Propiedades Mecánicas de los Metales: Ensayos y Factores de Maquinabilidad

Propiedades Mecánicas de los Metales y Ensayos para su Determinación

Ensayos Destructivos

Los ensayos destructivos tienen como finalidad conocer las propiedades mecánicas de los metales con el fin de saber sus propiedades de utilización, tanto si se trata de materia prima a mecanizar como de piezas ya elaboradas. Las propiedades mecánicas más importantes que definen el comportamiento de los metales son:

• Tenacidad: Es la propiedad que tienen ciertos materiales de soportar, sin deformarse ni romperse, los esfuerzos bruscos que se le apliquen.
• Fragilidad: Un material es frágil si se rompe fácilmente por la acción de un choque. La fragilidad es la característica opuesta a la tenacidad.
• Elasticidad: Es la propiedad que tienen los materiales de recobrar la forma y dimensiones primitivas cuando cesa el esfuerzo que había provocado su deformación.
• Plasticidad: Es la aptitud que tienen algunos materiales sólidos de adquirir deformaciones permanentes, bajo la acción de una fuerza exterior.
• Dureza: Es la resistencia que tiene un material a la penetración.
• Ductilidad: Es la propiedad que tienen ciertos metales de poder estirarse en forma de hilos finos.
• Maleabilidad: Es la propiedad que tienen ciertos metales de poder transformarlos en láminas delgadas.

Tipos de Ensayos Destructivos

1. Ensayo de Dureza Brinell

Consiste en ejercer una presión (F=3000 Kg.) sobre una bola de acero (D=10 mm.) colocada sobre la pieza a ensayar. Una vez concluida la penetración, se comprueba la huella, la cual tendrá un diámetro d, que será tanto mayor cuanto menos duro sea el material.

2. Ensayo de Dureza Rockwell

Consiste en ejercer una carga inicial de 10 Kg. sobre un cono de diamante tallado a 120º y con un vértice ligeramente redondeado. Seguidamente, se pasa la carga a 150 Kg. de fuerza, con lo cual aumentará la altura de penetración. Se vuelve otra vez a los 10 Kg. de fuerza, con lo cual, tendrá otra nueva altura. La diferencia de alturas 1ª y 3ª nos determina la dureza del material.

3. Ensayo de Flexión

Este tipo de ensayo es complementario al de tracción. Se realiza con probetas de sección circular o rectangular, apoyadas libremente en sus extremos, en dos soportes de rodillos, cuya distancia puede variarse. En el punto medio actúa la carga, progresivamente creciente, midiéndose posteriormente la flecha (lo que baja).

4. Ensayo de Resiliencia (Ensayo de Charpy)

Consiste en romper una probeta del material a ensayar por medio de un golpe seco. El trabajo necesario de rotura será tanto menor cuanto más frágil sea el material ensayado. Dicha fragilidad se conoce midiendo la resiliencia, o sea, resistencia al choque. El ensayo se lleva a cabo por medio de un péndulo, denominado péndulo de Charpy, el cual una masa pendular M cae a una altura H, alcanzando una altura h después del choque.

Ensayos No Científicos

Son ensayos que no son científicos, pero permiten obtener con rapidez un juicio aproximado sobre algún factor característico del material. Dentro de estos ensayos están:

• Ensayo de chispa: se utiliza en los talleres para ver la composición de un acero, pasando el mismo por una muela y viendo el haz de chispas, así como su forma y color.
• Ensayo de fractura: da idea del estado del material, produciendo una fractura y examinándola con lupa.
• En planchas: Ensayo de plegado, Ensayo de doble plegado, Ensayo de doblado alternativo, Ensayo de recuperación elástica, Ensayo de embutición.
• En tubos: Ensayo de doblado, Ensayo de plegado, Ensayo de ensanchamiento, Ensayo de rebordeamiento, Ensayo de presión interior.
• En varillas, alambres y perfiles: Ensayo de forjado, Ensayo de desgaste.

El CENIM (Centro Nacional de Investigaciones Metalúrgicas) divide los productos metalúrgicos en clases:

• F: Aleaciones férreas
• L: Aleaciones ligeras
• C: Aleaciones de cobre
• V: Aleaciones varias
• S: Productos sinterizados

Maquinabilidad de los Materiales

Probablemente, una traducción más adecuada sería la de "mecanizabilidad". Los enfoques que puedan darse al término "aptitud del material" pueden resultar muy diversos. Por todo ello, resulta complicado establecer un valor que cuantifique la maquinabilidad, debiendo buscarse en cada caso aquel que mejor se ajuste a los requerimientos exigidos al proceso. Pueden enumerarse una serie de factores ligados al material de la pieza que inciden directamente sobre la maquinabilidad. Entre estos pueden mencionarse:

• La composición química del material de la pieza condiciona una gran parte de las propiedades mecánicas, que influyen en la maquinabilidad. Así, la maquinabilidad de un metal puro o de una aleación con base en ese mismo metal, puede sufrir grandes variaciones incluso para pequeños porcentajes de elementos aleantes.
• La estructura del material implica que, materiales con la misma composición química, pueden presentar diferentes comportamientos desde el punto de vista de la maquinabilidad. El tamaño y orientación del grano, la forma y distribución de los elementos aleados, y los estados tensionales originados influyen en este aspecto.
• El comportamiento térmico puede ser contemplado desde dos puntos de vista. El primero de ellos se establece a partir de la conductividad térmica del material, que facilitará o dificultará la eliminación de calor de la zona de deformación. El segundo punto de vista tiene que ver con las modificaciones que un incremento de temperatura puede producir en las propiedades mecánicas o incluso en la composición química o la estructura del material.