Capitulo IV Procesamiento y propiedades de los materiales

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Unidad IV 
Procesamiento y propiedades de los materiales. 
Existe una relación importante entre estructura, procesamiento y propiedades. La correcta 
relación permite un desempeño adecuado de los elementos o piezas en servicio. 
 
Procesamiento. Los metales y aleaciones se procesan para obtener las formas deseadas. 
 
 
 
Algunos de los procesamientos más importantes son: 
 
Colado. Fusión de metales y aleaciones en hornos y su posterior vertido(colado) en moldes o 
lingoteras que produzcan la forma de las piezas que se requiere obtener. 
 
 
Soldadura. Unir partes mediante la fusión de metales o adición de un material de aporte. 
 
 
 
 
Maquinado. Usar el arranque de viruta por medio de herramientas de corte (cuchillas, fresas, 
brocas, punzones, etc) 
 
Metalurgia de polvos. Prensado de polvos metálicos en una matriz y su posterior sinterizado 
que permite unir los polvos en un solo cuerpo. 
 
Conformado o trabajado a presión. Procedimientos para dar forma a los metales mediante la 
aplicación de fuerzas o tensiones que provocan la deformación plástica de los metales o 
aleaciones 
 
Laminación. 
El laminado es un proceso en el que se reduce el espesor de una pieza larga a través de fuerzas 
de compresión ejercidas por un juego de rodillos, que giran apretando y halando la pieza entre 
ellos. 
 
El resultado del laminado puede ser una pieza terminada (por ejemplo, el papel aluminio), o 
puede ser la materia prima de procesos posteriores, como el troquelado, el doblado y la 
embutición. 
Proceso de deformación volumétrica,(reduce espesor), mediante fuerzas de compresión y 
cizallamiento, ejercidas por rodillos. Los rodillos giran en sentidos opuestos para que fluya el 
material entre ellos, (fuerzas originadas por rozamiento). 
Laminación en caliente. 
• Se debe realizar a una temperatura mayor a la temperatura de recristalización del metal. 
• Se lleva a cabo para aleaciones de aluminio y aceros aleados. Se manejan temperaturas 
entre 0.3 y 0.5 la temperatura de fusión. 
• Al trabajar en caliente, se requiere la aplicación de lubricantes como grafito y vidrio. 
 
Laminación en frio 
• Se lleva a cabo a temperatura ambiente. Se obtendrán láminas y tiras con un acabado 
superficial mejor, además se tienen mejores tolerancias dimensionales y mejores 
propiedades mecánicas. 
• Al trabajar en frio es necesario el uso y aplicación de: 
 Lubricantes, a base de aceites vegetales 
 
Molinos de dos rodillos 
O molino de laminación básico, consiste en dos rodillos opuestos. 
Los rodillos en estos molinos tienen diámetros que van de 0.6 a 1.4 m. 
La configuración de dos rodillos puede ser reversible o no reversible. 
No reversible, los rodillos giran siempre en la misma dirección y el trabajo siempre pasa a través 
del mismo lado. 
Reversible, permite la rotación de los rodillos en ambas direcciones, de manera que el trabajo 
puede pasar a través de los rodillos en cualquier dirección. Esto permite una serie de 
reducciones que se hacen a través del mismo juego de rodillos, pasando simplemente el material 
de trabajo varias veces desde direcciones opuestas. 
La desventaja de la configuración reversible es el momento angular significativo debido a la 
rotación de grandes rodillos, entre otros problemas técnicos asociados a la reversibilidad de la 
dirección. 
 
Molino de tres rodillos 
En este tipo de molinos existen tres rodillos en una columna vertical y la dirección de rotación 
de cada rodillo permanece sin cambio. Para lograr una serie de reducciones continuas, se puede 
pasar el material de trabajo en cualquier dirección, ya sea elevando o bajando la tira después de 
cada paso. El equipo en un molino de tres rodillos se vuelve más complicado debido al 
mecanismo elevador que se necesita para elevar o bajar el material de trabajo. 
 
 
Molinos de 4 rodillos 
En los molinos de cuatro rodillos se usan dos rodillos de diámetro menor para hacer contacto 
con el material de trabajo y dos rodillos detrás como respaldo. 
Es posible obtener algunas ventajas al reducir el diámetro de los rodillos. La longitud de contacto 
entre los rodillos y el material de trabajo se reduce con un menor radio de los rodillos y esto 
conduce a fuerzas más bajas, menor momento de torsión, y menor potencia. 
Debido a las altas fuerzas de laminado, los rodillos menores podrían desviarse elásticamente 
con el paso de la laminación, sí no fuera por los rodillos más grandes de respaldo que los 
soportan. Otra configuración que permite el uso de rodillos menores contra el elemento de 
trabajo es el molino en conjunto o racimo. 
 
Consideraciones adicionales 
En la operación de laminado, al reducirse el espesor, aumenta el ancho y la longitud del 
material de trabajo. Como tal, existe una relación respecto a las dimensiones iniciales debido a 
la conservación del material, de modo que el volumen inicial es igual al volumen final: 
 
 
En el laminado plano también permanece constante la velocidad volumétrica del material, por 
tanto, la velocidad de entrada (inicial) y salida (final) del material se relacionan de la siguiente 
manera: 
 
 
 
Draft.- reducción de espesor de la pieza de trabajo. 
𝑑 = 𝑡0 − 𝑡𝑓 
𝑑 = 𝑑𝑟𝑎𝑓𝑡 ó 𝑟𝑒𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 
𝑡0 = 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 
𝑡𝑓 = 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙Draft 
 
Draft Máximo.- la fricción aparece con un cierto coeficiente de fricción. (fuerza aplicada por 
rodillos * coeficiente). La fuerza de fricción es opuesta a ambos lados del rodillo, sin embargo, 
no son iguales. La fuerza de fricción es mayor a la entrada, haciendo que le material pase a través 
de los rodillos. La ecuación muestra que si la fricción es cero no habría disminución de espesor, 
por tanto, laminación imposible. 
𝑑𝑚𝑎𝑥 = 𝜇
2 ∗ 𝑅 
𝑑𝑚𝑎𝑥 = 𝑑𝑟𝑎𝑓𝑡 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 
𝜇 = 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖ó𝑛 
𝑅 = 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑜𝑑𝑖𝑙𝑙𝑜 
 
 
 
 
Calcule el porcentaje de reducción durante una laminación en frio de una chapa de una 
aleación de aluminio de 0.120 a 0.040 plg. 
% 𝑟𝑒𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑒𝑛 𝑓𝑟𝑖𝑜 =
𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
∗ 100 
% 𝑟𝑒𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑒𝑛 𝑓𝑟𝑖𝑜 =
0.12 − 0.04
0.12
∗ 100 = 66.67 % 
 
Una palanquilla con un ancho de 12 plg y 1 plg de espesor se alimenta a través de un molino 
laminador de dos rodillos de 10 plg de radio cada una. El espesor del material de trabajo se 
reduce a 0.875 plg en un solo paso, a una velocidad de 50 rev/ min. El material de trabajo tiene 
una curva de fluencia definida por K= 40000 lb/plg2 y n=0.15, además el coeficiente de fricción 
entre los rodillos y el material de trabajo es 0,12. Calcule si es posible realizar esta operación 
 
 
Si es posible realizar la operación pues d<dmax 
 
 
Forja 
 
Proceso pieza de trabajo se moldea. 
Mediante fuerzas de compresión aplicadas matrices y herramientas. 
• Forjado producen partes discretas. 
• Además, es posible controlar el flujo de metal en una matriz. 
 
 
El forjado puede efectuarse a temperatura ambiente (forjado en frío), el cual requiere fuerzas 
más grandes, debido a la mayor resistencia del material de la pieza de trabajo, material debe 
poseer suficiente ductilidad a temperatura ambiente para someterse a deformación sin que se 
agriete. Las partes forjadas en frío tienen un buen acabado superficial y precisión dimensional. 
 
A temperaturas elevadas (forjado a temperatura media o en caliente), dependiendo de la 
temperatura. En cambio, el forjado en caliente requiere menores fuerzas, pero la precisión 
dimensional y el acabado superficial de las partes no son tan elevados como en el forjado en 
frío. 
 
 
Forjado en matriz abierta 
El forjado de matriz abierta se puede representar mediante una pieza de trabajo sólida colocada 
entre dos matrices planas y cuya altura se reduce por compresión,proceso que también se 
conoce como recalcado o forjado con matriz plana. 
El elemento de trabajo se comprime entre dos dados planos, permitiendo que el material fluya 
sin restricciones en una dirección lateral con respecto a las superficies del dado. 
 
 
 
 
Forjado por matriz de impresión y matriz cerrada. 
 
La pieza de trabajo toma la forma de la cavidad de la matriz mientras se va forjando entre dos 
matrices que poseen una forma específica. 
Proceso se realiza a temperaturas altas (mejorar la ductilidad de los metales y disminuir las 
fuerzas). Obsérvese que, en la figura, durante la deformación, parte del material fluye hacia el 
exterior y forma unos bigotes o rebaba de forja. 
 
 
 
 
Extrusion. 
 
En el proceso de extrusión una palanquilla, por lo general redonda, es forzada a pasar por una 
matriz o dado. Proceso de conformado por el que un material reduce o cambia su sección 
trasversal cuando se le fuerza a pasar a través de una matriz mediante presión. 
Los dos principales procesos de extrusión son la extrusión directa y la extrusión indirecta 
 
Se producen perfiles tanto solidos o huecos, obteniéndose piezas semi acabadas. 
La geometría del dado no cambia durante la operación entonces los productos extruidos tienen 
sección transversal constante. 
Tiene muchas aplicaciones importantes que incluyen: componentes para automóviles, 
bicicletas, motocicletas, maquinaria pesada, etc. 
Rieles para puertas corrediza, tubos de distintos perfiles transversales, perfiles estructurales y 
arquitectónicos, y marcos para puertas y ventanas. 
Los productos extruidos se pueden cortar en tramos, con lo que se pueden transformar en piezas 
discretas como engranes, soportes y perchas. 
 
Los procesos de extrusión modernos pueden brindar 4 principales ventajas. 
1.- Se puede extruir una gran variedad de formas, en especial con extrusión en caliente, sin 
embargo, con la limitación de la sección transversal será la misma a lo largo de toda la pieza. 
2.- La estructura de grano y las propiedades de resistencia se mejoran con la extrusión (en frio 
o en caliente). 
3.- Son posibles tolerancias muy estrechas, en especial en frío. 
4.- En algunas operaciones de extrusión se genera poco o ningún material de desperdicio. 
 
La mayoría de los metales utiliza extrusión en caliente, para reducir las fuerzas requeridas, 
eliminar los efectos del trabajo en frío y reducir las propiedades direccionales. El proceso 
también se puede utilizar para materiales de baja resistencia que no se pueden formar por 
estirado. 
Los metales que más comúnmente se someten a extrusión son: El plomo, cobre, latón, bronce, 
aleaciones de aluminio y magnesio. La obtención de las piezas metálicas por el proceso de 
extrusión se puede realizar para los siguientes materiales con las temperaturas adecuadas. 
Acero 1100 – 1250 °C 
Cobre 750 – 925 °C 
Aluminio 320 – 450 °C 
Extrusión en caliente 
Para metales y aleaciones que no tienen ductilidad suficiente a temperatura ambiente. 
La extrusión se hace a temperaturas elevadas, para reducir las fuerzas requeridas. 
Al igual que otras operaciones en caliente, la extrusión tiene requisitos especiales, debidos a las 
altas temperaturas de operación. 
Puede encontrarse un excesivo desgaste del dado. 
Enfriamiento problemático de la palanquilla caliente en la cámara, causando alta deformación 
o deformación no uniforme. 
Para prologar la vida del dado, pueden precalentare los dados de extrusión. 
En la palanquilla caliente se forma en la superficie una capa de óxido, a menos que se caliente 
en un horno con atmósfera inerte. Esta película puede ser abrasiva, causando un producto 
extruido no aceptable, en los casos que el buen acabado sea importante. 
 
Estirado. 
En el estirado o trefilado, la sección transversal de una barra o alambre se reducen o cambian, 
jalándolos a través de un dado o matriz. 
Las variables principales que intervienen en este proceso son: 
• Reducción de área transversal, 
• Ángulo del dado, 
• Fricción a lo largo de la interface dado-pieza 
• Velocidad de estirado. 
Luego se puede demostrar que, para cierta reducción de diámetro y ciertas condiciones de 
fricción, hay un ángulo óptimo de dado con el cual es mínima la fuerza de estirado. Sin embargo, 
estos cálculos no quieren decir que se deba hacer el proceso con este ángulo “optimo”, pues 
existirán otras consideraciones que tienen que ver con la calidad del producto. 
 
Velocidad de estirado dependen del material y de la reducción del área trasversal: 
1 a 2.5 m/s para secciones pesadas. 
50m/s para alambre muy delgado, como el que se usa para electroimanes. 
 
 
Los ángulos en el dado van de 6° a 15°. Nótese sin embargo que hay dos ángulos, el de entrada 
y el de aproximación. El objeto de la superficie de carga (cara interna) es ajustar el diámetro 
definitivo del producto (lo que se llama dimensionamiento) 
 
 
 
 
 
Embutición. 
Es una operación de formado de láminas metálicas que se usa para hacer piezas de forma 
acopada. Se realiza colocando una lámina de metal sobre la cavidad de un dado y empujando el 
metal hacia la cavidad de éste con un punzón. 
Aplicaciones: latas de bebidas, casquillos de municiones, lavabos, utensilios de cocina y partes 
de carrocería de automóviles. 
 
 
El embutido tiene limitaciones, se puede hacer algunas medidas simples que al menos darán 
una idea de las mismas. 
Relación de embutido: es una medida de la severidad de la operación. Es la relación entre el 
diámetro del disco inicial 𝐷𝑏 y el diámetro del punzón 𝐷𝑝. 
𝐷𝑅 =
𝐷𝑏
𝐷𝑝
 
A mayor relación, mayor severidad de la operación, se puede considerar como un valor máximo 
de 2. 
 
Reducción: Es otra forma de caracterizar una operación 
𝑟 =
𝐷𝑏 − 𝐷𝑝
𝐷𝑏
 
El valor de la reducción debe ser menor a 0.5 
 
 
Se usa una operación de embutido para formar un vaso cilíndrico con un diámetro interior de 3 
plg y una altura 2 plg, el tamaño de la forma inicial es de 5.5 plg y el espesor del material es 3/32 
de plg. Con base en estos datos, ¿Es posible la operación? 
𝐷𝑅 =
𝐷𝑏
𝐷𝑝
 
𝐷𝑅 =
5.5
3
= 1.833 
𝑟 =
𝐷𝑏 − 𝐷𝑝
𝐷𝑏
 
𝑟 =
5.5 − 3
5.5
= 0.4545 ≈ 45,45% 
Defectos de piezas embutidas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Conformado según la temperatura. 
Según la temperatura de conformado los tipos de trabajo pueden ser: 
 
Trabajado en caliente. 
Es aquel que logra deformación permanente de metales y aleaciones por encima de la 
temperatura de recristalización. Durante el trabajo en caliente se produce la recristalización del 
material. 
Ventajas del trabajo en caliente. 
 No aumenta la dureza del metal ya que los granos distorsionados durante el proceso, 
pronto cambian a nuevos granos sin deformación. 
 El metal se hace más tenaz pues los cristales formados son más pequeños y por lo tanto 
más numerosos, además porque se disminuye el espacio entre cristales y se segregan 
las impurezas. 
 Se requiere menor fuerza y por lo tanto menor tiempo, ya que el material es más 
maleable 
 Facilidad para empujar el metal a formas extremas cuando está caliente, sin roturas ni 
desgastes pues los cristales son más plegables y se forman continuamente. 
 Se eliminan los poros en forma considerable debido a las altas presiones de trabajo. 
 
Desventajas del trabajo en caliente. 
 Se tiene una rápida oxidación o formación de escamas en la superficie con el siguiente 
mal acabado superficial. 
 No se pueden mantener tolerancias estrechas. 
 Se requieren herramientas resistentes al calor que son relativamente costosas. 
 
 
 
Trabajo en frio. 
Deformación permanente de metales y aleaciones por debajo de la temperatura de 
recristalización. Durante el trabajo en frio se produce en cambio el endurecimiento (o acritud) 
del material debido a: 
Aumento en el número de dislocaciones 
Apilamientoy trabazón de las dislocaciones contra obstáculos (fronteras de grano, átomos 
extraños, planos que se cortan, etc) 
Trabazon o interacción de las dislocaciones en los planos de deslizamiento que se cortan. 
Acritud. - una propiedad mecánica que adquieren los metales como consecuencia de la 
deformación en frío, también conocida como proceso de endurecimiento por acritud, que 
aumenta su dureza, fragilidad y resistencia, aunque los hace perder, al mismo tiempo, su 
ductilidad o maleabilidad. (endurecimiento que sufren los materiales trabajados en frio). 
 
Material absorbe 1-10% de la energía proporcionada 
Cuando se trabaja en frío los cambios resultantes en la forma del material traen consigo marcas 
en la estructura de grano. Los cambios estructurales producen fragmentaciones del grano, 
movimientos de átomos y distorsión de la malla. 
Para el trabajo en frío se requieren presiones mucho mayores que en el trabajo en caliente. 
Como el metal permanece en un estado más rígido no es permanentemente deformado hasta 
que los esfuerzos aplicados han excedido el límite elástico. 
La cantidad de trabajo en frío que un metal soporta depende sobre todo de su ductilidad, 
mientras más dúctil sea el metal mejor podrá trabajarse en frío. 
Los metales puros pueden soportar una mayor deformación que los que tienen elementos 
aleantes, debido a que los metales de aleación incrementan la tendencia y rapidez del 
endurecimiento (Templabilidad). 
Ventajas 
• Mejor acabado 
• Tolerancias estrechas pues no hay contracción 
• Menor costo, pues no requiere hornos 
• Menor tiempo. 
Desventajas 
• Requiere de una potencia mayor en los equipos 
• Menor deformación volumétrica 
 
 
 
Recristalización. - La recristalización es la formación de una estructura de granos libres de 
deformación a partir de una estructura altamente deformada. 
Temperatura de recristalización. - es la temperatura a la que un metal altamente trabajado en 
frio se recristaliza. 
 A mayor cantidad de deformación previa, menor la temperatura necesaria para iniciar 
el proceso de recristalización (deformación crítica del 7 %). 
 Al aumentar el tiempo de recocido disminuye la temperatura de recristalización. 
 Se introduce más endurecimiento por deformación en los metales que tienen 
inicialmente granos finos. Esto se traduce en mayor energía disponible y por lo tanto 
menor temperatura de recristalización 
 Cuanto menores sean las temperaturas de trabajado en frío, mayor será la cantidad de 
deformación introducida, disminuyendo la temperatura de recristalización. 
 
Recocido.- 
Tratamiento que se aplica a las aleaciones con el fin de eliminar la acritud (Ablandamiento). 
Recocido total es el proceso mediante el cual la estructura distorsionada de la red trabajada en 
frio retorna a una estructura cuyo estado se encuentre libre de tensiones por medio de la 
aplicación de calor 
 
El recocido comprende 3 etapas. 
 
Recuperación. - Proceso a baja temperatura que produce alivio de tensiones producidas 
durante trabajado en frío. Se suministra suficiente energía térmica como para permitir el 
reordenamiento de las dislocaciones en configuraciones de menor energía. (poligonización) 
Se reduce ligeramente la resistencia, pero aumenta significativamente la ductilidad. 
 
Recristalización. - a temperaturas superiores a la de recristalización, aparecen nuevos granos 
libres de deformación. 
La resistencia a la tracción disminuye de forma importante y su ductilidad aumenta. 
 
Crecimiento de grano. - Conforme la temperatura aumenta, la rigidez de la red disminuye y la 
rapidez de crecimiento de grano es mayor. 
 
 
Factores que afectan el tamaño final de los granos recristalizados. 
Grado de deformación previa. Si aumenta la cantidad de deformación previa, se favorece la 
nucleación y disminuirá el tamaño final de grano. (Menor temperatura de recristalización) 
Tiempo a la temperatura de recocido. A mayor tiempo a la temperatura de recristalización 
mayor tamaño de grano 
Temperatura de recocido. Cuanto menor sea la temperatura por encima de la de 
recristalización, más fino será el tamaño de grano. 
Tiempo de calentamiento. Cuanto menor sea el tiempo de calentamiento a la temperatura de 
recocido, más fino será el tamaño de grano. 
Impurezas. Cuanto mayor sea la cantidad y más fina la distribución de impurezas insolubles, más 
fino será el tamaño final de grano. 
 
 
 
 
Recocido y sus etapas. 
 
 
Lámina de aleación de aluminio 5657 (0.8% Mg) mostrando las microestructuras obtenidas 
después de la laminación en frío 85 por ciento de reducción y subsiguiente tratamiento térmico 
(micrografías obtenidas por microscopia óptica a 100× y con luz polarizada). a) Trabajado en frío 
de 85 por ciento; sección longitudinal. Los granos se encuentran fuertemente alargados. b) 
Trabajado en frío de 85 por ciento y tratamiento de relajación de tensiones a 302°C (575°F) 
durante 1 hora . Se observa el inicio de la recristalización que mejora la formación de la lámina 
y c) Trabajado en frío de 85 por ciento y recocido a 316°C (600°F) durante 1 hora. Se observa 
una estructura de granos recristalizados y de bandas de granos no cristalizados. 
Propiedades de los materiales. 
Son las características de un material que pueden se evaluadas y cuantificadas mediante ensayos 
estandarizados (especificaciones de normas internacionales). 
 Se puede considerar que las propiedades de un material son de tres tipos: Mecánicas, físicas y 
químicas. 
 
Propiedades Mecánicas. Son aquellas que determinan la aptitud de un material para resistir a 
las solicitaciones externas que tienden a deformarlo (esfuerzos). 
Las propiedades mecánicas más comunes son: Resistencia mecánica, la ductilidad y la rigidez 
(dureza). Aunque a menudo interesa la tenacidad (cargas de impacto), la resistencia a la fatiga 
(cargas fluctuantes) y resistencia a la termofluencia (altas temperaturas). 
 
Propiedades físicas. Son aquellas que dependen de la naturaleza del material y de su interacción 
con la energía. Dentro de las mismas se incluyen la conductividad eléctrica y térmica, la 
resistividad, la permeabilidad magnética, la capacidad calorífica, dilatación térmica, refracción, 
reflexión y absorción. 
 
Propiedades químicas. Son aquellas que dependen de la composición del material y definen su 
comportamiento frente al medio ambiente. Dentro de estas se incluye la resistencia a la 
corrosión y a la oxidación. 
 
Las propiedades mecánicas pueden ser determinadas mediante ensayos de laboratorio 
estandarizados, sus resultados pueden garantizar su comportamiento en condiciones de 
servicio. 
 
Antes de revisar los ensayos es necesario estudiar algunos conceptos previos: 
 
Deformación. - Cambio de forma de un material debido a los esfuerzos o tensiones. Puede ser: 
 Deformación elástica. - Deformación de un material que desaparece cuando se retira la 
carga o tensión que la produjo. 
 Deformación plástica. - Deformación de un material que no desaparece cuando se 
retira la carga o tensión que la produjo (deformación permanente). 
 
Representación esquemática de deformaciones por fuerzas de: a) Tracción, b) Compresión, c) 
Cizallamiento, d) Torsión 
 
 
Esfuerzo. - toda fuerza o par de fuerzas que actúan sobre un cuerpo, tendiendo a deformarlo. 
 
Tensión (esfuerzo). - Es igual a la fuerza media de tracción F sobre el área de la sección 
transversal de la probeta 𝐴𝑜.(sigma/área) 
𝜎 =
𝐹
𝐴𝑜
 
Sus unidades son: 
𝑁
𝑚2
 ó 𝑃𝑎 
𝑙𝑏
𝑖𝑛2
 ó 𝑝𝑠𝑖 
1𝐾𝑠𝑖 = 6.98𝑀𝑃𝑎 
 
Tensión real. - Es igual a la fuerza media de tracción F sobre el área mínima de la sección 
transversal de la probeta Ai. 
𝜎 =
𝐹
𝐴𝑖
 
 
Deformación ingenieril. 
𝜀 =
𝑙 − 𝑙0
𝑙0
=
∆𝑙(𝑐𝑎𝑚𝑏𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎)
𝑙0(𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑜𝑟𝑖𝑔𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎)
 
 
Plasticidad. Es la aptitud de un material paradeformarse plásticamente sin fracturarse. Puede 
manifestarse como: 
 Ductilidad. Capacidad de un material para ser deformado permanentemente sin que 
ocurra fractura, cuando se aplica cargas de tracción. 
 Maleabilidad. Capacidad de un material para ser deformado permanentemente sin que 
ocurra fractura, cuando se aplica cargas de compresión. 
Superplasticidad. Es la capacidad de algunas aleaciones metálicas como algunas de Al y Ti, de 
deformarse hasta el 2000% a temperaturas elevadas y velocidades bajas de carga. 
 
Aleación Titanio grado 5 (6Al-4V) Se alarga 12 % a temperatura ambiente 
A temperaturas de 840 a 870 C y a velocidades de carga de 0,00013 1/seg, se alarga de 750% a 
1170 %. 
 
 
Diagrama esfuerzo-deformación 
 
 
Puntos críticos 
Límite de proporcionalidad 
Cuando un material es sometido a un esfuerzo de tracción, al principio trata de oponerse a la 
deformación y recobrar su forma original mientras la fuerza no exceda su límite de 
proporcionalidad. 
Este es el punto en el que el material está al límite de ser elástico, si el esfuerzo que experimenta 
se excede, el material aún puede comportarse elásticamente pero ya no recobrar su forma 
original. 
Límite de elasticidad 
Después del límite de proporcionalidad un material experimenta una deformación aun elástica, 
esto significa que todavía trata de resistir al esfuerzo y recuperar su forma; sin embargo, este es 
un punto bastante cercano al punto de fluencia. 
Punto de fluencia 
El punto de fluencia es aquella en el cual, el material deja su propiedad elástica; el esfuerzo ha 
superado su capacidad y desde este punto en adelante el material se comportará como un 
material plástico, es decir, ya no trata de recuperar su forma original. 
Esfuerzo máximo o último 
Llamado también esfuerzo último, en este punto el material a alcanzado su capacidad máxima 
de resistir al esfuerzo que actúa sobre ella, si la fuerza sigue actuando, entonces a partir de ahora 
el material colapsará hasta llegar al esfuerzo de rotura. 
Esfuerzo de rotura 
También conocida como el esfuerzo de fractura; este punto es aquella en la que el material 
sometido al esfuerzo llega a fracturarse de forma permanente. 
Regiones del diagrama E-D 
En el diagrama esfuerzo deformación, existen dos regiones importantes que representan las 
propiedades que experimenta un material cuando está sometido a esfuerzos; las cuales son: la 
región elástica y la región plástica. 
Región elástica 
Esta región comprende desde el inicio hasta el punto límite de elasticidad, en esta región el 
material presenta un comportamiento plástico, con mayor intensidad entre el punto inicial y el 
límite de proporcionalidad. 
Cabe destacar que entre el punto inicial y el punto límite de proporcionalidad se cumple la ley 
de HOOK que establece que la fuerza de tracción es directamente proporcional a la deformación. 
Región plástica 
Esta región empieza desde que el material llega al punto de fluencia, pasando por el punto de 
esfuerzo máximo hasta el punto en que se fractura el material. En esta región el material sufre 
una deformación permanente. 
Zonas importantes del diagrama esfuerzo deformación 
Desde que un material empieza a experimentar un esfuerzo sobre ella hasta que llega a 
fracturarse, podemos identificar varias zonas críticas: 
Zona elástica 
Es la zona que anteriormente ya mencionamos, en la que el material se comporta elásticamente. 
Zona de cedencia 
Esta zona se presenta justo después al punto de fluencia, en esta zona el material experimenta 
una deformación permanente plástica con un esfuerzo constante, hasta llegar a un punto en el 
que para seguir deformando al material requerirá un aumento en la intensidad del esfuerzo que 
lo deforma. 
Zona de endurecimiento 
Esta zona se presenta después de que el material haya experimentado una deformación con 
esfuerzo constante; llega un punto en el que es necesario aumentar el esfuerzo para sacarla de 
la zona de cedencia; desde que se aumenta esfuerzo, el material experimenta una deformación 
y al mismo tiempo experimenta un endurecimiento, es decir aumenta su grado de dureza hasta 
llegar al punto de esfuerzo máximo. 
Zona de estricción 
La zona de estricción comprende desde el punto de esfuerzo máximo hasta el punto de esfuerzo 
de rotura. En esta zona el material no puede soportar ni un esfuerzo constante, solo decreciente; 
el material empieza a formar un cuello en una región y a partir de ello llega a fracturarse cuando 
el esfuerzo sigue actuando sobre ella. 
 
Diferencia entre materiales dúctiles y frágiles 
Existe una clara diferencia entre el diagrama de materiales dúctiles y materiales frágiles; los 
materiales dúctiles presentan mayor pendiente mientras los frágiles menor pendiente; esto es 
debido a las propiedades elásticas que naturalmente presentan los materiales dúctiles. 
 
 
 
 
 
Ensayo de tracción. 
Consiste en someter una probeta de forma y dimensiones determinadas a un esfuerzo de 
tracción en la dirección de su eje, hasta romperla. 
Cuando se aplica una fuerza a una probeta, los enlaces entre los átomos se estiran y el material 
se alarga. Cuando se retira la fuerza, los enlaces regresan a su posición original y la probeta 
vuelve a su tamaño inicial (deformación elástica o temporal). 
Mide la resistencia de un material a una fuerza estática o gradualmente aplicada. 
Una probeta típica tiene un diámetro de 0.505 plg (12.8 mm) y una longitud de 2 plg, la probeta 
se coloca en una máquina de pruebas y se le aplica una fuerza F, que se conoce como carga. Para 
medir el alargamiento del material causado por la aplicación de la fuerza, se utiliza un 
extensómetro. 
De esta prueba se van obteniendo datos, como los de la siguiente tabla (aleación de aluminio) 
 
A partir de estos datos es posible construir la gráfica esfuerzo-deformación correspondiente. 
 
Los valores para la construcción de la gráfica se deben encontrar. 
Calculando el esfuerzo y la deformación. 
Ejemplo. Transformar los datos antes vistos de fuerza y longitud 
𝜎 =
𝐹
𝐴𝑜
=
1000 𝑙𝑏
(𝜋/4)(0.505)2
=
1000 𝑙𝑏
0.2 𝑝𝑙𝑔2
= 5000 𝑝𝑠𝑖 
𝜀 =
𝑙 − 𝑙0
𝑙0
=
2.001 𝑝𝑙𝑔 − 2 𝑝𝑙𝑔
2 𝑝𝑙𝑔
= 0.0005 𝑝𝑙𝑔/𝑝𝑙𝑔 
 
 
 
 
 
 
A partir del ensayo de tracción puede determinarse. 
1. Módulo de elasticidad 
2. Limite elástico convencional 
3. Resistencia a la tracción 
4. Porcentaje de alargamiento a fractura 
5. Porcentaje de estricción a fractura 
 
 
Módulo de elasticidad. - Es la relación entre la tensión unitaria y el alargamiento producido con 
respecto a la longitud original. Un alto módulo de elasticidad indica que se requiere grandes 
fuerzas para separar los átomos y producir la deformación elástica del material (medida de la 
rigidez del material) 
𝜎 = 𝐸 𝜀 
𝐸 =
𝜎
𝜀
 
𝐸 = 𝑀𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 
𝜎 = 𝑇𝑒𝑛𝑠𝑖ó𝑛 
𝜀 = 𝐷𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 
 
Límite elástico 𝝈𝒆.- Es la máxima carga que puede soportar un material sin sufrir deformación 
permanente. 
 
Límite de fluencia 𝝈𝒇.- Es la carga a la cual se produce una deformación importante en el 
material. 
 
Resistencia a la tracción. - Es la máxima tensión alcanzada en la curva tensión-deformación. 
 
Dutilidad mide el grado de deformación que pueden soportar un material sin romperse. Dos 
medidas de ductilidad son, el porcentaje de alargamiento o elongación, y el porcentaje de 
estricción o reducción de área. 
Porcentaje de alargamiento. - La máxima deformación que se produce en un material antes de 
la rotura (fractura). 
% 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑎𝑟𝑔𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 =
𝑙𝑓 − 𝑙0
𝑙0
∗ 100 
 
Porcentaje de estricción. - Es la máxima disminución del área transversal que experimenta un 
material durante el ensayo de tracción 
% 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑑 á𝑟𝑒𝑎 =
𝐴0 − 𝐴𝑓
𝐴0
∗ 100 
 
 
 
 
 
 
 
Nota: 
 Si las fuerzas son mayores se comporta de una manera plástica. Cuando se incremente el 
esfuerzo,empiezan a producirse dislocaciones, ocurre el deslizamiento y el material empieza a 
deformarse plásticamente (deformaciones permanentes). 
El esfuerzo en que se inicia el deslizamiento es el punto que delimita los comportamientos 
elástico y plástico (límite elástico). 
 
 
 
 
 
 
 
Del material representado en la siguiente tabla, calcule el módulo de elasticidad de la aleación 
de aluminio. Utilice este módulo para determinar la longitud de una barra de 50 plg a la cual se 
le ha aplicado un esfuerzo de 30000 psi. 
 
𝐸 =
𝜎
𝜀
=
35000
0.0035
= 10000000 
𝜀 =
𝜎
𝐸
=
30000
1000000
= 0.003 𝑝𝑙𝑔/𝑝𝑙𝑔 
𝜀 =
𝑙 − 𝑙0
𝑙0
 
𝑙 = 𝜀 ∗ 𝑙0 + 𝑙0 
𝑙 = 0.003 ∗ (50) + 50 = 50.15 𝑝𝑙𝑔 
 
Una probeta de aleación de aluminio sometida a ensayo de tracción, tiene una longitud final 
entre marcas calibradas, después de haber fallado de 2.195 y un diámetro final de 0.398 en la 
fractura, calcule la ductilidad de esta aleación. 
% 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑎𝑟𝑔𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 =
𝑙𝑓 − 𝑙0
𝑙0
∗ 100 =
2.195 − 2
2
∗ 100 = 9.75% 
% 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑑 á𝑟𝑒𝑎 =
𝐴0 − 𝐴𝑓
𝐴0
∗ 100 =
(
𝜋
4
) (0.5052) − (
𝜋
4
) (0.3982)
(
𝜋
4
) (0.5052)
∗ 100 = 37.9% 
 
 
 
Mecanismos de deformación plástica 
Deslizamiento. Movimiento relativo de un grupo de átomos sobre otros, en ciertos planos y 
direcciones determinados. 
Los planos y direcciones de deslizamiento son los más densamente empaquetados (compactos). 
La combinación de un plano y dirección se denomina un sistema de deslizamiento. 
 
 Tensión de cizalladura critica (esfuerzo cortante resultante critico) 
La tensión necesaria para producir deslizamiento en un monocristal depende 
principalmente de la estructura cristalina del metal, de las características del enlace 
atómico, de la temperatura a la que se deforma y de la orientación de los planos de 
deslizamiento. 
El deslizamiento se inicia cuando la tensión de cizalladura que actúa en el plano de 
deslizamiento alcanza un determinado valor denominado tensión de cizalladura 
crítico. 
Ley de Schimd 
Establece la relación entre la tensión de tracción uniaxial que actúa sobre un mono 
cristal cilíndrico de metal puro y la tensión de cizalladura resultante que actúa en 
el sistema de deslizamiento del interior del cilindro. 
 
 
 
Maclaje. Movimiento de planos de átomos en la red, paralelos a un plano especifico, de 
manera que la red se divide en dos partes simétricas diferentemente orientadas. 
 
Cada región en la que se ha producido maclaje se denomina macla. 
Las maclas se pueden producir por deformación mecánica o como resultado del recocido que 
sigue a la deformación plástica. 
El maclado tiene lugar en una dirección específica denominada dirección de maclado. Es el 
mecanismo más importante en los metales de estructura HCP debido a su reducido número de 
sistemas de deslizamiento menos dúctiles que los BCC. 
 
Diferencia entre deslizamiento y maclaje 
La apariencia microscópica: el deslizamiento aparece como líneas delgadas, mientras que el 
maclaje aparece como líneas o bandas anchas. 
 
 
 
 
 
 
 
Ensayo de dureza 
Otra propiedad mecánica que puede ser sumamente importante a considerar es la dureza, la 
cual es una medida de la resistencia de un material a la deformación plástica localizada 
(abolladura o rayadura). 
Los primeros ensayos de dureza se basaban en el comportamiento de los minerales junto con 
una escala construida según la capacidad de un material para rayar a otro más blando 
En la actualidad se han desarrollado técnicas cuantitativas, las cuales se basan en un elemento 
que es forzado sobre la superficie del material que se está analizando todo esto bajo condiciones 
controladas de carga y velocidad de aplicación de la carga. 
 
Por lo tanto, se mide: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Profundidad 
O tamaño de la huella resultante 
Estos valores se 
relacionan con un 
número de dureza 
Cuanto más blando es el material, 
mayor y más profunda es la huella 
y menor es el número de dureza. 
Ensayo de durezaRrockwell (HB) 
Es el método más usado, pues es muy simple de realizar, y no requiere conocimientos 
especiales. 
Se pueden utilizar diferentes escalas que provienen de la utilización de distintas 
combinaciones de punzones y cargas. Esto permite ensayar: 
 
 
 
 
Los punzones o penetradores son bolas esféricas de acero endurecido que tienen diámetros de: 
Diámetro plg Diámetro mm 
1/16 1.588 
1/18 3.175 
1/4 6.350 
1/2 12.7 
 
Además, se utilizan punzones cónicos de diamante, para materiales más duros. 
 
Con este sistema, se determina un numero de dureza a partir de la diferencia de profundidad 
de penetración que resulta al aplicar primero una carga inicial pequeña y después una carga 
mayor, de acuerdo a estas cargas mayores y menores las pruebas se clasifican en. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Las escalas para Rockwell se identifican con letras (A, B, C, e….H) 
Las escalas para Rockwell superficial, se identifican mediante números (15, 30, 45 según la 
carga) y con letras (N, T, W, Y según el penetrador). 
Cualquier metal o aleación Desde el más blando al más duro. 
Rockwell 
Rockwell superficial. 
Menor: 10 kg 
Mayores: 
60,100,150 kg 
Menor: 3 kg 
Mayores: 
15,30,45 kg 
 
 
Ejemplo: 
80 HRB, representa una dureza Rockwell de 80 en la escala B 
60 HR30W, indica dureza Rockwell superficial de 60 en la escala 30W. 
 
Ventajas: 
Es de aplicación universal (materiales duros y blandos) 
Es de lectura directa 
No hace falta un pulido de las probetas tan perfecto como en el Vickers 
Es de gran precisión 
Puede ensayarse toda clase de piezas redondas, planas, alambres, flejes, etc 
Huella casi imperceptible de 0,06 a 0,25 mm de profundidad 
Recomendaciones 
No realizar en muestras muy delgadas (espesor probeta >10 veces profundidad de la huella) 
No realizar cerca de los bordes de la muestra (espacio > 3 diámetros de la huella entre el 
centro de la huella y el borde de la probeta) 
Superficies muy lisas mejora la exactitud 
Los ensayos de probetas apiladas una sobre otra no es recomendable. 
 
 
Tipos de penetradores y los tipos de huellas producidas asociados a cuatro ensayos de dureza 
más comunes. 
 
Ensayos de midrodureza Vickers y Knoop 
En este caso el indentador es de diamante muy pequeño y de geometría piramidal, el cual es 
forzado sobre la superficie de la muestra. La marca que se produce se mira al microscopio y se 
mide, y luego esta medida se transforma a un número de dureza. 
La superficie del material debe ser preparada cuidadosamente para asegurar que le marca 
obtenida pueda ser medida con exactitud. 
Se las designa con: Vickers (HV), Knoop (HK) 
 
 
 
 
Fórmulas: 
Vickers 
𝐻𝑉 =
1.854 𝑃
𝑑2
 
𝑑 =
𝑑1 + 𝑑2
2
 
𝑑 = 𝑑𝑖𝑎𝑔𝑜𝑛𝑎𝑙 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 (𝑚𝑚) 
𝑃 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 (𝑘𝑔) 
Carga de ensayo varia: 1 a 120 kg en macrodureza y de 1 a 1000 g en microdureza 
Aplicaciones: materiales duros y blandos, chapas muy delgadas, piezas cementadas, nitruradas 
y superficies endurecidas, superficialmente. 
Knoop 
𝐻𝐾 =
14.2𝑃
𝐿
 
𝐿 = 𝑑𝑖𝑎𝑔𝑜𝑛𝑎𝑙 𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟 (𝑚𝑚) 
𝑃 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 (𝑘𝑔) 
Carga de ensayo varia: 0.25 a 3600 g en microdureza 
Aplicaciones: Dureza de láminas muy delgadas, recubrimientos y microconstituyentes. 
 
Dureza Brinell (HB) 
Se fuerza un penetrador duro esférico en la superficie del metal a ensayar. El diámetro del 
penetrador es de 10 mm (0.394 plg). Las cargas normalizadas están comprendidas entre 500 y 
3000 kg en incrementos de 500 kg. Durante el ensayo la carga se mantiene constante durante 
unos 10 a 30 segundos. el diámetro de la huella que deja el indentador se mide con una lupa 
de pocos aumentos que tiene una escala graduada en el ocular. 
Los requerimientos de espesor de la muestra, posición de la huella (respecto a los bordes), 
separación mínima entre huellas, son las mismas que en Rockwell. La superficiede la probeta 
debe estar completamente lisa. 
𝐻𝐵 =
𝐹
(𝜋/2)𝐷 (√𝐷2 − 𝐷𝑖
2)
 
𝐹 = 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑘𝑔 
𝐷 = 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑒𝑛𝑒𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑒𝑛 𝑚𝑚 
𝐷𝑖 = 𝐷𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑖𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑚𝑚 
 
 
 
 
 
Es muy conveniente disponer de métodos para convertir la dureza de una escala a otra. Sin 
embargo, puesto que la dureza no es una propiedad del material muy bien definida, y debido a 
las diferencias experimentales de cada técnica, no se ha establecido un método general para 
convertir las durezas de una escala a otra. Algunos datos de conversión se han determinado 
experimentalmente y se ha encontrado que son dependientes del tipo y características del 
material. Existe una escala fiable que correspondiente a aceros. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ensayo de impacto. 
Cuando se somete a un material a un golpe súbito o intenso en el cual la velocidad se aplicación 
del esfuerzo es extremadamente grande, el material puede tener un comportamiento más frágil 
comparado con el que se puede mirar el ensayo de tracción. 
Permite determinar la resistencia al choque (golpe intenso y repentino) que puede tener un 
material. 
Tenacidad.- La tenacidad es a una propiedad de los materiales que consiste en la capacidad de 
absorber energía de deformación en grandes cantidades, antes de sufrir roturas. Por ejemplo, 
se habla de minerales tenaces como aquellos que más se resisten a ser rotos, molidos, 
desgarrados o suprimidos. 
La tenacidad de un material depende del grado de cohesión que exista entre sus moléculas, pero 
no debe confundirse con su resistencia mecánica, ni con su elasticidad o su fragilidad. Los 
materiales tenaces se deforman antes de romperse. (Capacidad de un material para resistir 
carga de impacto (ENERGÍA PLÁSTICA). Es una medida de la energía que un material puede 
absorber antes de fracturar) 
Resiliencia. - Capacidad de un material para absorber cargas de impacto (ENERGÍA ELÁSTICA) 
(área bajo zona elástica) . Una medida de la habilidad de un material para absorber energía sin 
deformación plástica o permanente. 
Módulo de resiliencia: Ur 
Aplicaciones para muelles 
 
 
 
 
 
 
 
 
Los ensayos de impacto (o resiliencia) pueden ser: el ensayo Charpy y el ensayo Izod 
Ensayo Charpy. 
La probeta es de sección cuadrada y tiene un entalle en el centro. Se apoya horizontalmente 
por sus dos extremos, como una viga, y la carga se aplica por el choque de un péndulo pesado, 
sobre el punto medio de la viga y por el lado opuesto al entalle. 
Tenacidad 
Habilidad de un material 
para absorber energía sin 
fractura. 
 
Resiliencia 
Habilidad de un material 
para absorber energía sin 
deformación plástica o 
permanente. 
https://concepto.de/cuales-son-las-propiedades-de-la-materia/
https://concepto.de/energia-en-fisica/
https://concepto.de/molecula-2/
https://concepto.de/resistencia/#Resistencia_en_fisica
https://concepto.de/elasticidad-en-fisica/
 
 
 
 
Durante el ensayo el péndulo que inicia su movimiento desde una altura h0, después de golpear 
la probeta alcanzara una altura hf menor. Si se conocen las alturas inicial y final, se puede calcular 
la diferencia en su energía potencial. Esta diferencia es la energía de impacto absorbida durante 
la falla o ruptura de la probeta. 
Unidades: 
Libra-pie (libre.pie) 
Joules 
1lb.pie=1.356 J 
 
 
Ensayo izod 
Utiliza una probeta que puede ser de sección circular o cuadrada y tiene un entalle en v próximo 
a uno de los extremos. La probeta se sujeta verticalmente por el extremo próximo al entalle y 
trabaja como una viga en voladizo, el péndulo la golpea en el extremo opuesto. 
Unidades: 
lb.pie/plg 
J/m 
 
 
 
Propiedades obtenidas a partir del ensayo de impacto. 
 
Temperatura de transición 
Es la temperatura a la cual un material cambia de un comportamiento dúctil a un 
comportamiento frágil. 
Importante: un material sujeto a cargas de impacto durante las condiciones de servicio deberá 
tener una temperatura de transición por debajo de la temperatura de operación determinada 
por el ambiente que rodea al material. 
 
 
Resultado de una serie de ensayos de impacto IZOD para un polímero termoplástico de nylon. 
 
No todos los materiales tienen una temperatura de transición bien definida. Los metales BCC 
tienen temperatura de transición, pero los FCC no la tienen. 
 
Resultados de una prueba Charpy con muesca V para un acero BCC y un FCC inoxidable. La 
estructura FCC generalmente absorbe más energía y no tiene temperatura de transición dúctil 
frágil. 
 
 
Relación con el diagrama esfuerzo deformación. 
La energía necesaria para romper un material está relacionada con el área bajo la curva esfuerzo 
real-deformación real. 
Aquellos metales con resistencia y ductilidad altas tienen buena tenacidad. Los materiales 
cerámicos y muchos compuestos por otra parte poseen poca tenacidad, a pesar de alta 
resistencia, ya que virtualmente no tienen ductilidad. 
 
El área bajo la curva está relacionada con la energía de impacto. a pesar de que el material B 
tiene un límite elástico inferior, absorbe más energía que el material A. 
 
 
Tenacidad a la fractura. 
La mecánica de la fractura enfoca al estudio del comportamiento de materiales con fisuras u 
otros pequeños defectos. Se desea saber el esfuerzo máximo que puede soportar un material, 
si contiene defectos de un cierto tamaño o geometría. 
La tenacidad a la fractura mide la capacidad de un material que contiene un defecto, a resistir 
una carga aplicada. 
Fractura dúctil 
Es aquella que se produce en un material después de una deformación plástica intensa y se 
caracteriza por la lenta propagación de la fisura. Sus etapas son: 
1. La muestra presenta estricción y se forman cavidades en la zona de estricción. 
2. Las cavidades formadas coalescen generando una fisura en el centro de la probeta que 
se propaga hacia la superficie de la misma y en dirección perpendicular al esfuerzo 
aplicado. 
3. Cuando la grieta se aproxima a la superficie, la dirección de la misma cambia 45° 
respecto al eje de tracción y se genera una fractura tipo cono y copa. 
 
Fractura frágil 
Es aquella que se produce sin deformación plástica y se caracteriza por una rápida propagación 
de la fisura perpendicular a la carga aplicada. Sus etapas son: 
1. La deformación plástica concentra las dislocaciones a lo largo de los planos de 
deslizamiento en obstáculos. 
2. La tensión de cizalladura se acumula en lugares donde las dislocaciones se bloquean y 
como resultado nuclean microfisuras. 
3. Una tensión posterior propaga las microfisuras y la energía de deformación elástica 
almacenada puede contribuir a la propagación de las mismas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tenacidad a la fractura KIC 
La resistencia que opone un material a la propagación de grietas. 
Un ensayo típico, se realiza aplicando un esfuerzo a una probeta preparada con un defecto de 
tamaño y geometría conocidos, el esfuerzo aplicado al material se intensifica por el defecto, el 
cual actúa como un concentrador de esfuerzos 
Experimentalmente se ha determinado que la tenacidad a la fractura viene dada por: 
𝐾𝐼𝐶 = 𝑦. 𝜎𝑓 . √𝜋𝑎 
𝑦 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑔𝑒𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙 1 
𝑎𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑔𝑟𝑖𝑒𝑡𝑎 𝑑𝑒 𝑏𝑜𝑟𝑑𝑒 𝑜 𝑙𝑎 𝑚𝑖𝑡𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑢𝑛𝑎 𝑔𝑟𝑖𝑒𝑡𝑎 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎 
𝜎𝑓 = 𝐸𝑠𝑓𝑒𝑢𝑟𝑧𝑜 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎. 
 
Los valores de la resistencia a la fractura tienen unidades de MPa √𝑚 y ksi √𝑖𝑛. 
En la siguiente grafica se puede apreciar esquemáticamente dimensiones y partes de una 
probeta para prueba de tenacidad a la fractura, y una imagen real de una prueba al momento 
en que se produce la fractura. 
 
Los valores de resistencia a la fractura de algunos materiales son bastante útiles cuando se 
trabaja con materiales de tenacidad o ductilidad limitada. En lasiguiente tabla incluye valores 
de 𝐾𝐼𝐶, para alguna aleaciones. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ejemplo: 
El comportamiento de una placa que forma parte de un díselo de ingeniería debe soportar un 
esfuerzo de tensión de 207 MPa (30ksi). Si se utiliza una aleación de aluminio 2024-T851. ¿Cuál 
es el máximo tamaño de fisura que puede soportar este material? Y=1 
𝐾𝐼𝐶 = 𝑦. 𝜎𝑓 . √𝜋𝑎 
Se aplica y=1 y 𝐾𝐼𝐶 = 26.4𝑀𝑃𝑎√𝑚, despejando a se tiene: 
 
𝑎 =
1
𝜋
(
26.4𝑀𝑃𝑎√𝑚
207𝑀𝑃𝑎
)
2
= 0.00518𝑚 = 5.18𝑚𝑚 
 
 
 
 
 
 
 
Bajos valores de 𝐾𝐼𝐶 
Altos valores de 𝐾𝐼𝐶 
Presentan una pequeña 
deformación plástica antes 
de fracturarse, suelen ser 
mas fragiles 
Suelen ser más dúctiles 
Ensayo de fatiga. 
En ocasiones un componente se encuentra sujeto a la aplicación cíclica de un esfuerzo inferior 
al esfuerzo de cadencia del material. Este esfuerzo cíclico puede ocurrir por una rotación, flexión 
o vibraciones. Aun cuando el esfuerzo esté por debajo del límite elástico, el material puede llegar 
a fallar después de numerosas aplicaciones de dicho esfuerzo. 
A este tipo de falla se la conoce como fatiga. Y ocurren en tres etapas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
La fatiga es el fenómeno que conduce a la falla de un material sometido a tensiones fluctuantes 
(dinámicas). De las fallas ocurridas en condiciones de servicio el 80 % corresponde a fallas por 
fatiga. 
Los ensayos de fatiga permiten determinar la resistencia a cargas dinámicas (resistencia a la 
fatiga) que puede tener un material, cuando es sometido a esfuerzos inferiores al límite de 
fluencia. 
El método consiste en sujetar uno de los extremos de una probeta cilíndrica maquinada al eje 
de un motor. En el extremo opuesto se suspende un peso: inicialmente la probeta tiene una 
fuerza de tensión actuado sobe la superficie superior, en tanto que la superficie inferior está 
sometida a compresión. Cuando la probeta gira 90° los puntos que originalmente estaban bajo 
tensión y compresión no están sujetos esfuerzo alguno, y al girar otros 90 grados, la zona que 
estaba a bajo tensión ahora está a compresión. Por lo que la el esfuerzo en cualquier punto pasa 
a través de un ciclo sinoidal completo desde un esfuerzo máximo de tensión, hasta un esfuerzo 
máximo de compresión. El esfuerzo máximo que actúa en este tipo de probeta está dado por: 
𝜎 =
10.18 ∗ 𝑙 ∗ 𝐹
𝑑3
 
𝑙 = 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎 
𝐹 = 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 
𝑑 = 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 
Se inicia un griete minúscula, 
sobre la superficie, tiempo 
después de haberse aplicado la 
carga. 
La grieta se propaga 
gradualmente, conforme la carga 
sigue en su alternancia. 
Cuando la sección trasversal 
restante del material es 
demasiado pequeña para soportar 
la carga aplicada, ocurre la 
fractura súbita del material 
 
Después de un número suficiente de ciclos, la probeta puede fallar. Generalmente, se prueba 
una serie de muestras a diferentes esfuerzos. Los resultados se presentan graficando el esfuerzo 
en función del número de ciclos para la falla. 
 
Las curvas esfuerzo-número de ciclos para la falla de un acero y una aleación de aluminio. 
 
 
La grafica muestra las curvas típicas, para una aleación al alto carbono y una aleación de aluminio 
de alta resistencia. Para la aleación de aluminio, el esfuerzo que causa la fractura disminuye a 
medida que aumenta el número de ciclos. En el acero al carbono primeramente hay una 
disminución en la resistencia a la fatiga a medida que aumenta el número de ciclos y luego la 
curva se nivela, sin que disminuya la resistencia a la fatiga a medida que aumenta el número de 
ciclos. A esta parte horizontal de la curva se le denomina límite de fatiga o resistencia a la fatiga 
y se encuentra entre 106 y 108 ciclos. 
 
Conceptos adicionales. 
Límite de fatiga. - Esfuerzo máximo debajo del cual un material puede soportar un número 
infinito de ciclos de esfuerzo. 
Resistencia a la fatiga. Esfuerzo máximo que puede soportar una pieza, a un número específico 
de ciclos sin que haya falla. 
Vida a la fatiga. Número de ciclos que resiste un material a un esfuerzo determinado. 
La resistencia a la fatiga es importante para aplicaciones en el que los componentes están 
expuestos a esfuerzos fluctuantes como: ejes, bielas, amortiguadores, tuberías de vapor y 
engranajes. 
 
Etapas de la fatiga. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Inicio de fisuras. En los puntos de 
concentración de esfuerzos o 
defectos de diseño o fabricación. 
Crecimiento de fisuras. Deformación 
plástica en una dirección y después 
en una dirección contraria, lo cual 
causa surcos superficiales o estrías. 
Fallo Final. La ruptura se da 
por fractura frágil 
En la siguiente figura se muestra una gráfica sinoidal representando al esfuerzo versus los 
ciclos de fatiga. Figura (a) muestra esfuerzos de tensión (+) y esfuerzos de compresión (-), 
figura (b) muestra que el esfuerzo máximo y mínimo son de tensión. La figura (c) muestra que 
el esfuerzo cíclico puede variar aleatoriamente en amplitud y frecuencia. 
 
 
Características de los ciclos de esfuerzo variable (tensiones fluctuantes) 
Tensión media (esfuerzo medio). Es el promedio de las tensiones máxima y mínima. 
 
Máximo intervalo de tensión (Rango del esfuerzo). Es la diferencia entre la tensión máxima y 
mínima. 
 
Amplitud de tensión (amplitud del esfuerzo). Es la mitad del máximo intervalo de tensiones. 
 
Relación de tensiones extremas (Relación de esfuerzos). Es la relación existente entre las 
tensiones mínimas y máximas. 
 
 
Ensayo de termofluencia 
Los materiales por lo general son sometidos a temperaturas elevadas y a tensiones mecánicas 
estáticas (ejemplo, rotores en turbinas y generadores de vapor que experimentan fuerzas 
centrifugas, y en tuberías de vapor de alta presión). En estas circunstancias, la deformación de 
denomina fluencia en caliente. 
 
Fluencia en caliente. - es la deformación permanente y dependiente del tiempo, de los 
materiales cuando son sometidos a una tensión constante. Este fenómeno es indeseable puesto 
que limita el tiempo se servicio o utilización de un elemento. 
 
 
Comportamiento bajo fluencia en caliente 
Un ensayo típico de fluencia en caliente consiste en una probeta a una carga constante mientras 
es mantenida a una temperatura constante, se mide la deformación y se representa en función 
del tiempo. La curva presenta tres regiones principales. 
 
 
Fluencia primaria o transitoria. - su velocidad de fluencia es decreciente. La pendiente 
disminuye con el tiempo. El material presenta un aumento en su resistencia a la fluencia. 
Fluencia secundaria o estacionaria. - la velocidad es constante, la gráfica se hace lineal, este 
estado es el de más larga duración. 
Fluencia terciaria. - se produce una aceleración de la velocidad de la fluencia y la rotura final, se 
produce debido a cambios microestructurales y a cambios metalúrgicos (formación de fisuras, 
separación de bordes de grano) 
 
Influencia de la tensión y de la temperatura. 
La temperatura como el nivel de tensión aplicadas, influyen en las características del 
comportamiento bajo “fluencia en caliente”. Al aumentar la tensión o la temperatura se puede 
observar: 
 La deformación instantánea aumenta, en el momento de aplicación de la carga. 
 La velocidad de fluencia estacionaria aumenta. 
 El tiempo de ruptura disminuye 
 
Ensayo de tensión a rotura. 
Es esencialmente el mismo que el ensayo de termofluencia, excepto que las cargas son mayores 
y el ensayo se lleva a cabo hasta la fractura de la muestra. 
La tensión que conduce a la rotura y el tiempo de rotura se representa en escala doble 
logarítmica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Mecanismos de endurecimiento. 
Un mecanismo de endurecimiento posee una fuerte relación con el movimiento de 
dislocaciones. Esta relación entre las dislocaciones y las propiedades mecánicas, es laque 
condicionará el endurecimiento. 
La capacidad de un metal para deformarse plásticamente depende de la capacidad de las 
dislocaciones para moverse. 
Las técnicas de endurecimiento se basan en la restricción e impedimento del movimiento de las 
dislocaciones, dotando al material de más dureza y resistencia. 
 
Existen algunos métodos principales de endurecimiento. 
 Endurecimiento por solución sólida. 
 Endurecimiento por reducción del tamaño de grano. 
 Endurecimiento por deformación. 
 Endurecimiento superficial. 
 
Endurecimiento por disolución sólida: 
Este método se basa en introducir en los materiales átomos en forma de impurezas que se 
disuelven en solución sólida sustitucional o intersticial. Estos átomos dificultan el movimiento 
de las dislocaciones evitando que avancen, por tanto, endureciendo el material. 
 
A mayor diferencia del tamaño atómico, mayor endurecimiento 
Mayor diferencia, más distorsión de la red inicial, por tanto, es más difícil el deslizamiento 
A mayor cantidad añadida, más efecto endurecedor. 
 
Endurecimiento por reducción del tamaño de grano. 
Los límites de grano se convierten en barreras del movimiento de las dislocaciones a 
temperatura ambiente, debido a: 
 Los granos poseen distintas orientaciones. Cada grano posee su propio conjunto de 
dislocaciones sobre sus planos de deslizamiento, por ello, cuando una dislocación pasa de un 
grano a otro, se pierde la dirección de deslizamiento. 
El desorden de los límites de grano produce, discontinuidad de un grano a otro. 
A menor tamaño de grano, mayor dureza y resistencia, es decir impedimos el movimiento. 
Endurecimiento por deformación 
Mediante el trabajado en frío de los materiales se incrementa la densidad de dislocaciones, 
creando algunas nuevas y otras antiguas. 
Al aumentar la densidad de las dislocaciones, se vuelve más difícil el movimiento del resto de las 
dislocaciones, dando lugar al endurecimiento. 
Cuando metales dúctiles se endurecen por deformación, por la interacción de las dislocaciones, 
se incrementa la resistencia del material en perjuicio de la ductilidad. 
El endurecimiento por deformación en frío es uno de los métodos más importantes en el 
endurecimiento de metales. 
 
Endurecimiento Superficial 
 Son tratamientos termoquímicos aplicados al acero en los cuales la composición de la superficie 
se altera por adición de algún elemento. El objetivo de estos tratamientos es obtener una 
corteza exterior dura resistente al desgaste manteniendo las propiedades de la pieza completa. 
Existen tres tratamientos principales: 
 
Cementación. - es la aplicación de un proceso difusivo de carbono en una pieza, normalmente 
de Acero. 
 Se genera por el calentamiento de una pieza en un medio rico en C para que este 
difunda. 
 En la superficie queda un acero rico en C de mayor dureza y una matriz que conserva 
sus propiedades. 
 T= 875-925 °C, Espesores= 0.13-3.8 mm dependiendo del tipo de proceso. 
 
 
 
 
 
 
 
Nitruración. - Es este caso se genera la difusión de nitrógeno en la pieza, normalmente de 
acero. 
 Se pretende lograr una capa fina y muy dura. 
 El efecto aumenta con la incorporación de elementos de aleación como Al, Cr. 
 Los nitruros se caracterizan por precipitarse en forma de partículas finas, T= 510 °C, 
Espesores=0.025-0.5mm. 
 
 
Carbonitruración. - Es el tratamiento en el que se trata de difundir tanto carbono, como 
nitrógeno, absorbiéndose en la superficie del material.