06 PropiedadesMecanicas-

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Ingeniería de Materiales 62 
 
Propiedades mecánicas 
Introducción 
 
Se Toma un perfil o una barra de algún material (Fig. 1) 
Se aplican fuerzas en 3D 
Se extrae una parte y se analiza. Se tienen fuerzas en x, y, z 
Se dividen las fuerzas sobre la superficie y se tienen las tensiones () 
Las tensiones pueden ser de tracción o compresión 
Cuando se aplican tensiones, el material puede deformarse o 
romperse 
Se deforma en el campo plástico (la plasticidad aumenta con 
la temperatura) 
Se rompe si hay alta deformación en la zona elástica 
La cohesión atómica tiene relación con la energía de enlace 
La rotura sin deformación es sinónimo de fragilidad 
La deformación implica que el material desarrolla plasticidad 
En el campo elástico los materiales se utilizan como componentes de 
estructuras o máquinas 
En el campo plástico se fabrican los productos, en general con asistencia de 
energía térmica y y mecánica. Se utiliza el mecanismo de deslizamiento 
de planos atómicos. 
 
Cuando se aplican fuerzas externas a un material (cerámico, polímero, aleación, etc.), se 
produce una deformación. Se denomina deformación a la variación dimensional por unidad de 
longitud y tensión a la fuerza por unidad de área. Debido a la deformación, el material absorbe 
energía. Por otra parte la resistencia es una medida del nivel de tensión necesario para producir la 
rotura del material. En estas condiciones, la ductilidad identifica el valor de la deformación a la 
rotura y la tenacidad se refiere a la cantidad de energía absorbida por un dado material durante la 
rotura. 
Las condiciones de diseño habituales para las propiedades mecánicas, prescriben alta resistencia, 
pero también alta ductilidad para evitar rotura frágil, no tenaz. Estos requisitos tienden a ser 
incompatibles por lo que es necesario adoptar soluciones de compromiso entre dichos requisitos 
para lograr una combinación óptima. 
Otra forma de definir la resistencia y la ductilidad. Por ejemplo: Tiene que romperse una barra de 
acero cuando se dobla o debe fracturarse para romperse? Respuesta: Depende de los 
requerimientos de diseño que debe discernir entre dos resistencias. Una denominada tensión de 
fluencia y otra carga máxima que el material debe soportar. Para analizar el problema se utilizan 
diagramas tensión-deformación (Fig. 2) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2 – Curvas características tensión-deformación 
 
 
 
σ 
  
 
Deformación 
Te
n
si
ó
n
xRm
Rm
Rp0.2 x
x
x
x
x
x
Verdadero 
Nominal 
Rm
Rp0.2
Rm
Rp0.2
=0.2 % =0.2 %
Cerámico Acero Plástico
Fig. 1 – Estado de tensiones 
Ingeniería de Materiales 63 
 
 
En Tabla 1, se presenta la simbología y unidades de las propiedades mecánicas. 
 
Tabla 1 – Simbología y unidades de las propiedades mecánicas 
Propiedades o 
característica 
Símbolo Definición 
(comentarios) 
Unidades 
SI Inglés 
Tensión  Fuerza/unidad 
de área (F/A) 
pascal 
N/m2 
psi 
lb/in2 
Deformación  (3 dimensiones) 
 (longitudinal) 
V/V 
l/l 
- - 
Módulo elástico E / (elástica) pascal psi 
Resistencia Rm Resistencia 
máxima 
pascal psi 
Tensión de fluencia Rp0.2 Límite de 
fluencia 
pascal pascal 
Ductilidad 
(alargamiento) 
 
l/l - - 
Ductilidad 
(Reducción de área) 
S 
(𝐴𝑜 − 𝐴𝑓)/𝐴𝑜 
- - 
Área Ao 
Af 
Área inicial 
Área final 
- - 
Tenacidad RI Resistencia al 
impacto. 
Energía de 
rotura por 
fractura 
joules ft-lb 
Dureza HB; HRc; HV Resistencia a 
la penetración 
plástica 
Unidades 
empíricas 
 
 
Ley de Hooke (Módulo de elasticidad – Tensión – Deformación) 
Inicialmente la deformación es proporcional a la tensión y además reversible. Después de anular 
la tensión, la deformación desaparece. Esta deformación se denomina elástica. En esta situación, 
el módulo de elasticidad está dado por la siguiente relación entre la tensión  y la deformación : 
E = / (Ley de Hooke) 
Las unidades del módulo de elasticidad son pascales (Pa). 
Considerando las características del material relacionadas con el tipo de uniones atómicas y 
moleculares presentes, el módulo de elasticidad es una medida de las fuerzas de unión 
interatómicas. La importancia del módulo de elasticidad se pone de manifiesto cuando existen 
requerimientos de rigidez en el diseño. 
Para altas deformaciones pude producirse un desplazamiento permanente entre los átomos del 
material de manera que cuando se anulan dichas tensiones queda una deformación que no es 
reversible, denominada deformación plástica. Este tipo de deformación es necesario durante la 
elaboración de ciertos materiales 
La ductilidad, que es la deformación plástica total antes de la rotura, se puede expresar como el 
alargamiento. Como toda deformación el alargamiento es adimensional y esta dado por la 
siguiente ecuación: 
 = (Lf – Lo)/Lo = L/Lo 
 Dado que la deformación se localiza en la zona deformada, la elongación depende de la longitud 
de la probeta. En consecuencia, siempre que se consigne algún dato del alargamiento, se debe 
especificar la longitud calibrada (marcada) de la probeta. 
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 Una medida importante de la ductilidad es la reducción de área, que está dada por la siguiente 
ecuación: 
R.A. = (Ao – Af)/Ao 
 Los materiales dúctiles presentan una alta reducción de área en la sección transversal antes de 
romperse. Existen situaciones en las cuales se debe especificar la reducción de área como 
medida de la ductilidad porque no se dispone de la longitud de la probeta. No es posible 
establecer una correlación precisa entra el alargamiento y la reducción de área, debido a que la 
deformación plástica puede ser muy localizada. Por lo tanto el alargamiento es una medida de la 
deformación longitudinal mientras que la reducción de área es una medida de la contracción 
plástica. Desde luego, un material frágil tiene valores de alargamiento y reducción de área 
cercanos a cero. 
 
Estado de tensiones y deformaciones de una placa metálica sometida a laminado (Fig. 3) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 3 – Estado de tensiones en laminación 
 
Resistencia mecánica 
La capacidad de un material para resistir deformación plástica se denomina resistencia a la 
fluencia o tensión de fluencia (R.F.) y se calcula dividiendo la fuerza que inicia la fluencia del 
material con el área transversal. En cierto tipos de materiales (por ejemplo en aceros de bajo 
carbono, Fig. 4), la resistencia a la fluencia está indicada por un punto definido que es límite 
proporcional 
 
I – Zona elástica 
II – Período plástico. 
1 – Zona el elástica 
2 – zona de deformación pseudoelástica. 
3 – Zona de fluencia. 
4 – Zona de deformación homogénea 
5 – Zona de estricción 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 4 - Curva de ensayo de tracción estática acero bajo carbono 
Figura 2
tracción (x)
tracción (y)
compresión (z)
laminador
material
A .
B
C
.
2 3
1 3
2
4 5
6
Te
n
si
ó
n
Deformación
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Cuando el límite proporcional no se encuentra claramente establecido, se define la 
resistencia a la fluencia como la tensión necesaria para producir una deformación de 0.2 
% o algún valor aceptable. 
La resistencia a la tracción (RT), se calcula dividiendo la carga máxima con la sección 
transversal inicial. Las unidades de esta tensión son Pascales (Pa) o MPa. Esta propiedad 
también se conoce como la tensión nominal. Cuando se divide la carga máxima sobre el 
área real se tiene la tensión verdadera. Para los casos de diseño, es mas importante la 
tensión nominal, dado que se tiene en cuenta las dimensiones iniciales del material. 
 
Resistencia al impacto 
La tenacidad es una medida de la energía necesaria para producir la rotura de un material 
mediante impacto. Es opuesta a la resistencia que es una medida de la tensión para deformar una 
material (Fig. 5 y 6). La energía que es el producto de la fuerza por la distancia seexpresa en 
joules (J) y está relacionada con el área bajo la curva tensión-deformación. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 5 – Ensayo de impacto en aceros 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Fig. 6 - Esquema de ensayo de impacto Ensayo de impacto de distintos materiales 
 
Esquema del ensayo de impacto
Inoxidables
austeníticos
Ensayo de impacto vs. Teperatura de ensayo
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Dureza 
La dureza está definida como la resistencia de un material a la penetración de su superficie (Fig. 
7). Por lo tanto la dureza y la resistencia mecánica de un material están íntimamente 
relacionadas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 7 - Ensayo de dureza 
 
Resistencia a la fatiga 
Bajo cargas alternadas, el material puede resistir un cierto número de ciclos hasta la rotura. Este 
fenómeno se denomina fatiga (Fig. 8 y 9). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Fig. 8 – Ensayo de fatiga Curva de Resistencia a la fatiga de acero y aluminio 
 
Un factor físico que afecta a la resistencia a la fatiga es la calidad superficial (rugosidad, defectos 
superficiales, etc.). 
 
Resistencia al creep 
El creep es un proceso térmicamente activado. Tienen importancia los defectos puntuales tales 
como las vacancias. Se define creep como fluencia del material por solicitaciones mecánicas en 
servicio, en presencia de un campo de energía térmico. En la Fig. 9 se observan curvas de 
comportamiento de aceros sometidos a creep. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 9 – Curvas de creep en aceros 
rodamiento
probeta
Correa de transmisión
rodamiento
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Fractura 
Fractura es la separación de un componente en dos o más partes. Puede tener características 
frágiles o dúctiles. 
La fractura frágil se produce debido a una propagación rápida de una fisura después de poca o 
ninguna deformación plástica (en frío a velocidad del sonido en materiales sólidos). 
En materiales cristalinos se propaga a través de planos de clivaje. También puede propagarse por 
borde de grano por lo que se denomina intergranular. En ambos casos la fractura se produce en 
una dirección perpendicular a la componente máxima de la tensión. 
La fractura dúctil se produce después de una deformación plástica extensa y se caracteriza por 
una propagación lenta de la fisura debido al proceso de formación y coalescencia de 
microcavidades. La superficie de este tipo de fractura es opaca y fibrosa 
 
Tenacidad a la fractura 
Se trata de un nuevo concepto de ductilidad o fragilidad de un componente que debe soportar 
solicitaciones mecánicas. La tenacidad a la fractura se determina mediante el siguiente ensayo 
(Fig. 10): 
Se prepara una probeta prismática, con entalla V. 
Se genera una fisura de longitud a. 
Se somete a solicitaciones de tracción-compresión alternada, con un cierto nivel de tensiones 
mecánicas, hasta que se produce la rotura. 
Se observa el campo de deformaciones que se forma en el extremo de la fisura. 
Si el campo de deformación es nulo, el material es frágil. 
A medida que aumenta el tamaño del campo de deformación, el material aumenta su ductilidad. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 10 - Probeta prefisurada Probeta sometida a tensiones alternadas Fractura 
 
Las dimensiones del campo de deformación plástica constituyen una barrera a la propagación de 
la fisura. Cuando se produce una fisura de un componente en servicio (por ej. recipiente 
sometido a presión y temperatura), una forma de evitar la propagación de la falla es generar una 
barrera. Para el caso se prepara un agujero cilíndrico con una mecha de un determinado diámetro 
en el extremo de la fisura. Luego se rellena con material de aporte dúctil. 
 
 
 
 
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Vibración-amortiguación-microestructura 
Propagación de ondas acústicas en medios elásticos (Fig. 11). La microestructura de grano fino y 
homogéneo (Acero laminado o forjado), constituye un medio ideal para la propagación de este 
tipo de energía. 
 
 
 
 
Fig. 11 - Propagación de ondas acústicas. Acero laminado. 
 
 
La presencia de grafito, hace de barrera a la propagación de ondas acústicas dando lugar a la 
amortiguación (Fig. 12). 
 
 
 
 
Fig. 12 - Amortiguamiento de ondas acústicas. Fundición gris con láminas de grafito. 
 
 
Maquinabilidad 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 13 – Mecanizado (H: herramienta de corte. V: Velocidad de rotación de la pieza) 
V 
H 
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La maquinabilidad es una propiedad de los materiales que permite comparar la facilidad con que 
pueden ser mecanizados por arranque de viruta (fragmento de material residual con forma de 
lámina curvada o espiral. Es un residuo que se utiliza para reciclado). Los materiales con alta 
maquinabilidad requieren potencias y fuerzas de corte reducidas, con un desgaste lento del filo 
de las herramientas de corte. Además pueden mecanizarse obteniendo superficies menos rugosas 
y en general con un mejor terminado. Otro factor que indica la maquinabilidad de un material es 
la posibilidad de poder controlar longitud de la viruta resultante. Las virutas largas y delgadas 
mantienen contacto continuo con el flanco de la herramienta. Producen recalentamiento y 
pérdida de dureza que es sinónimo de desgaste. 
Algunos factores que suelen mejorar la resistencia de los materiales a menudo degradan su 
maquinabilidad. Por lo tanto, para una mecanización económica, los ingenieros se enfrentan al 
reto de mejorar la maquinabilidad sin perjudicar la resistencia del material. 
Es difícil establecer relaciones que definan cuantitativamente la maquinabilidad de un material, 
dado que las operaciones de mecanizado tienen una naturaleza compleja. En algunos casos, la 
dureza y la resistencia del material se consideran como los principales factores a evaluar. Los 
materiales duros son generalmente más difíciles de mecanizar pues requieren una fuerza mayor 
para cortarlos. Sobre estos factores influyen propiedades del material como su composición 
química, conductividad térmica y su estructura microscópica. A veces, sobre todo para los no 
metales, estos factores auxiliares son más importantes. Por ejemplo, los materiales blandos como 
los plásticos pueden ser difíciles de mecanizar a causa de su mala conductividad térmica. 
Hay muchos factores que afectan a la maquinabilidad, pero no hay un consenso en la forma de 
cuantificarla. Eso explica porque la maquinabilidad se evalúa caso por caso y los ensayos se 
adaptan a las necesidades específicas de una fábrica. Las medidas más comunes para efectuar 
una comparación de maquinabilidad son la vida de la herramienta, el acabado superficial, la 
temperatura de corte, el consumo de energía y la producción de viruta. 
Existen tablas y gráficos que proporcionan una referencia para comparar la maquinabilidad de 
materiales diferentes, pero son imprecisas debido a la multitud de variables de proceso y otros 
factores externos que pueden tener una influencia significativa. Estas tablas suelen medir la 
maquinabilidad en términos de velocidad de corte para una determinada vida útil de la 
herramienta. Por ejemplo, la maquinabilidad relativa podría darse como: 
 
𝑉𝐶60.1
𝑉𝐶60.2
 
 
Donde VC60 es la velocidad de corte para una vida útil de la herramienta de 60 minutos. Siendo 1 
la práctica y 2 la teórica. Las pruebas de maquinabilidad más conocidas fueron las llevadas a 
cabo por Frederick W. Taylor y dieron lugar a lo que se conoce como ecuación de Taylor que 
relaciona la velocidad de corte con la vida de la herramienta VTn = C. V: Velocidad de corte. T: 
Temperatura, n: Constante que depende del material de la herramienta y la pieza. 
Habitualmente se toma como referencia el acero AISI 1112 al que se le da la calificación de 100 
de maquinabilidad. 
 
Maquinabilidad de acerosUna mejora de la maquinabilidad de los aceros de construcción mecánica, se logra por agregado 
de fósforo o azufre. Se forman inclusiones no metálicas que dan discontinuidades. De esta 
manera se puede obtener viruta fragmentada durante el mecanizado. Esto, si bien mejora la 
maquinabilidad para los casos de producción automatizada, genera deterioro principalmente en 
la resistencia al impacto. Otra forma de mejorar la maquinabilidad de estos aceros consiste en el 
agregado de plomo. El plomo es inmiscible en el acero y se ubica en pequeñas partículas en 
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borde de grano. Esto posibilita la obtención de virutas discontinuas y alarga la vida útil de las 
herramientas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 14 – Temperaturas en la zona de contacto durante el mecanizado. 
 
Maquinabilidad de aleaciones de cobre 
Dentro del grupo de aleaciones de cobre de fácil maquinabilidad se incluyen las aleaciones con 
elementos que, por ser prácticamente insolubles en el cobre, facilitan la rotura de la viruta. Entre 
estas aleaciones se encuentran: 
 Aleación Cobre-Teluro: Se obtienen por adición de 0,3 a 0,7% de Te a cobres tenaces o OFHC 
(libre de oxígeno, de alta conductividad). El teluro es casi insoluble en el cobre a temperatura 
ordinaria y forma teluros que precipitan en los bordes de grano, facilitando la rotura de la viruta, 
proporcionando una maquinabilidad comparable a la de los latones con plomo. La adición de 
teluro aumenta la temperatura de recristalización, es decir, retiene la acritud durante el 
calentamiento, como la plata, pero de forma más intensa. Su conductividad eléctrica es de 94 a 
98% IACS, y las mecánicas son similares a las del cobre sin alear. Se emplea en piezas 
mecanizadas de formas complicadas o de precisión que al mismo tiempo deben tener una alta 
conductividad eléctrica o térmica. Se pueden soldar con soldadura fuerte o blanda pero no al 
arco, debido a la volatilización del teluro durante la soldadura. 
Aleación Cobre-Azufre: Una adición de 0,3 a 0,5% de azufre confiere al cobre las mismas 
propiedades que el teluro, siendo la transformación de la aleación más sencilla y barata que con 
teluro. 
Aleación Cobre-Plomo: Un contenido de plomo de 0,5 a 1 % confiere al cobre una 
maquinabilidad elevada aunque un poco inferior a la de los Cu-Te y Cu-S. Esta aleación se 
emplea sobre todo en 
 
Maquinabilidad en fundiciones 
Fundición nodular: Tiene una importante dureza, mejorada por una gran maquinabilidad, por lo 
cual todas aquellas piezas fundidas tiene que ser realizadas mediante este proceso ya que el 
terminado puede ser dado con procesos de arranque de viruta. 
 
Maquinabilidad en aleaciones de aluminio 
La mayor parte de las aleaciones están basadas en sistemas de aluminio-cobre o aluminio-silicio, 
con adiciones para mejorar las características de fundición o de servicio. Entre las aleaciones 
aluminio-cobre, la que contiene 8% de cobre ha sido usada por mucho tiempo como la aleación 
para fines generales, aunque las adiciones de silicio y hierro, mejoran las características de la 
fundición por que la hacen menos quebradiza en caliente; la adición de zinc, mejora su 
maquinabilidad. 
Las aleaciones de aluminio-magnesio son superiores a casi todas las otras aleaciones de 
fundición de aluminio en cuanto a resistencia, corrosión y maquinabilidad; además de excelentes 
condiciones de resistencia mecánica y ductilidad. 
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El aluminio puro y las aleaciones de aluminio-manganeso son duros para maquinar, a no ser que 
se empleen herramientas especiales con mayor ángulo de salida que el acostumbrado para el 
acero. Las herramientas duras de carburo cementado son esenciales para el aluminio-silicio. Las 
aleaciones que contienen cobre y las forjadas tratadas térmicamente tienen buena 
maquinabilidad. 
 
Estudio de desgaste en mecanismos (tribología)