externas. Muchos de los principios y teoras de la Metalurgia Mecnica son

empleados para el diseo y procesamiento de metales y por lo mismo estn

ntimamente ligadas con la prctica de la ingeniera. Para el ingeniero metalrgico, la

Metalurgia Mecnica es una herramienta que le proporciona las bases para analizar y

comprender el comportamiento de las piezas metlicas que fabrica, cuando stas son

sometidas a cargas.

Los ingenieros metalrgicos y los profesionistas dedicados a la ciencia de

materiales son, bsicamente proveedores de materiales para las otras ingenieras y por

lo tanto su funcin es buscar aquellos materiales que tengan las propiedades que los


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ingenieros reclaman o de lo contrario, informarlos acerca de la resistencia mxima del

material. Ellos aplican el conocimiento obtenido por los cientficos para producir los

objetos, estructuras y mquinas que demandan la industria y la sociedad en general.

Los ingenieros metalrgicos, desarrollan los procesos para la produccin de los

materiales y se aseguran que los materiales se desempeen adecuadamente en el

servicio. Aunque su herramienta principal de trabajo es el conocimiento cientfico, los

ingenieros con frecuencia recurren al criterio ingenieril, que es una combinacin de

experiencia e intuicin, para cubrir los huecos en el conocimiento. Cuando ni el

conocimiento cientfico ni el criterio ingenieril son suficientes para garantizar un diseo,

los ingenieros hacen uso de los famosos factores de seguridad, que son un exceso enlas dimensiones, resistencia del material o una disminucin de las cargas permitidas,

que permiten tener cierta confianza en el desempeo de los materiales cuando se

sospecha la existencia de defectos y sobrecargas.

En el contexto cientfico, la Metalurgia Mecnica busca comprender y ampliar el

conocimiento acerca de la respuesta de los materiales metlicos a la accin, de las

fuerzas que actan dentro y fuera de l. En la ingeniera, la Metalurgia Mecnica se

aplica en el desarrollo y control de los procesos de produccin que modifican la forma

fsica y las propiedades mecnicas durante la fabricacin de partes metlicas, y

tambin se aplica en la evaluacin del desempeo de componentes estructurales y

mecnicos en servicio, desde su puesta en operacin y hasta el fin de su vida til.

Desde el punto de vista tcnico, quiz el aporte ms importante de la Metalurgia

Mecnica es el desarrollo de las diferentes pruebas de evaluacin de propiedades

mecnicas, destacando entre otras: el ensayo de dureza, el ensayo de tensin y las

pruebas de la Mecnica de Fractura.

El campo de la Metalurgia MecnicaLa Metalurgia Mecnica es la parte de la fsica que se refiere al estudio de la

relacin entre las cargas externas que actan en un cuerpo slido las fuerzas internas y

deformaciones que se producen como resultado de esta accin. Es mecnica, porque se

refiere al anlisis de las fuerzas y sus reacciones en un cuerpo, sin importar las causas

que las producen y sin alterar la materia y es metalurgia, porque se enfoca al estudio de

cuerpos metlicos.


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El comportamiento de los slidos metlicos cuando son sometidos a la accin de

las cargas o tracciones externas es por lo tanto el campo de la Metalurgia Mecnica,

dividiendo este campo para su estudio en tres partes:

Comportamiento Macroscpico

El comportamiento macroscpico es la respuesta del cuerpo como un todo, a la

accin de las cargas. Para realizar el anlisis se considera que el cuerpo es un slido,

continuo, homogneo e inicialmente isotrpico. En trminos simples, estas

consideraciones significan que el cuerpo est hecho de una misma sustancia, que no

contiene vacos y que sus propiedades son las mismas en todas direcciones. Esto no es

completamente realista, ya que como sabemos, todos los slidos contienen huecos,cavidades, etc.; no necesariamente estn hechos de una misma sustancia y sus

propiedades varan segn la direccin en que se evalen, pero como la magnitud de

estas desviaciones no son significativas cuando se comparan con las dimensiones

reales del cuerpo, los anlisis realizados son razonablemente vlidos.

Mecanismos de Deformacin y Endurecimiento

La segunda parte de la Metalurgia Mecnica, estudia la manera cmo ocurre la

deformacin en los slidos y los mecanismos que originan la resistencia de los

materiales. Estos tpicos se conocen como: Mecanismos de Deformacin y

Endurecimiento. En este caso, el anlisis ya no se puede basar ms en la mecnica del

medio continuo, debido a que precisamente los mecanismos de deformacin y

endurecimiento dependen de la constitucin interna del metal y el anlisis

necesariamente es llevado a un nivel microscpico. La deformacin plstica de los

materiales es resultado del movimiento de defectos, por lo que el conocimiento de la

cristalografa, la micromecnica de los defectos cristalinos y de la constitucin

microestructural de los materiales es indispensable. El objetivo final de esta parte de la

Metalurgia Mecnica, es comprender cmo ocurre la deformacin plstica y cul es el

origen de la resistencia mecnica, para as desarrollar los materiales y tratamientos que

aporten las propiedades buscadas en stos. El desarrollo de la tecnologa requiere de

materiales que tengan la combinacin de propiedades mecnicas esperadas. Para

realizar este diseo de una manera ms eficiente es necesario comprender el origen de

la resistencia mecnica de los materiales y la manera en que se deforman y fracturan.


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La Figura 1 muestra lo anterior. La fuerza externa F, es la misma en ambos casos, pero

el rea A (cantidad de partculas) que resiste la fuerza interna resultante es diferente.

Como se puede observar, la magnitud del efecto es directamente proporcional a F e

inversamente proporcional a A, de manera que la magnitud del efecto interno puede ser

evaluado por la relacin: F/A. Si la relacin F/A es grande el efecto es grande. Si la

relacin F/A es pequea, el efecto es pequeo. A esta relacin se le llama esfuerzo y se

define usualmente con la letra griega sigma ().

Figura 1: Efecto de la aplicacin de una fuerza en un slido.

Por lo tanto, el esfuerzo es la magnitud de la reaccin interna producida en un

slido bajo la accin de una carga externa.

As, la base de la Metalurgia Mecnica es el anlisis de los esfuerzos y

deformaciones en los cuerpos slidos metlicos. Esto tiene una importancia prctica

fundamental, pues bsicamente, toda pieza o estructura metlica es construida con un

fin: soportar y transmitir una fuerza externamente aplicada.

Un principio prctico de diseo, derivado de la definicin de esfuerzo es poner

ms material donde hay mas esfuerzos.Esto en una manera de hablar es aumentar el

rea para reducir el esfuerzo. Este principio lo observamos cotidianamente en muchos

casos; dos ejemplos tpicos son las paredes de las presas y las vigas. En el primer

caso, como muestra la Figura 2(a), los esfuerzos mayores estn en la base de la pared,

por tener ah la mxima presin, por lo tanto la pared de la presa es ms ancha en ese


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nivel y su espesor disminuye a medida que se aproxima a la superficie del agua. En el

caso de la viga, mostrado en la Figura 2(b), los esfuerzos de flexin en una viga

horizontal que soporta un peso P, son mximos en los bordes de la viga, mientras que

al centro se tiene un eje neutro donde los esfuerzos son nulos. Aprovechando este

hecho, las secciones superior e inferior de la viga se ensanchan para soportar tales

esfuerzos, mientras que el centro permanece esbelto, economizando enormemente en

peso y volumen.

As, la Metalurgia Mecnica tiene las tareas de evaluar la magnitud de los

esfuerzos y las deformaciones producidas y determinar si el metal tiene la suficiente

resistencia para soportar esas fuerzas sin deformarse excesivamente o llegar a la

fractura. Esta segunda tarea define lo que son las pruebas mecnicas, como las de

tensin, dureza y resistencia al impacto.

La Metalurgia Mecnica se basa para su anlisis en las condiciones de equilibrio

que existen entre las fuerzas externas que se aplican a un slido y las fuerzas internas

que se oponen a la accin de estas y busca establecer las relaciones matemticas entre

los esfuerzos y las deformaciones. Bajo las condiciones anteriores, el primer paso es

establecer qu ocurre al aplicar una fuerza en un slido. La manera ms simple de

observar lo anterior es aplicar una fuerza de tensin en un cuerpo de seccin transversal

Figura 2: Poner mas material donde hay mayor esfuerzo


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regular y registrar los cambios en las dimensiones del cuerpo. La Figura 3 ilustra lo

anterior.

Figura 3: Comportamiento en tensin

Como se puede observar, al principio el cambio de dimensiones es proporcional a

la magnitud de la carga aplicada; adems de que es reversible, es decir, que al retirar la

carga el cuerpo recupera su forma y dimensiones originales. A este comportamiento se

le denomina Elasticidad.En la mayora de los materiales y en especial en los metales,

cuando el esfuerzo producido por la carga rebasa un valor limite, el cambio de forma se

vuelve permanente, diciendo que en este caso el material esta en condiciones de

plasticidad. Finalmente, Cuando el material no puede continuar deformndose,

sobreviene la fractura.

El lmite elstico o lmite de cedencia o fluencia, es el esfuerzo a partir del cual un

material comienza a deformarse permanentemente (deformacin plstica). En muchas

aplicaciones de ingeniera si una pieza se deforma plsticamente, deja de funcionar

adecuadamente, por ello los diseos de ingeniera se hacen de tal manera que el

esfuerzo no rebase el lmite de cedencia.

La Importancia de las Matemticas

En ciencias e ingeniera siempre es necesario expresar la solucin de un

problema como un nmero y no simplemente como una aproximacin y para ello se

usan las matemticas. Por ejemplo, si se requiere de un cable que soporte una carga de


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cuatro toneladas y que su seccin transversal no exceda dos centmetros cuadrados, ,se

debe especificar la resistencia mnima requerida como un nmero, es decir 2 ton/cm,

pues no bastara con decir "un cable de alta resistencia", pues no sabramos cuanto es

"alta resistencia" para un cable. Si el cable es de acero, 2 ton/cm es una resistencia

baja, pero si el cable es de polietileno, la resistencia es muy alta.

Las relaciones matemticas son importantes para tomar decisiones prcticas que

de otra manera requerirn costosos mtodos de prueba y error. (Jorge Luis Gonzlez

Velsquez).

UNIDAD 1: CONFORMACIN PLSTICA DE LOS METALES.

1.1 INTRODUCCIN.

La capacidad de los metales para deformarse plsticamente es una de las

caractersticas mas valiosas, pues permite elaborar el metal en chapas y flejes,

laminarlo o estirarlo para formar varillas, redondos, tubos y perfiles, es decir dar formas

tiles al metal slido. Cuando la deformacin plstica tiene lugar en fro, se produce una

notable consolidacin del metal, lo que permite conseguir resistencias mecnicas

elevadas en aleaciones que no se les puede aumentar a travs de tratamientos

trmicos.

El aumento de resistencia que adquiere el metal por la deformacin en fro exige

incrementar continuamente el esfuerzo necesario si se ha de continuar la operacin de

conformacin. Pero muchas veces el metal se hace demasiado duro y frgil y es

necesario ablandarlo de nuevo antes de continuar, lo que se lleva a cabo por

calentamiento intermedio (recocido intermedio), el cual produce una reorganizacin

estructural que elimina la fragilidad introducida por la deformacin en fro.

1.2 NATURALEZA DE LA DEFORMACIN PLSTICA.

La capacidad de los metales para deformarse sin romperse ha de atribuirse

exclusivamente a su estructura atmica. El metal es un enrejado de tomos sumergidos

en una nube de electrones que permite el desplazamiento de los enlaces atmicos y

hace fcil el intercambio de electrones.


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Como cada tomo no esta particularmente enlazado a los electrones ni a otros

tomos, resulta fcil el deslizamiento a lo largo de ciertas direcciones cristalogrficas,

que se produce sin rotura de enlaces. Una parte del metal puede deslizarse respecto a

otra, sin que se produzca la rotura, a lo largo de ciertos planos atmicos. La

deformacin progresiva segn muchos planos atmicos cambia la forma externa del

metal. Por eso es deformable.

1.3 CONFORMACIN EN CALIENTE Y EN FRO.

La deformacin en fro aumenta la dureza y la resistencia de los metales. Se dice

que les da acritud y el efectose llama endurecimiento por deformacin. Se puededefinir la deformacin en fro como aquella deformacin plstica que ocurre a una

temperatura y velocidad tales que provoca un endurecimiento del metal.

Cuando el metal se deforma a una temperatura suficientemente alta, como para que

no se produzca endurecimiento, porque el que producira la deformacin es

simultneamente eliminado por el efecto de la temperatura de trabajo, se dice que se

deforma en caliente (conformado en caliente). La deformacin en caliente ser aquella

que se realiza a una temperatura y velocidad tales que no se produzca acritud.

La temperatura lmite entre la deformacin en fro y la deformacin en caliente

depende del metal que se trabaja y de la velocidad de la deformacin. El ablandamiento

de los metales deformados en fro se debe principalmente a la recristalizacin,

fenmeno por el que los cristales viejos deformados y sometidos a tensiones se

transforman en otros nuevos, libres de perturbaciones y tensiones. La temperatura

recristalizacin no es una constante para un metal dado, sino que depende del tiempo

que se mantenga la temperatura, de la magnitud de la deformacin plstica que haya

sufrido y de otras variables.

La temperatura lmite para la deformacin en fro es la mxima a la que el metal

retiene la acritud. La temperatura mxima para la conformacin en caliente esta

determinada por diversas consideraciones, tales como la fusin insipiente del slido, la

oxidacin interna de los bordes de grano y la formacin excesiva de cascarilla por

oxidacin de la superficie del metal.


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1.3.1 CONFORMADO EN FRIO:

Como se ha dicho el conformado en fro es un proceso por el cual una aleacin

es simultneamente deformada y endurecida. La deformacin en fro se produce por

deslizamiento o por maclaje; en ambos casos se desplazan los tomos unos con

relacin a otros y originan la deformacin permanente.

El deslizamiento ocurre sobre ciertos planos cristalogrficos (Figura 1.1). Es

anlogo al resbalar las cartas de una baraja y produce una deformacin en

escalones del cristal. Metalogrficamente, es fcil reconocer el deslizamiento

porque aparecen rayas sobre una superficie pulida (Figura 1.2) que desaparece

con un repulido posterior.

Figura 1.1: Deslizamiento de una estructura cbica. La orientacin de las redes se

mantiene despus del deslizamiento. Bloques enteros se desplazan sobre planos de

deslizamiento.


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Figura 1.2: Formacin de las lneas de deslizamiento en una superficie pulida.

El deslizamiento ocurre a lo largo de unos planos particulares, llamados planos de

deslizamiento, y segn ciertas direcciones cristalogrficas de estos. Cuando hay

muchos planos y direcciones de deslizamiento posibles es fcil la deformacin plstica;

sucede lo contrario si hay pocos que ofrezcan facilidades. En este ltimo caso el metal

es ms resistente y menos dctil.

El maclaje, ayuda a deformar mas fcilmente que por deslizamiento en algunos

metales, y otros tienen los dos mecanismos. El maclaje ocurre cuando los planos

atmicos se desplazan cada uno con relacin a otro adyacente en una magnitudfija que es una fraccin del espacio interatmico. Como en el deslizamiento, el

maclaje se presenta segn ciertos planos cristalogrficos y direcciones

contenidas en ellos.

La figura 1.3, muestra los movimientos de cizalle necesarios para producir una

macla en una red cbica centrada.

Como la capa maclada tiene diferente orientacin cristalogrfica que el cristal

original no maclado, es fcil observar y diferenciar la macla mediante el ataque

microscpico. Las maclas siguen siendo visibles aunque se vuelva a pulir y atacar la

probeta despus de producidas.


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Figura 1.3: Relaciones de macla en una red cbica de caras centradas.

Comparacin entre el deslizamiento y el maclado.

Estos dos tipos de deformacin se diferencias en:

1. La magnitud del desplazamiento: En el desplazamiento los tomos se

desplazan un nmero entero de espaciados interatmicos, mientras que

en el maclado los tomos se desplazan cantidades fraccionadas de dicho

espaciado, dependiendo su valor de su distancia al plano maclado.

2. Aspecto al microscopio: El deslizamiento se presenta como lneas finas,

mientras que el maclado aparece bajo la forma de lneas anchas o

bandas.

3. Orientacin de la red: En el deslizamiento, la orientacin de la red se

modifica muy ligeramente y los escalones son visibles nicamente en la

superficie del cristal. Si se pule la superficie y se eliminan estos escalones,

no hay ninguna seal que nos permita conocer que el metal ha sufrido

una deformacin por deslizamiento. Sin embargo, en el maclado, como la

orientacin de la red de la regin deformada es distinta, aunque el pulido

elimine los escalones de la superficie, siempre puede revelarse esta

regin, atacando la superficie con los reactivos apropiados, que pongan

de manifiesto las diferentes orientaciones.


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Influencia del trabajo en fro sobre las caractersticas de los metales:

Todas las caractersticas de los metales que dependen de su estructura cristalina

son afectadas por las deformaciones plsticas o trabajo en fro. As, la resistencia a la

traccin, el limite de elasticidad prctico y la dureza aumentan, mientras que la

ductilidad, expresada por el porcentaje de alargamiento, disminuye (tabla 1.1). Sin

embargo, la variacin de estas propiedades no es la misma para todas ellas. As, por

ejemplo, la dureza aumenta por lo general con mayor rapidez en el primer 10% de

reduccin, mientras que el aumento de resistencia a la traccin es sensiblemente lineal.

El crecimiento del limite elstico prctico es mayor que el de resistencia a la traccin,

por lo que, conforme aumenta la deformacin, disminuye la diferencia entre los valoresde estas dos propiedades (Figura 1.4). Esto reviste gran importancia en algunas

operaciones de conformado, en las que se requiere grandes deformaciones. En el

estirado, por ejemplo, la carga aplicada debe ser superior al punto de fluencia para que

las deformaciones que se obtengan sean de cierta importancia, pero inferior a la

resistencia de traccin para evitar la rotura del material. Si la diferencia entre estos

valores es pequea, la aplicacin de la carga requiere un control muy riguroso.

Reduccin porlaminacin en fro,

en porcentaje

Resistencia a latraccin Kg/mm2

Alargamiento, % en2 pulgadas

Dureza Rockwell

0 30,2 70 12

10 33,7 52 62

20 37,2 35 83

30 42,2 20 84

40 49,8 12 94

50 56,2 8 97

60 63,3 6 100

Tabla 1.1: Influencia de la deformacin plstica sobre las caractersticas de traccin del

latn 70:30.


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Figura 1.4: Efecto del trabajo en fro sobre la resistencia a la traccin y limite elstico

prctico del cobre.

La ductilidad se comporta de manera opuesta a la dureza, ya que en el primer

10% de reduccin la disminucin es muy rpida, luego sigue en una proporcin mas

moderada.

La distorsin de las estructuras cristalinas obstaculiza el movimiento de los

electrones, por lo que la conductividad elctrica disminuye. Esta disminucin es

pequea en los metales puros, aunque en las aleaciones adquiere cierta importancia.

El aumento de energa interna, principalmente en los contornos de grano, trae

como consecuencia una disminucin de la resistencia del material a la corrosin, al

hacerlo mas susceptible a la corrosin intergranular.


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Figura 1.5: Efecto del trabajo en fro sobre la conductividad elctrica del aluminio

puro; del cobre puro; del Cu + 30% de Ni; del Cu + 3% de Si; del Cu + 5 y 7.5% de Al;

del Cu + 10, 20, 30% de Zn.

El trabajo en fro se puede calcular segn la formula:

% trabajo en fro = 100*O

FO

A

AA

1.3.2 RECOCIDO

Se designa as a un tratamiento cuyo objeto es destruir mediante un

calentamiento la estructura distorsionada por el trabajo en fro y hacer que adopte una

forma libre de deformaciones. Este proceso se realiza totalmente en el estado slido, y

el calentamiento va seguido normalmente de un enfriamiento lento en el horno desde la

temperatura alcanzada. El proceso de recocido puede dividirse en tres fases:

restauracin o recuperacin, recristalizacin y crecimiento de grano.

Recuperacin: La recuperacin, o recocido para eliminacin de esfuerzos residuales,

es un tratamiento trmico de baja temperatura diseado para reducir o eliminar los

esfuerzos residuales. La microestructura contiene granos deformados que contienen a


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su vez un gran nmero de dislocaciones en forma de red. Cuando calentamos el metal

a temperatura levemente elevadas las dislocaciones se mueven y rearreglan, mientras

que los esfuerzos residuales se reducen y finalmente se eliminan.

La conductividad elctrica tambin aumenta, pero la microestructura no presenta

ningn cambio apreciable. Industrialmente, este tratamiento de estabilizacin a bajas

temperaturas se denomina recocido de alivio de tensiones.

Recristalizacin:Al aumentar la temperatura de recuperacin se hacen perceptibles en

la microestructura nuevos cristales diminutos. Estos tienen la misma composicin y

estructura cristalina que los granos originales sin deformar, y su forma no es alargada,sino que son aproximadamente de dimensiones uniformes (equiaxiales). Por lo general

se suelen desarrollar en las zonas del grano ms intensamente deformadas, como

suelen ser los contornos de grano y los planos de deslizamiento. Las agrupaciones de

tomos que dan origen a estos nuevos cristales se denominan ncleos. El fenmeno de

la recristalizacin puede considerarse como la combinacin de dos procesos distintos,

uno de nucleacin de granos libres de distorsin y el otro de crecimiento de estos

ncleos, los cuales se desarrollan absorbiendo el material inestable trabajado en fro.

Una idea de cmo se realiza el proceso, se hace estudindolo en funcin de la

energa de la red. Al hablar de la deformacin plstica dijimos que los planos de

deslizamiento y los contornos de grano eran puntos localizados de energa interna

elevada, debido a la acumulacin de dislocaciones en ellos. Ahora bien, la misma

naturaleza de la acritud impide a los tomos o dislocaciones de la red distorsionada

moverse para formar una red libre de distorsin.

Al aumentar la duracin del recocido, disminuye la temperatura de

recristalizacin. El tiempo de recocido tambin tiene su influencia, pues con ms tiempo

la temperatura necesaria ser menor (figura 1.6).


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crecimiento de grano y a cada temperatura de calentamiento existe un tamao de grano

mximo, para el cual estas dos fuerzas se encuentran en equilibrio.

Por tanto, tericamente es posible conseguir granos de tamao muy grande con

solo mantener el material durante largo tiempo a las temperaturas mas elevadas de la

regin de crecimiento de grano.

La velocidad de enfriamiento desde la temperatura de recocido tiene un efecto

despreciable sobre el tamao de grano final. Este factor puede tener influencia

nicamente en el caso de que el material haya sufrido un calentamiento a temperatura

elevada en la zona de crecimiento de grano y el enfriamiento subsiguiente se haya

realizado con lentitud. En este caso el material puede tener todava durante elenfriamiento energa suficiente para que los granos continen creciendo, lo que puede

dar lugar a que en algunas zonas la estructura sea grosera.

Los ciclos de conformado en fro y recocido:

La deformacin en fro endurece y resta ductilidad a los metales. Si es excesiva

el metal puede romperse antes de conseguir darle la forma y el tamao deseado. Para

evitar esto la deformacin se realiza en varias etapas, entre las que se intercalan

recocidos intermedios con el propsito de ablandar y dar la ductilidad necesaria para la

operacin de conformado posterior. El proceso repetido de conformacin en fro y

recocido es un ciclo de estas operaciones teniendo en cuenta las propiedades

mecnicas que se desean.

Cuando se desean un producto final completamente blando, a la ltima

deformacin en fro debe seguir un recocido de recristalizacin. Si, por el contrario, se

desea un producto final mas duro, la operacin final ser un conformado en fro.

Suele resultar ms fcil lograr las propiedades finales por una ltima deformacin

en fro que por un recocido incompleto del metal totalmente endurecido. El

ablandamiento parcial solo puede obtenerse por recristalizacin parcial y, a veces, por

un tratamiento largo a las temperaturas de restauracin. Ninguno de estos mtodos

permite un control seguro de las propiedades ni resulta econmico. La disminucin de

la dureza y resistencia durante la recristalizacin es relativamente rpida, y bastan

pequeas diferencias de temperatura en la carga de un horno o poca variacin en el


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tiempo de tratamiento para provocar diferencias notables en las propiedades del metal

parcialmente recristalizado.

Las piezas bien acabadas por conformado en fro, con la forma, tamao y

propiedades deseadas, necesitan todava un recocido de alivio de tensiones para evitar

la posibilidad de un envejecimiento por deformacin o la corrosin bajo tensiones.

Figura 1.7: Ciclo de recocido y deformacin en fro.

El metal endurece y aumenta la resistencia y pierde ductilidad por la

deformacin. Antes que el metal se rompa se detiene la deformacin en X. Si el metal

se ha deformado hasta el punto X se somete a un recocido de una hora a la

temperatura Y, se recupera la ductilidad y resistencia iniciales. A fin de obtener

propiedades intermedias se recuece el metal lo suficiente para que con una

deformacin final se puedan obtener las propiedades deseadas.


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1.3.3 CONFORMADO EN CALIENTE

La conformacin en caliente se realiza a temperaturas tales que el metal no

puede tomar acritud. Se emplea por dos razones: dar forma de objetos tiles al metal y

conseguir mejores propiedades que las de una pieza colada. En la conformacin en

caliente se produce un autorrecocido; la recristalizacin sigue la deformacin sin

solucin de continuidad. Este autorrecocido evita el endurecimiento y la prdida de

ductilidad tpicos de la conformacin en fro, y permite continuar la conformacin sin

recocidos intermedios. Es de tener en cuenta que a temperatura elevada disminuye

tambin la resistencia a la fluencia del metal, y la conformacin puede realizarse con

esfuerzos mucho menores.

Ventajas de la conformacin en caliente.

La conformacin en caliente se efecta para lograr la forma deseada gastando

un mnimo de energa y obtener las mejores propiedades mecnicas del metal que se

trabaja. Es til en la obtencin de deformaciones demasiado grande que no sera

posible realizar, por lo menos econmicamente, mediante la conformacin en fro. Las

fuerzas a aplicar y los equipos necesarios son mas pequeos que cuando se trabaja el

metal en fro.

Durante la conformacin en caliente es posible eliminar defectos tales como las

sopladuras, la porosidad interna y la segregacin, por lo menos en gran proporcin, con

lo que se consolida el metal y aumenta su densidad. Las grandes dendritas del material

bruto de colada se afinan transformndose en granos equixicos mas pequeos, lo que

mejora las propiedades del producto.

La deformacin plstica a las temperaturas de la conformacin en caliente tiene

un efecto marcado sobre las segregaciones, porque el deslizamiento a lo largo de los

planos cristalogrficos produce una mezcla de los tomos, que facilita la eliminacin de

las microsegregaciones y las segregaciones intragranulares. La temperatura elevada

facilita tambin la difusin.

Las inclusiones no metlicas de diversas composiciones se aplastan y alargan

cuando el metal es alargado, hacindose menor su efecto perjudicial por estar menos

localizado. Resulta una estructura de fibra, la cual se pone de manifiesto atacando una


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seccin longitudinal del metal. La fibra indica la direccin en la que el metal fluy

durante la conformacin. No se debe suponer que la presencia de fibra es indicacin de

resistencia o de malas propiedades. Solo patentiza la direccin del flujo del metal y del

alargamiento de la estructura.

Los mejores resultados del trabajo en caliente se alcanzan cuando, por una

tcnica de conformacin adecuada, se consigue orientar la fibra favorablemente

respecto a los esfuerzos durante el servicio.

Limitaciones de la conformacin en caliente:

Las limitaciones son consecuencias de las elevadas temperaturas necesarias.Sobre la superficie del material se forma rpidamente xido durante el calentamiento y

el trabajo, lo que puede causar rugosidad superficial de los productos acabados o

excesiva prdida de material por formacin de cascarilla. Adems, las dilataciones que

sufre el material al calentarse y la contraccin en el enfriamiento no permiten lograr tan

buen acabado superficial ni la exactitud extrema de dimensiones como las que son

posible por conformacin en fro.

Otra limitacin en los aceros es la descarburacin superficial. El carbono se

pierde durante el calentamiento en los hornos y mientras se manipula en el aire. Con

ello se debilita la superficie y puede ser desventajoso en muchas aplicaciones,

especialmente cuando las piezas estn sometidas a esfuerzos alternativos y puedan

fallar por fatiga. Las roturas por fatiga se inician casi exclusivamente en la superficie y

no en el interior de las piezas.

Mecanismo de la conformacin en caliente:

El mecanismo de la deformacin plstica durante la conformacin en caliente es

parecido al de la conformacin en fro. Se producen deslizamientos y maclas

simultneamente con restauracin, recristalizacin y crecimiento de grano. La

secuencia en que estos fenmenos se producen se esquematiza en la figura 1.12. el

metal aplastado entre los cilindros se alarga y comprime; pero en cuanto los abandona,

empieza a recristalizar el metal caliente en los bordes de grano y pronto se ha

completado el proceso. Inmediatamente empieza el crecimiento de grano hasta


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alcanzar un tamao que depende de la temperatura de trabajo. Cuanto mas elevada

sea, mas rpida son la recristalizacin y la coalescencia, y mayor es el tamao final del

grano.

Figura 1.8: Representacin esquemtica de los efectos metalrgicos de la laminacin

en caliente.

Temperatura de la conformacin en caliente:

La temperatura mnima para la conformacin en caliente es aquella a la que no

se produce endurecimiento por deformacin. Si se disminuye progresivamente la

temperatura se llega aun punto en que la recristalizacin y el ablandamiento no pueden

compensar con rapidez los efectos endurecedores de la deformacin plstica.

Con el aumento de la temperatura disminuye el limite de fluencia y se necesita

menos fuerza o presin para trabajar el metal. Lo mejor sera trabajar a temperaturas lo

mas elevadas posibles, justamente debajo de la lnea solidus, pero hay factores quelimitan la temperatura superior. Entre ellos cuentan la fusin incipiente del metal, la

formacin de excesiva cascarilla sobre la superficie, la oxidacin de los bordes de

grano, etc.

La oxidacin de los bordes de grano o su fusin incipiente suelen denominarse

quemado, lo que hace referencia a una temperatura excesiva. Es natural que la mxima


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temperatura de conformacin en caliente sea seguramente mas baja que la de

quemado.

Control del tamao de grano:

El tamao de grano de los productos conformados en caliente depende

esencialmente de la temperatura a que acaba el conformado. Cuando la conformacin

en caliente se detiene a temperaturas considerablemente superiores a la mnima se

produce crecimiento de grano.

Los metales que no tienen cambios polimrficos no pueden tratarse

trmicamente para modificar el tamao de grano, ya que no pueden recristalizar sin unadeformacin plstica previa. Calentando un metal sin tensiones, solo se consigue

aumentar el tamao de grano, por lo que la temperatura de acabado de conformacin

en caliente es el factor decisivo para controlarlo.

Velocidad y uniformidad del calentamiento:

Hay tendencia a calentar el metal demasiado rpido. El calor es absorbido por la

superficie de la carga y conducido hasta el centro de la seccin por el gradiente de

temperatura. En hornos de alta temperatura, la velocidad con que se cede calor es

mayor que aquella con que puede ser transmitido hasta el centro de las piezas, por lo

que siempre hay peligro de sobrecalentamiento superficial, y aun de quemado y fusin

de la superficie.

La falta de uniformidad en el calentamiento se debe en ocasiones a una

sobrecarga de los hornos o a una mala colocacin de la carga en ellos.

Velocidad de enfriamiento:Las masas grandes de metal son sensibles el enfriamiento rpido, que pueden

provocar agrietamientos. Se producen grietas internas porque la diferencia de

temperatura entre el interior y el exterior origina contracciones desiguales y tensiones

internas.

Algunos aceros son muy sensibles a ciertos defectos internos, llamados copos o

grietas capilares, causados al aparecer por el hidrgeno existente dentro del metal


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slido. Durante el calentamiento se difunde hidrgeno hacia el interior del acero, y el

enfriamiento rpido desde la temperatura de conformacin en caliente lo atrapa dentro

del metal y provoca tensiones internas, adems del efecto de las diferencias de

temperatura.

Otra forma de combatir los copos es enfriar el metal muy lentamente desde la

temperatura del trabajo en caliente, con el fin de que haya tiempo para la salida del

hidrgeno por difusin.

1.4 INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA:

Al decir que una temperatura es alta o baja lo hacemos en termino relativos, yaque tomamos como referencia el medio ambiente. Lo que en el caso de metales de bajo

punto de fusin, como el plomo y el estao, se considera como temperatura elevada, al

referirnos a metales de alto punto de fusin, como el tungsteno, puede ser una

temperatura baja. Por consiguiente, los metales de punto de fusin mas bajo

presentarn unas caractersticas a baja temperatura, las cuales requieren para su

presentacin, en otros metales, temperaturas relativamente mas altas. As, por ejemplo,

para que el hierro cristalice despus de una deformacin en fro, se necesita calentarlo

a una temperatura de 540C aproximadamente, mientras que en el plomo y estao esta

recristalizacin se lleva a efecto a temperatura ambiente. Normalmente, las

caractersticas de los metales se determinan a la temperatura ambiente, y la idea que

nosotros tenemos de los metales esta fundada en su comportamiento a las

temperaturas normales. Cuando la temperatura vara, bien sea aumentando o

disminuyendo, suelen originarse cambios en el comportamiento de los metales, que

pueden llegar a afectar seriamente a su utilidad en una aplicacin particular.

1.4.1 Comportamiento de los metales a temperaturas altas:

La experiencia demuestra que el comportamiento de los metales a elevadas

temperaturas bajo la accin de una carga depende de la duracin del periodo de

aplicacin de la carga. Como la vida prevista de los elementos de las mquinas

normalmente es larga, no es posible efectuar ensayos de muchos aos de duracin

para determinar que tipo de material conviene utilizar en las distintas aplicaciones. Se


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hace necesario, pues obtener los datos que se buscan por extrapolacin a partir de

valores recogidos en ensayos de corta duracin. Sin embargo, esta extrapolacin debe

realizarse con gran cuidado a partir de ensayos que proporcionen datos tiles.

En los ensayos a temperatura elevada hay que determinar la relacin que existe

entre la resistencia mxima (resistencia a la rotura) y el lmite de elasticidad prctico

(resistencia al creep) con el tiempo de aplicacin de la carga. Para estudiar el

comportamiento plstico de los metales a temperaturas elevadas, conviene aplicar

sobre la probeta que se va a ensayar una carga de traccin. Si bien en muchos casos,

con este procedimiento no se reproducen fielmente las condiciones reales de servicio,

de los resultados obtenidos se puede sacar una informacin muy valiosa y aplicable alos casos en que el material esta sometido a una serie de esfuerzos combinados.

El nmero de ensayos desarrollados para estudiar el comportamiento de los

materiales a temperaturas elevadas es muy grande, pero los tres que ms se utilizan

son:

1. Ensayos de creep con deformaciones pequeas: Tensiones bajas sobre el

material y bajas velocidades de deformacin durante largos periodos de tiempo.

2. Ensayos de rotura (por creep) con deformaciones mayores: Mayores tensiones

sobre el material durante periodos de tiempo mas cortos, y mayores velocidades

de deformacin.

3. Ensayos de traccin acelerados con grandes deformaciones: Grandes tensiones

y grandes velocidades de deformacin.

Ensayo de creep (fluencia lenta):

La fluencia lenta es una propiedad que reviste gran importancia en los materiales

que se deben utilizar a temperaturas elevadas. Esta propiedad puede definirse como la

deformacin plstica que, de una manera lenta y continua, tiene lugar en los materiales

sometidos a unas condiciones de carga o tensin constantes. Este fenmeno se

presenta a cualquier temperatura, aunque su importancia depende del material y del

grado de deformacin continua que se desea alcanzar.

El ensayo de fluencia lenta no es sino un ensayo de traccin que se realiza a

temperatura y carga constantes. Su realizacin exige una medida del alargamiento de


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la probeta muy exacta y un procedimiento de calentamiento de esta probeta

estrechamente controlado. El creep o alargamiento experimentado por la probeta

durante la realizacin del ensayo se presenta grficamente en funcin del tiempo.

Figura 1.9: Curva tpica de fluencia lenta o creep, en las que se observan las tres

fases del proceso.

Al someter el metal a una carga, primero se produce un alargamiento elstico y

despus una fase primaria de naturaleza transitoria, durante la cual se produce un

deslizamiento y un endurecimiento por deformacin plstica de los granos de

orientacin mas favorable. La velocidad de creep (tangente a la curva), inicialmente

elevada, va disminuyendo gradualmente hasta alcanzar un valor mnimo. A

continuacin se presenta una fase secundaria o de fluencia casi-viscosa, durante la

cual la deformacin prosigue a un ritmo prcticamente constante. Se equilibra el

endurecimiento por deformacin con el ablandamiento por recristalizacin. Sin

embargo, si la tensin alcanza un valor suficientemente alto se presenta una fase

terciaria, durante la cual aumenta la velocidad de fluencia, y a cuyo termino se produce

la rotura del material.

En la fluencia parece que ejercen un influjo considerable las pequeas variaciones que

tienen lugar en la microestructura del material y los tratamientos previos. Asimismo, las

propiedades de fluencia vienen determinadas en gran medida por el tamao de grano.


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Las principales diferencias entre los ensayos de rotura y los de creep estn en la

duracin del ensayo, en los valores de las tensiones y deformaciones, y en la precisin

del control y medida de la temperatura, carga y deformacin.

Ensayos de traccin acelerados:

Estos ensayos tienen como objetivo estudiar la influencia del calentamiento de la

probeta y se realizan haciendo que el material adquiera las deformaciones que se

pueden alcanzar en las mquinas de traccin ordinarias. Las propiedades elsticas a

temperaturas elevadas no son reales, puesto que los resultados que se obtienen

dependen del tiempo trascurrido entre la aplicacin de las cargas, y su exactitud de lasensibilidad del extensmetro. Se efectan a veces para obtener una estimacin rpida

del comportamiento del materiales que van ser sometidos con posterioridad a un

estudio mas detenido, y muchas los valores obtenidos se admiten que son los

correspondientes al punto 0,1 horas de la curva de rotura. La figura 1.11 muestra la

variacin con la temperatura del limite de elasticidad prctico y de la resistencia a la

traccin del Inconel X (aleacin de 50-70% Ni, 20% Cr, 10% Mo y 20% Co), habindose

obtenido los valores indicados en un ensayo acelerado.

Figura 1.11: Curvas correspondientes al limite de elasticidad prctico y resistencia a la

traccin del Inconel X a temperaturas elevadas, obtenidas en un ensayo de traccin

acelerado


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1.4.2 Comportamiento de los metales a baja temperatura:

A medida que baja la temperatura por debajo del valor normal correspondiente al medio

ambiente, aumente la dureza, el limite de elasticidad prctico y, salvo pocas

excepciones, la resistencia mxima y el modulo de elasticidad de todos los metales y

aleaciones. La variacin que experimentan con la temperatura, el limite de elasticidad

prctico y la resistencia a la traccin del hierro, nquel y cobre estn representados en

la figura 1.12.

Figura 1.12: Variacin con la temperatura del limite de elasticidad prctico y de la

resistencia a la traccin del hierro, cobre y nquel.

Al decrecer la temperatura, los metales que cristalizan en el sistema FCC se

rompen solamente por cizallamiento, y presentan una gradual y continua disminucinde la ductilidad. Los metales que cristalizan en otros sistemas pueden romperse por

cizallamiento a temperatura ambiente, pero, al disminuir la temperatura la manera de

fracturarse pasa de ser por cizallamiento (dctil) a ser trascristalina o por despegue

(frgil). El paso de un tipo de fractura a otro viene acompaado muchas veces de una

cada brusca en la ductilidad.


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Las roturas trascristalinas de los perfiles de construccin suelen producirse de

una manera rpida e inesperada y, normalmente, dan lugar a la fractura frgil y por lo

general de consecuencias catastrficas, de las piezas en cuestin.

La tendencia del acero a romperse de una manera frgil aumenta cuando existe

una concentracin de tensiones, al crecer la velocidad de aplicacin de la carga y al

disminuir la temperatura.

Influencia de la temperatura sobre la resiliencia:

Figura 1.13: Influencia del contenido de carbono sobre la forma de la curva de

transicin.

En la figura se ve que existe una zona de temperaturas en la cual los valores de

la energa absorbida disminuye bruscamente al decrecer la temperatura. Al mismo

tiempo, el tipo de fractura cambia de ser predominantemente fibrosa, caracterstica de

la rotura por cizallamiento, a ser cristalina, tpica de las roturas por despegue o frgiles.

Los valores correspondientes a la zona de transicin son muchas veces irregulares, ya

que los pequeos cambios que pueden presentarse en las condiciones del ensayo

afectarn a los resultados obtenidos.


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La temperatura a la cual la energa absorbida en el choque alcanza un

determinado valor, o la fractura presenta un aspecto tambin fijado, se define como

temperatura de transicin. En la normas ASTM se define la temperatura de transicin

como la temperatura a la cual la probeta presenta una fractura fibrosa o de

cizallamiento en un 50% y cristalino o de despegue en el 50% restante. Cuanto menor

es la temperatura de transicin mayor es la resistencia que ofrece el acero el efecto

fragilizante de la concentracin de tensiones, de las velocidades de aplicacin de la

carga elevada o las temperaturas bajas.

Factores metalrgicos:Al aumentar el contenido de carbono, disminuye la resistencia al choque a la

temperatura ambiente y se eleva a temperatura de transicin (figura 1.13). La forma

fsica que tenga el carbono tambin es importante. As, la forma globular de la

cementita parece que es la que menos influencia nociva ejerce sobre las caractersticas

a bajas temperaturas.

Figura 1.14: Influencia del tamao de grano sobre la resiliencia de un acero

1030.


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Para un determinado tipo de acero y una resistencia dada, los aceros de grano

fino presentan una resiliencia superior a la de los aceros de grano grande. En cuanto a

temperatura de transicin, y tal como se presenta en la figura 1.14, su valor decrece al

disminuir el tamao de grano. El grano fino de la estructura se logra normalmente

desoxidando el acero con silicio, aluminio o vanadio.

El nquel es el elemento de aleacin ms efectivo para incrementar la resistencia

a la fragilidad a baja temperatura del acero y es uno de los pocos elementos de

aleacin que aumentan la ductilidad a baja temperatura del hierro.

En resumen, los mejores valores de resiliencia se obtienen en los aceros al

nquel, bajos en carbono, totalmente calmados y de tamao de grano fino.

1.4.3 Termofluencia (deformacin dependiente del tiempo):

Bajo las condiciones apropiadas el tiempo puede ser muy importante en la

determinacin de la cantidad de deformacin plstica que sufre un metal bajo un

esfuerzo. La figura 1.15 muestra un par de curvas de tensin deformacin para

diferentes velocidades de carga.

Figura 1.15: La deformacin en un ensayo a la traccin puede depender de la velocidad

de la deformacin.

Una comparacin de estas curvas muestra que la deformacin es mayor a

cualquier esfuerzo para la probeta esforzada a la velocidad menor, demostrando

claramente que la deformacin puede ser una funcin del tiempo tanto como el


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El que la dislocacin se mueva produce que el material se deforme

plsticamente, por lo tanto la termofluencia depende de la difusin.

Figura 1.17: Curva de termofluencia

La termofluencia puede describirse por medio de las curvas de esfuerzo

ruptura.

Figura 1.18: Curvas de termofluencia a diferentes temperaturas.


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Las curvas de esfuerzo ruptura para diferentes temperaturas pueden describirse por

medio del parmetro Larson Miller , que se utiliza para representar la relacin

esfuerzo temperatura tiempo de ruptura en una sola grafica.

Parmetro Larson Miller (LR) = )(1000

BLntA

KT+

A y B: Constantes del material.

T: Temperatura

t: Tiempo (horas)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

E

sfuerzo

(psi)

Larson - Miller

Figura 1.19: Curva parmetro Larson Miller

1.5 ENSAYOS MECNICOS, CRITERIOS Y TCNICAS EXPERIMENTALES:

La determinacin de las propiedades mecnicas es un aspecto muy importante

para la seleccin y aplicacin de los metales a cada caso en particular. El xito en la

conformacin de los metales est relacionado con las propiedades de las piezas

fabricadas, y muchos productos se rechazan o aceptan segn sean sus propiedades

mecnicas o fsicas.


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Las propiedades mecnicas son valoraciones de la capacidad de los metales

para resistir diversos tipos de fuerzas mecnicas, e incluso resistencia, ductilidad,

dureza, resistencia la choque, resistencia a la fatiga y alguna ms. Las propiedades

fsicas son caractersticas intrnsecas de los metales que miden su resistencia a fuerzas

fsicas, tales como campos elctricos y magnticos, regiones calientes, etc. Las

propiedades fsicas incluyen la conductividad trmica y elctrica, la densidad, etc.

1.5.1 Traccin

Con el ensayo de traccin se determinan las que suelen llamarse propiedades de

traccin. Incluyen ests la resistencia a la traccin, el lmite elstico o de fluencia, elalargamiento y el mdulo elstico.

Las propiedades mecnicas, tal como se determinan en el ensayo de traccin,

dependen en cierto grado de la forma y tamao de la probeta. Esto hace necesario

tipificarlas. La ASTM recomienda la representada en la figura 1.19.

Figura 1.20: Probetas de traccin ASTM.


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El ensayo de traccin se realiza sujetando las cabezas de una probeta

convenientemente preparadas y aplicando a ellas un esfuerzo de traccin continua y

lentamente creciente hasta llegar a la rotura. Durante el curso del ensayo puede

seguirse el alargamiento de una cierta longitud marcada en la probeta (longitud o

distancia entre puntos), que vuelve a medirse despus que la probeta se ha roto

(alargamiento de rotura), y tambin entonces se mide la seccin ltima de la probeta.

De todos estos datos se deduce las propiedades de traccin.

Basndose en la figura 1.19, el ensayo de traccin nos entrega los siguientes datos:

Do: Dimetro inicial.Df: Dimetro mnimo despus de la rotura.

So: Seccin transversal inicial =4

* 2Do

Sf: Seccin transversal despus de la rotura =4

* 2Df

Resistencia a la traccin =So

mxP

Propiedades de traccin:

La resistencia a la traccin se calcula dividiendo la carga mxima que ha

sufrido la probeta antes de romperse por la seccin transversal inicial de la misma. Esta

magnitud se emplea con gran frecuencia para caracterizar la resistencia de un material,

a pesar de que no tiene una importancia fundamental. En el momento en que el

material sostiene la mxima carga ha sufrido ya una considerable estriccin, y es una

seccin mucho ms pequea que la inicial la que soporta esa carga mxima, por lo queal referirla a la seccin inicial, ms grande, resulta una cifra sin un significado fsico bien

definido.

La verdadera resistencia del material se obtendr si se mide la seccin

transversal real en el momento de la rotura.

La ductilidades estrictamente la capacidad del material para estirarse en hilos

y, ms en general, la capacidad del material para deformarse plsticamente; en el

ensayo de traccin esta representada por las cifras obtenidas para el alargamientoy la


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estriccin. El alargamiento es el tanto por ciento de incremento de la longitud o

distancia entre puntos. La estriccin es el tanto por ciento de disminucin de la seccin

inicial. Se calcula mediante las siguientes formulas:

Alargamiento, % = 100*Lo

LoLf

En donde:

Lo: Longitud inicial entre puntos..

Lf: Longitud final entre puntos (en la probeta rota).

Estriccin, % = 100*So

SfSo

En donde:

Sf: Seccin final de la probeta (de la probeta rota en el punto de mnima seccin).

So: seccin inicial de la probeta.

Diagrama de traccin:Las propiedades de traccin descritas, y el resto de ellas, pueden determinarse a

partir de un diagrama esfuerzos deformaciones. La figura 1.20 incluye varios ejemplos

tpicos de diagramas de traccin.


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Figura 1.21: Esquemas de diagramas esfuerzos deformacin.

Como el diagrama de traccin tiene una porcin recta en las primeras etapas de

la carga, ello demuestra que la deformacin es directamente proporcional a la carga

aplicada. La relacin entre la carga aplicada por unidad de seccin transversal y el

alargamiento producido es el mdulo de elasticidad o de Young.Es la pendiente de

la recta del diagrama y es una medida de rigidez del material.

Un material con un mdulo elstico elevado se deforma menos que otro que lo

tenga ms bajo, cuando las cargas por unidad de seccin sean iguales para ambos.

1.5.2 Dureza:

La dureza es una propiedad fundamental de los materiales y esta relacionada con

la resistencia mecnica. La dureza puede definirse como la resistencia de un material a

la penetracin o formacin de huellas localizadas en una superficie. Cuanto mas

pequea sea la huella obtenida en condiciones normalizadas, mas duro ser el material

ensayado. El penetrador en un ensayo de dureza es generalmente una esfera, pirmide

o cono hecho de un material mucho mas duro del que se ensaya, como por ejemplo

acero endurecido, diamante o carburo de tungsteno sinterizado.


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En la mayora de las pruebas patrn, la carga se aplica al oprimir lentamente el

penetrador, perpendicularmente a la superficie ensayada, por un periodo determinado.

De los resultados obtenidos se puede calcular un valor emprico de dureza, conociendo

la carga aplicada y el rea de la seccin transversal o la profundidad de la impresin. El

ensayo de dureza nunca se debe realizar cerca del borde de la muestra o cerca de otra

penetracin ya existente. En este ultimo caso, la distancia mnima para efectuar una

penetracin es de tres veces el dimetro de la penetracin anterior. Otra condicin, es

que el espesor de la probeta a ensayar, sea de por lo menos 10 veces el

dimetro de la impresin, con el fin de evitar el efecto yunque. (Brinell).

Las penetraciones microscpicas de dureza se hacen empleando cargas muypequeas y se usan para estudiar variaciones localizadas de dureza en materiales

monofsicos y multifsicos (aleaciones), as como para medir la dureza de granos

metlicos.

La mayora de las pruebas de dureza producen deformacin plstica en el

material y todas las variables que influyen en la deformacin plstica la afectan; por

ejemplo, ya que el esfuerzo de cedencia se ve afectado considerablemente por la

cantidad de trabajo en fro y el tratamiento trmico al que se halla sometido el material, la

dureza se vera afectada por los mismos factores. En aquellos materiales que muestran

caractersticas similares de endurecimiento por trabajo, existe una valida correlacin

entre la dureza y la resistencia mxima a la tensin. La prueba de dureza puede hacerse

muy fcilmente y la informacin obtenida se evala inmediatamente. Por estas razones y

por su carcter no destructivo, se emplea frecuentemente para control de calidad en

produccin.

Dureza Brinell (bhn):

Este ensayo se utiliza en materiales de durezas bajas. Utiliza penetradores en

forma de bolas de diferentes dimetros; estos pueden ser de acero templado o de

carburo de tungsteno, utiliza cargas normalmente hasta 3000 kilogramos, las cuales se

pueden normalizar de acuerdo con la siguiente formula: p = k*D

Donde:

p: carga a utilizar.


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k: representa una constante que vale 5, 10 o 30 dependiendo del material que este

siendo ensayado.

D: dimetro del indentador que se va a utilizar en la prueba.

Aunque existen algunas maquinas de ensayo de Brinell que dan una lectura

directa, normalmente, para determinar el nmero de dureza, se utiliza la siguiente

formula:

Dureza Brinell =

)(*2

*22

dDDD

P

En donde:

P = Carga en kilogramos sobre el penetrador.

D = Dimetro del penetrador (bola), en milmetros.

d= Dimetro de la impresin, en milmetros.

La carga se aplica durante 30 segundos y luego se retira. Inmediatamente se lee

en milmetros el dimetro de la impresin. Es valido anotar que las cargas mas livianas

corresponden a materiales no ferrosos y puros, tales como cobre y aluminio; las cargas

mas pesadas se utilizaran para el hierro, acero y aleaciones duras.

Los ndices de dureza se usan principalmente como base de comparacin para

los materiales, especificaciones de fabricacin y tratamiento trmico, control de calidad

y correlacin con otras propiedades y comportamiento de los materiales. Por ejemplo,

la dureza Brinell esta muy estrechamente relacionada con la resistencia a la tensin del

acero mediante la relacin:

Resistencia a la tensin = 500 BHN.

Se puede obtener el ndice de dureza Brinell en algunos minutos casi sin

preparacin de la muestra y sin destruir el componente, proporcionando esto una

buena aproximacin del valor de la resistencia a la tensin.

Ensayo de dureza Rockwell

Se aplica a materiales ms duros que la escala Brinell. En este ensayo se usan

penetradores de carburo de tungsteno como bolas de 1/16 de pulgada, 1/8, y de


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pulgada, este ultimo para materiales ms blandos y un cono de diamante cuyo ngulo

en la base es de 120.

Ensayo Rockewell b

Diseado para materiales de dureza intermedia como aceros de medio y bajo

carbono. Su indentador es la bola de 1/16 de pulgada, cuya carga es de 100

kilogramos. Su escala va de 40 a 100 rb.

Ensayo Rockewell c

Se emplea en materiales ms duros que 100 rb. El funcionamiento de esteensayo es como sigue: el observador primero acciona una palanca que presiona el

cono de diamante a una pequea distancia establecida dentro de la probeta, esto se

conoce como la "precarga"(10 kg). en seguida, se deja actuar la carga rc normalizada

de 150 kilogramos, que presiona aun mas el diamante dentro de la probeta, luego, con

la misma palanca se quita la carga. en este momento se lee la dureza rcen la escala y

luego, se descarga la palanca. El principio de este ensayo, esta en que a travs de un

sistema de palancas se registra en la escala la profundidad de penetracin entre la

precarga y la carga de 150 kilogramos y se lee directamente en rc.

Ensayo Vickers

Llamado el ensayo universal. Sus cargas van de 5 a 125 kilogramos (de cinco en

cinco). Su penetrador es pirmide de diamante con un ngulo base de 136. Se emplea

vickers para laminas tan delgadas como 0.006 pulgadas y no se lee directamente en la

maquina. Para determinar el nmero de dureza se aplica la siguiente formula:

hv= 1.854*p / d2

Este ensayo constituye una mejora al ensayo de Brinell. Se presiona el

indentador contra una probeta, bajo cargas mas livianas que las utilizadas en el ensayo

Brinell, se miden las diagonales de la impresin cuadrada y se halla el promedio para

aplicar la formula antes mencionada.


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1.5.3 Fatiga.

En la mayora de los casos, los elementos de mquinas quedan sometidos a una

accin dinmica de direccin e intensidad variables y se ha comprobado que muchos

elementos sometidos largo tiempo a esfuerzos variables se fracturan bsicamente, sin

causar deformaciones permanentes visibles con cargas ms bajas que las que

produciran en rotura por esfuerzos estticos.

Definicin: Rotura por fatiga se da como consecuencia de esfuerzos repetidos y

variables debindose a un deslizamiento de la estructura cristalina, con el consiguiente

deslizamiento progresivo de los cristales, con produccin de calor.

El aspecto de las piezas rotas por fatiga presentan en su superficie de rotura doszonas caractersticas que son:

Una zona lisa, de estructura finsima y brillante: la rotura por fatiga se da

despus de un periodo relativamente largo.

Una zona de cristales grandes, o de estructura fibrosa: cuando la rotura por

fatiga se da instantneamente debido a la disminucin de seccin.

Figura 1.22: Esquema de rotura por fatiga.

Las circunstancias que influyen en la rotura por fatiga de un material metlico son:

Estado de la superficie: el estado de esta tiene gran importancia sobre la rotura

por fatiga.

Variaciones de seccin: El lmite de fatiga se reduce por los cambios bruscos de

seccin no acordados con radios amplios, entalladuras de cualquier otra clase.


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Temperatura: En casi todos los materiales metlicos el aumento de temperatura

por encima de cierto valor, disminuye el lmite de fatiga.

Tratamientos trmicos: Las fallas internas provocadas por tratamientos trmicos,

crean localizacin de esfuerzos que pueden originar fisuras.

Homogeneidad de la estructura cristalina: Cuando la estructura no es

homognea puede suceder que los cristales ms pequeos, se acuen entre las

ms grandes, originando fisuras y la consiguiente disminucin de rea.

Corrosin: Cuando la corrosin existe no tiene tanto problema., pero si va

actuando, cada punto de corrosin se convierte como si fuera una entalle

rebajando notablemente el lmite de fatiga.

Diagrama de wohler

Con los resultados obtenidos, o sea haber ensayado varias probetas bajo cargas

diferentes, se traza un diagrama, situando el (esfuerzo) en el eje Y y n (n de ciclos)

en el eje X; para stas hay que emplear una escala logartmica, ya que se trata de

nmeros muy grandes, superiores a 106.

El diagrama de wohler relativo a aceros al carbono desciende rpidamente y

luego va formando una curva que tiende a ponerse paralela al eje X, despus de 20 o

30 millones de ciclos y se toma como limite de fatiga, cuando se vuelve paralelo al eje

del n; en cambio para materiales no frricos, aleaciones ligeras, bronces o latones la

curva es asinttica al eje Y, por lo cual dichos materiales poseen un lmite de fatiga muy

bajo y para determinado habra que prolongar el ensayo hasta ms all de 100 millones

de ciclos.

Relacin entre el lmite de fatiga y la resistencia a la traccin

El esfuerzo al cul un metal no falla por fatiga se denominada resistencia a la

fatiga. Se ha descubierto que para la mayora de los materiales existe esfuerzo

limitativo en el cual una carga puede repetidamente aplicarse un nmero indefinido de

veces sin causar la falla. Este esfuerzo limitativo es denominado limite de aguante

(limite de resistencia a la fatiga). La magnitud de lmite de aguante depende de la clase

de variacin de esfuerzo al cual ese material sea sometido. Para la mayora de los


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materiales de construccin varia entre 0.2 y 0.6 de la resistencia esttica aunque para

una clase de material dada la relacin entre el limite de aguante y la resistencia

esttica, llamada relacin de aguante, fluctuara dentro del los limites menores.

El lmite de aguante (fatiga) es directamente proporcional a la resistencia a la

traccin. Para la mayor parte de los aceros al carbono se puede considerar como

valida, la frmula:

Limite de aguante 0.5 de la resistencia a la traccin

Para otros casos se tiene que: limite de aguante resistencia a la traccin

a. aleaciones de cobre: limite de aguante 0.4

b. aleaciones ligeras: limite de aguante 0.32

c. aleaciones ultraligeras: limite de aguante 0.43

Figura 1.23: Esquema de un diagrama de wohler


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Figura 1.24: Esquema del equipo utilizado en el ensayo de fatiga.

1.5.4 Ensayo termofluencia:

Si se aplica un esfuerzo a un material que esta a temperatura elevada, dicho

material puede estirarse y finalmente fallar, aun si el esfuerzo aplicado es menor que el

de fluencia a tal temperatura.

La tabla 1.2 proporciona las temperaturas aproximadas a las cuales varios

metales empiezan a termofluir.

Metal Temperatura (C)

Aleaciones de aluminio 200

Aleaciones de titanio 325

Aceros de baja aleacin 375

Aceros de alta temperatura 550

Superaleaciones de nquel y de cobalto 650

Metales refractarios (tungsteno, molibdeno) 1000-1550

Tabla 1.2: Temperaturas aproximadas a las cuales se manifiesta la termofluencia

para ciertos metales y aleaciones.

Para determinar las caractersticas de termofluencia de un material, se aplica un

esfuerzo constante a una probeta cilndrica colocada en un horno (figura 1.25). Tan


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pronto como se aplica el esfuerzo, la probeta se alarga elsticamente una pequea

cantidad, dependiendo del esfuerzo aplicado y el mdulo de elasticidad del material a

esa temperatura. (Figura 1.17).

Figura 1.26: Se coloca la probeta en un horno a temperatura elevada, y se aplica

un esfuerzo constante en el ensayo de termofluencia.

Durante el ensayo, la deformacin se mide en funcin del tiempo y se grafica

para obtener la curva de termofluencia (figura 1.17). En la primera etapa, muchas

dislocaciones saltan los obstculos, se deslizan y contribuyen a la deformacin del

metal. Al final, la rapidez a la cual las dislocaciones saltan obstculos es igual a aquella

a la cual son obstruidas por otras imperfecciones. Esto lleva a la segunda etapa de

termofluencia o de estado estable. La pendiente de la porcin estable de la curva es larapidez de termofluencia. Finalmente, durante la tercera etapa de termofluencia,

empieza la estriccin, se incrementa el esfuerzo y la probeta se deforma

aceleradamente hasta que ocurre la falla. El tiempo necesario para que ocurra la

fractura es el tiempo de ruptura. Tanto un gran esfuerzo como una temperatura alta

reducen el tiempo de ruptura, e incrementan la rapidez de termofluencia.


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UNIDAD 2: CONCENTRACIN DE ESFUERZOS Y FRACTURAS.

Aunque se comprenda el comportamiento de los materiales, frecuentemente

ocurren fallas. El origen de estas fallas se encuentran en un diseo inadecuado, en una

mala seleccin de materiales, un mal procesamiento o en la aplicacin inadecuada.

2.1 Determinacin del mecanismo de fractura en las fallas de metales.

El anlisis de las falla requiere de una combinacin de conocimientos tcnicos,

observacin meticulosa y sentido comn. El conocimiento del comportamiento pasado

del componente que falla, incluyendo el esfuerzo aplicado, el medio ambiente, la

temperatura, la estructura y las propiedades y los cambios inesperados en cualquierade estos factores, sirven para identificar en forma mas fcil la causa de la falla.

El conocimiento de los mecanismos de fractura puede tambin revelar la causa

de la falla. Se consideran cinco mecanismos comunes de fractura, las fallas dctil,

frgil, por fatiga, por termofluencia y debida a corrosin por esfuerzo.

Fractura dctil: La fractura por ductilidad, o dctil, ocurre normalmente en forma

transgranular (a travs de los granos) en los metales que tienen ductilidad y tenacidad

altas. A menudo se observa una buena cantidad de deformacin plstica, inclusive con

estriccin, en la componente que falla. La deformacin ocurre antes de la fractura final.

Las fracturas dctiles se observan normalmente a sobrecargas simples o a la aplicacin

de un esfuerzo excesivo en el material.

La fractura dctil en una prueba de tensin simple se inicia con la nucleacin,

crecimiento y coalescencia de microcavidades en el centro de pieza (figura 2.1). Los

microporos se forman cuando un esfuerzo alto provoca la separacin del metal en los

limites de grano o interficies entre el metal y las inclusiones. Cuando el esfuerzo local

continua incrementndose, crecen los microporos, se comunican y producen cavidades

mayores. Finalmente, el rea de contacto metal metal es demasiado pequea para

soportar la carga y ocurre la fractura final.


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Figura 2.1: Esquema fractura dctil.

Cuando un material dctil es sometido a un ensayo de tensin se origina una

estriccin y se forman microcavidades, inicindose cerca del centro de la barra, por

nucleacin en los limites de grano. Conforme la deformacin continua, se puede formar

un borde de corte a 45, producindose una fractura final del tipo de copa y cono. El

labio de corte, indicando que ocurri un deslizamiento, confiere a la fractura una

apariencia de copa y cono. La simple observacin macroscpica de esa ruptura puede

ser suficiente para identificar la falla como fractura dctil.

Fractura frgil: La fractura por fragilidad o frgil, ocurre en los metales de alta

resistencia o en los de baja ductilidad y tenacidad. Incluso, los metales fallan de modo

frgil a bajas temperaturas, en secciones gruesas, con altas proporciones de

deformacin (como en un impacto), o cuando las rayaduras desempean un papel

importante. Las fracturas frgiles se observan con frecuencia cuando la falla es

causada por un impacto en lugar de sobrecarga.

En la fractura frgil se presenta poca o ninguna deformacin plstica. El inicio de

la grieta ocurre normalmente en pequeas rayaduras que causan una concentracin de

esfuerzos. La grieta puede moverse a una velocidad cercana a la del sonido en el

metal. Normalmente la grieta se propaga ms fcilmente a lo largo de planos


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cristalogrficos especficos, por agrietamiento o clivaje. En algunos casos, sin embargo,

la grieta puede tomar una trayectoria intergranular (a lo largo de los limites de grano),

particularmente cuando la segregacin debilitan los limites de grano.

La fractura frgil puede identificarse observando las caractersticas de la

superficie de falla. Normalmente, la superficie de fractura es plana y perpendicular al

esfuerzo aplicado en una prueba de traccin. Si la falla ocurre por clivaje, cada grano

fracturado es plano, orientado diferentemente, y proporciona una apariencia cristalina o

de azcar cristalizada a la superficie de la fractura.

Otra caracterstica comn de la fractura es el patrn galoneado, producida por

frentes de grieta separados que se propagan en diferentes niveles en el material. Seextiende desde el origen de la grieta un patrn de marcas superficiales y radiales. El

patrn galoneado es visible a simple vista o con lente de aumento y ayuda a identificar

tanto la naturaleza frgil del proceso de falla como el origen de la misma.

Fractura por fatiga: Un metal falla por fatiga cuando se aplica un esfuerzo

alternante mayor que el lmite de resistencia a la fatiga. La fractura ocurre en un

proceso de 3 pasos que comprende (a) la nucleacin de una grieta, (b) la lenta

propagacin cclica de la grieta y (c) la falla catastrfica del metal. Las grietas nuclean

en los sitios de esfuerzo ms alto y de menor resistencia local. Normalmente los lugares

de nucleacin estn sobre o cerca de la superficie, donde el esfuerzo es mximo, e

incluye defectos superficiales como rayaduras o picaduras, esquinas agudas debidas a

un diseo deficiente o a una impropia fabricacin, limites de grano o concentracin de

dislocaciones.

Una vez nucleada, la grieta crece hacia las regiones de menor esfuerzo. Debido

a la concentracin de esfuerzos en la punta, la grieta se propaga un poco mas durante

cada ciclo hasta que alcanza la capacidad de carga del metal remanente. Entonces la

grieta crece espontneamente, a menudo de modo frgil.

Las fallas por fatiga son a menudo fciles de identificar. La superficie de la fractura, en

particular cerca del origen, es normalmente tersa. La superficie se hace mas spera

conforme crece la grieta y puede volverse finalmente fibrosa durante su fase final de

propagacin.


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Los exmenes microscpico y macroscpico revelan una superficie de fractura que

incluye un patrn de marcas de playa y estras (figura 2.2). las marcas de playa se

forman normalmente cuando cambia la carga durante el servicio o cuando la carga es

intermitente, quiz permitiendo que haya tiempo para la oxidacin dentro de la grieta.

Las estras, que ocurren en una escala mucho mas fina, pueden mostrar la posicin de

la punta de la grieta despus de cada ciclo. La observacin de las marcas de playa

sugiere siempre una falla por fatiga.

Figura 2.2: Superficie de la fractura por fatiga

Termofluencia y ruptura por esfuerzo: A temperaturas elevadas, un metal

experimenta deformacin plstica trmicamente inducida aun cuando el esfuerzo

aplicado este por debajo del punto de fluencia nominal. Las fallas por termofluencia se

definen como la deformacin excesiva de las partes metlicas, incluso si no ha ocurrido

la fractura. Las fallas de ruptura por esfuerzo son definidas como la fractura real de la

parte metlica.

Normalmente, las fracturas de ruptura por esfuerzo del tipo dctil incluyen la

estriacin del metal durante la termofluencia terciaria y la presencia de muchas fisuras

que no tuvieron la posibilidad de producir la fractura final. Incluso, los granos cercanos a

la superficie de la fractura tienden a alargarse. Las fallas de ruptura por esfuerzo

dctiles son generalmente transgranulares y ocurren a velocidades de termofluencia

altas, tiempos cortos de la ruptura y temperaturas relativamente bajas de exposicin.


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Las fallas de ruptura por esfuerzo del tipo frgil son normalmente intergranulares,

muestran poca estriccin y ocurren ms frecuentemente a velocidades bajas de

termofluencia y temperaturas altas. Se observan granos equiaxiales cerca de la

superficie de fractura. La falla frgil ocurre normalmente por la formacin de espacios

en la interseccin de tres lmites de granos y la precipitacin de espacios adicionales a

lo largo de los lmites de grano, a travs de los procesos de difusin.

Fracturas por esfuerzo y corrosin: Estas fracturas ocurren a esfuerzos muy

por debajo del valor de fluencia del metal, debido al deterioro por un medio corrosivo.

Las grietas por corrosin profunda y fina se producen aun cuando el metal como untodo muestre un deterioro poco uniforme. Los esfuerzos pueden ser aplicados

externamente o ser esfuerzos residuales acumulados. Las fallas por esfuerzo y

corrosin se identifican a travs de un examen microscpico del metal contiguo. Por lo

comn, se observa una amplia ramificacin de las grietas a lo largo de los lmites de

grano. La ubicacin en donde se iniciaron las grietas puede identificarse por la

presencia de un producto de la corrosin.

Figura 2.3: Esquema de un metal prximo a una fractura por esfuerzo y corrosin, que

muestra las numerosas grietas intergranulares que se forman como resultado del

proceso de corrosin.


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2.2 Origen y prevencin de las fallas de los metales:

Podemos prevenir las fallas en los metales a travs de varios procedimientos:

Diseo: Las componentes deben ser diseadas para (a) permitir que el material

resista el mximo esfuerzo que se espera que se aplique durante el servicio,(b) evitar

las concentraciones de esfuerzos que provocan que el metal falle bajo cargas menores

a las esperadas y (c) asegurarse que el deterioro del material durante el servicio no

provoque la falla bajo cargas menores a las esperadas.

Las fallas por termofluencia, fatiga o esfuerzo corrosin ocurren bajo esfuerzos

muy por debajo del esfuerzo de fluencia. El diseo del componente debe estar basado

en los datos apropiados de termofluencia, fatiga o esfuerzo-corrosin, no en el esfuerzode fluencia.

Las concentraciones de esfuerzos producidos por muescas en el diseo, tales

como entrantes agudas, deben evitarse. Las esquinas muy acentuadas concentran los

esfuerzos de modo que las grietas por fatiga o por corrosin puedan nuclear fcilmente.

Seleccin de los materiales: En ingeniera se dispone de una gran variedad de

materiales para cualquier utilizacin, siendo muchos de ellos capaces de soportar la

aplicacin de esfuerzos elevados (figura 2.4). La seleccin de un material esta basado

tanto en la capacidad de servicio del material como en el costo del material y de su

procesamiento.

El ingeniero debe considerar la condicin del material. Por ejemplo, las aleaciones

endurecidas por envejecimiento, por trabajo en fro o templadas y revenidas pierden su

resistencia en altas temperaturas.

Procesamiento de los materiales: Todas las componentes con terminado son

en algn momento sometidas a algn tipo de procesamiento moldeo, conformado,

maquinado, unin o tratamiento trmico, para producir la forma, el tamao y las

propiedades adecuadas. Sin embargo, pueden introducirse una gran diversidad de

defectos. El ingeniero debe disear para compensar estos defectos, o bien detectar su

presencia y rechazar el material o corregir la falla.

Condiciones de servicio: En el comportamiento de un material influyen las

condiciones de servicio, incluyendo el tipo de carga, el medio ambiente y la temperatura

a la que esta expuesto.


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Otro origen de las fallas es el uso inapropiado del material en servicio. Esto incluye

sobrecarga del material. Un mantenimiento inadecuado, como la lubricacin deficiente

de las partes mviles, pueden conducir a un desgaste, a un sobrecalentamiento y a la

oxidacin. En caso de sobrecalentamiento, la microestructura cambia y decrece la

resistencia del metal.

Figura 2.4: Comparacin del intervalo de resistencia disponibles para varios metales y

aleaciones importantes. Para cada sistema de aleacin es posible un amplio intervalo

de resistencia, dependiendo de la composicin y del tratamiento.


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Figura 2.5: Defectos tpicos introducidos a un metal durante el procesamiento.


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2.3 Desgaste y erosin:

El desgaste y la erosin eliminan material de un componente a travs de un

deterioro mecnico de slidos o lquidos. La corrosin y la falla mecnica contribuyen

tambin a este tipo de deterioro.

Desgaste por adherencia: Este desgaste, conocido tambin como rayado o

raspado, ocurre cuando dos superficies slidas deslizan una sobre otra bajo presin.

Las salientes superficiales, o asperezas, son plsticamente deformadas y finalmente

soldadas por las altas presiones locales. Conforme contina el deslizamiento se rompen

estas uniones, produciendo cavidades en la superficie, partes proyectadas sobre la

segunda superficie y con frecuencia diminutas partculas abrasivas, todo lo cualcontribuye a un mayor desgaste de las superficies.

Hay varios factores que ayudan a minimizar el grado de desgaste por adherencia.

1) Las cargas bajas reducen el grado de desgaste.

2) Si ambas superficies tienen altas durezas que sean aproximadamente las

mismas, el grado de desgaste es bajo.

3) Las superficies lisas reducen la posibilidad de que las asperezas se unan,

proporcionando un desgaste mas lento.

4) Impedir la adhesin minimizar el desgaste. Algunos materiales absorben gases

o forman xidos en la superficie lo cual evita la adhesin, particularmente en pequeas

cargas. La fundicin de hierro gris contiene hojuelas de grafito que proporcionan una

excelente autolubricacin en las superficies, particularmente cuando la matriz es perlita

en lugar de ferrita suave. Finalmente, el desgaste adhesivo es menor cuando se usa

lubricante.

Desgaste abrasivo: El desgaste por abrasin ocurre cuando el material se

elimina de la superficie al contacto con partculas duras, las cuales pueden encontrarse

presentes en la superficie de un segundo material o como partculas sueltas entre las

dos superficies. (figura 2.6). A diferencia del desgaste por adherencia no ocurre unin.

Este tipo de desgaste es comn en mquinas y equipos como arados, cuchillas

niveladoras, trituradoras y molinos para el manejo de materiales abrasivos, y puede

ocurrir tambin cuando intencionalmente se introducen partculas duras entre las partes


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mviles de maquinaria. El desgaste abrasivo es utilizado tambin en operaciones de

molino para eliminar material intencionalmente.

Los materiales con una alta dureza y alta resistencia en caliente son mas resistentes al

desgaste abrasivo. Los materiales tpicos utilizados para las aplicaciones de desgaste

abrasivo incluyen a los aceros templados y revenidos, los aceros carburizados o

endurecidos superficialmente, los aceros al manganeso que se endurecen por trabajo

durante el uso, las aleaciones de cobalto como la estelita (Stellite), loa materiales

compuestos, las fundiciones de hierro blanco y las superficies duras producidas por la

soldadura.

Figura 2.6: El desgaste abrasivo, causado tanto por abrasivos atrapados o libres,

ocasiona acanaladuras en el material, formando asperezas que pueden fracturarse

produciendo partculas.

Erosin lquida: La integridad de un material puede destruirse por la erosin

causada debido a altas presiones asociadas con un liquido en movimiento.

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