Propiedades Mecánicas de los Materiales

• Elasticidad: Es la capacidad que tienen los materiales de recuperar su forma primitiva cuando cesa la carga que los deforma. Si se rebasa el límite elástico, la deformación que se produce es permanente.
• Plasticidad: Es la capacidad que tienen los materiales de adquirir deformaciones permanentes sin llegar a la rotura. Cuando esta deformación se presenta en forma de láminas, se denomina maleabilidad y, si se presenta en forma de filamentos, ductilidad.
• Cohesión: Es la resistencia que ofrecen los átomos a separarse, y depende del enlace de estos. Los átomos de los metales se pueden separar ligeramente, de ahí su elasticidad.
• Dureza: Es la mayor o menor resistencia que oponen los cuerpos a ser rayados o penetrados y depende de la cohesión atómica.
• Tenacidad: Es la capacidad de resistencia a la rotura por la acción de fuerzas exteriores.
• Fragilidad: Es la propiedad opuesta a la tenacidad; el intervalo plástico es muy corto y, por tanto, sus límites elástico y de rotura están muy próximos.
• Resistencia a la fatiga: Es la resistencia que ofrece un material a los esfuerzos repetitivos.
• Resiliencia: Es la energía absorbida en una rotura por impacto.

Ensayos Mecánicos de Materiales

Ensayo de Resiliencia

Consiste en romper de un solo golpe una probeta normalizada. La probeta tiene una hendidura o entalla que facilita su rotura. El ensayo se basa en determinar la energía que absorbe la probeta hasta que se rompe. La máquina más utilizada para este ensayo es el péndulo de Charpy. El péndulo de masa m se encuentra a una altura inicial H, por lo que tiene una determinada energía potencial antes de iniciar el ensayo. Al liberar el péndulo, golpea la probeta y la rompe, y continúa con su giro hasta alcanzar una altura final h con una nueva energía potencial. La energía que ha absorbido la probeta durante su rotura será la diferencia de energías potenciales inicial y final.

Ensayos de Dureza

Mediante los ensayos de dureza se determina la resistencia que opone un material a ser rayado o penetrado. Los métodos más utilizados son el método de Brinell, el método de Vickers y el de Rockwell.

Método de Brinell

Se utiliza para materiales blandos y semiduros. Consiste en hacer penetrar una bola de acero de un diámetro determinado contra la superficie del material que se quiere medir, por medio de una carga (F) y un tiempo determinado. La dureza Brinell (HB) se obtiene como el cociente entre la carga aplicada (F) en kp y la superficie de la huella dejada (S) en mm².

Método Vickers

Este ensayo se utiliza cuando el grosor del material es pequeño o para materiales duros. El método es igual al caso anterior, con la salvedad de que el penetrador es una pirámide regular de base cuadrada cuyas caras forman un ángulo de 136°. Al igual que en el caso anterior, se divide el valor de la fuerza entre la superficie dejada por el penetrador.

Método Rockwell

Este método se creó para medir la dureza de forma más rápida, aunque menos precisa, que por los métodos anteriores en los que es necesario el microscopio para medir la huella. Consiste en hacer penetrar una bola para materiales blandos o un cono para materiales duros. Las unidades de dureza Rockwell (HR) se calculan midiendo la profundidad de la huella.
En el ensayo se comienza por colocar una carga previa (10 kp) que provoca una huella de profundidad h₁. A continuación, se deja actuar la carga adicional (90 o 140 kp), con lo que la profundidad de la huella alcanza el valor h₂. Se retira la carga adicional y el penetrador retrocede, y se mide la profundidad permanente (e).

Ensayo de Fatiga

El principio de la rotura por fatiga estriba en que, con un esfuerzo muchísimo menor que el de rotura pero aplicado de forma reiterada, se consigue que el material acabe por romperse. Estos ensayos consisten en someter a las probetas a un determinado número de ciclos de esfuerzos de magnitudes y sentidos variables. Los ensayos pueden prolongarse hasta la rotura de la probeta o interrumpirse cuando el material ha soportado un número determinado de ciclos.

Tratamientos Térmicos de Metales y Aleaciones

Los tratamientos térmicos son procesos que modifican la estructura cristalina de metales y aleaciones mediante cambios controlados de temperatura, sin alterar su composición química. Su objetivo es mejorar propiedades mecánicas como la dureza, resistencia, ductilidad o plasticidad, según las necesidades del uso del material.

Temple

El temple es un tratamiento típico de los aceros que consiste en calentarlos hasta una temperatura elevada, superior a la de austenización, mantener la temperatura y después enfriar lo suficientemente rápido de modo que permita transformar la austenita en martensita (solución sobresaturada de carbono (C) en hierro alfa (Feα)) e impidiendo la formación de perlita y/o ferrita, que son más blandos. De esta manera se obtiene un material muy duro y resistente mecánicamente a expensas de disminuir su plasticidad y tenacidad (la pieza se hace más frágil).
Por regla general, la forma de realizar el enfriamiento consiste en sumergir la pieza en agua, aceite o aire frío, controlando en todo momento la temperatura del fluido. Para conseguir un mejor temple, se agita el fluido refrigerante.

Revenido

El revenido es un tratamiento complementario al temple, con el que se pretende eliminar tensiones internas producidas durante el temple y mejorar la tenacidad, aunque se reduce la dureza. Consiste en un calentamiento de las piezas previamente templadas a una temperatura inferior a la de austenización, para lograr que la martensita se transforme en una estructura más estable. El proceso termina con un enfriamiento relativamente rápido, normalmente en aire.

Recocido

El recocido es un tratamiento térmico que consiste en calentar el material hasta una temperatura determinada durante un tiempo también previsto y, después, enfriarlo lentamente (por lo general, se apaga el horno y se deja que el material se enfríe en su interior). Tiene como finalidad eliminar tensiones internas, ablandar el acero y homogeneizar su estructura interna.

Normalizado

El normalizado consiste en un calentamiento del acero a una temperatura ligeramente superior a la de austenización, seguido de un enfriamiento al aire. La velocidad de enfriamiento no puede ser elevada, evitando la formación de martensita. Su finalidad es afinar el acero (tamaño del grano) y eliminar tensiones internas en piezas que han sufrido tratamientos defectuosos o que han sido mecanizadas por forjado o laminado.

Motores de Combustión Interna

Motor de 2 Tiempos

Se realiza el ciclo completo del motor en dos carreras del pistón. Son motores mucho más simples que los de cuatro tiempos, pues no poseen válvulas ni distribución. Es usado en algunas motocicletas, motosierras, etc. Su rendimiento es menor que el de un motor de cuatro tiempos.
En los motores de dos tiempos, en cada carrera del pistón tienen lugar dos fases. Por lo tanto, el ciclo completo se realiza en dos carreras del pistón. En lugar de las válvulas, tienen unos orificios denominados lumbreras. El pistón es el encargado de permitir la admisión y salida de gases a través de las lumbreras, liberando o tapando estos orificios en su movimiento alternativo de ascenso y descenso.

Motor de 4 Tiempos

El ciclo de cuatro tiempos se realiza cuando el pistón completa el ciclo en 4 carreras.

Primer tiempo: Admisión

El pistón, al descender desde el punto muerto superior (PMS), crea un cierto vacío en el cilindro, que hace que este aspire el aire o la mezcla gaseosa combustible (según sea motor de inyección o no) a través de la válvula de admisión que permanece abierta.

Segundo tiempo: Compresión

La válvula de admisión se cierra cuando el pistón llega al punto muerto inferior (PMI), momento en el cual este comienza a subir de nuevo, comprimiendo la carga hasta llegar al PMS.

Tercer tiempo: Expansión

Instantes antes de que finalice la carrera de compresión se produce la inflamación del combustible, con el consiguiente aumento de la presión y la temperatura. El pistón entonces es proyectado de nuevo hacia abajo, produciéndose el trabajo.

Cuarto tiempo: Escape

Una vez que el pistón ha llegado al PMI, se abre la válvula de escape, el pistón asciende y los gases de la combustión son evacuados al exterior. Cuando ha llegado al PMS, la válvula de escape se cierra y la de admisión se abre. En ese momento, el motor vuelve a iniciar el primer tiempo.