Nick Connor

Históricamente, el trabajo de los metales posee uno de los dominios clave en la ciencia de los materiales. Es el proceso de trabajar con metales para crear piezas individuales, ensamblajes o estructuras a gran escala. La ciencia de los materiales es una de las formas más antiguas de ingeniería y ciencia aplicada y el material de elección de una época determinada suele ser un punto definitorio (por ejemplo, la Edad de Piedra, la Edad del Bronce, la Edad del Hierro). El procesamiento de metales en estado sólido se puede dividir en dos etapas principales:

• Trabajo en caliente. Primero, la materia prima en forma de lingotes o palanquillas grandes se trabaja en caliente, generalmente por laminación, forja o extrusión, en formas y tamaños más pequeños. Estos procesos ocurren a una temperatura superior a la que se produce la recristalización. Estar por encima de la temperatura de recristalización permite que el material se recristalice durante la deformación. Esto es importante porque la recristalización evita que los materiales se endurezcan por deformación, lo que en última instancia mantiene el límite elástico y la dureza bajos y la ductilidad alta. Para las operaciones de trabajo en caliente son posibles grandes deformaciones, que pueden repetirse sucesivamente porque el metal permanece blando y dúctil.En general, los metales se moldean mediante procesos como:
  • Forjar
  • Laminación
  • Extrusión
  • Dibujo
  • Fundición
• Trabajo en frio. El trabajo en frío es un proceso de trabajo de metales, que se produce por debajo de la temperatura de recristalización. Porque la deformación plástica resulta del movimiento de dislocaciones, los metales se pueden fortalecer evitando este movimiento. Cuando un metal se deforma plásticamente, las dislocaciones se mueven y se generan dislocaciones adicionales. Las dislocaciones pueden moverse si los átomos de uno de los planos circundantes rompen sus enlaces y se vuelven a unir con los átomos en el borde de terminación. La densidad de la dislocación en un metal aumenta con la deformación o el trabajo en frío debido a la multiplicación de la dislocación o la formación de nuevas dislocaciones. Cuantas más dislocaciones haya dentro de un material, más interactuarán y se enredarán o enredarán. Esto dará como resultado una disminución en la movilidad de las dislocaciones y un fortalecimiento del material. Este proceso se conoce como trabajo en frío porque la deformación plástica debe ocurrir a una temperatura lo suficientemente baja como para que los átomos no puedan reorganizarse. Es un proceso de hacer un metal más duro y más fuerte a través de la deformación plástica. Las técnicas de conformado en frío generalmente se clasifican en cuatro grupos principales:
  • Apretando
  • Doblado
  • Dibujo
  • Cizallamiento

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Metales

Históricamente, el trabajo de los metales posee uno de los dominios clave en la ciencia de los materiales. Es el proceso de trabajar con metales para crear piezas individuales, ensamblajes o estructuras a gran escala. La ciencia de los materiales es una de las formas más antiguas de ingeniería y ciencia aplicada y el material de elección de una época determinada suele ser un punto definitorio (por ejemplo, la Edad de Piedra, la Edad del Bronce, la Edad del Hierro). El procesamiento de metales en estado sólido se puede dividir en dos etapas principales:

• Trabajo en caliente. Primero, la materia prima en forma de lingotes o palanquillas grandes se trabaja en caliente, generalmente por laminación, forja o extrusión, en formas y tamaños más pequeños. Estos procesos ocurren a una temperatura superior a la que se produce la recristalización. Estar por encima de la temperatura de recristalización permite que el material se recristalice durante la deformación. Esto es importante porque la recristalización evita que los materiales se endurezcan por deformación, lo que en última instancia mantiene el límite elástico y la dureza bajos y la ductilidad alta. Para las operaciones de trabajo en caliente son posibles grandes deformaciones, que pueden repetirse sucesivamente porque el metal permanece blando y dúctil.En general, los metales se moldean mediante procesos como:
  • Forjar
  • Laminación
  • Extrusión
  • Dibujo
  • Fundición

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Metalurgia

El metal es un material (generalmente sólido) que comprende uno o más elementos metálicos (p. Ej., Hierro, aluminio, cobre, cromo, titanio, oro, níquel) y, a menudo, también elementos no metálicos (p. Ej., Carbono, nitrógeno, oxígeno) en cantidades relativamente pequeñas. La característica única de los metales en lo que respecta a su estructura es la presencia de portadores de carga, específicamente electrones. Esta característica viene dada por la naturaleza del enlace metálico. Las conductividades eléctricas y térmicas de los metales se originan en el hecho de que sulos electrones externos están deslocalizados.

Procesos de unión

La unión de metales es un proceso controlado que se utiliza para fusionar metales. Existen varias técnicas de unión de metales de las cuales la soldadura es una de las formas más básicas.

• Soldadura. En la soldadura, uno de los procesos de unión más comunes, se unen dos o más piezas metálicas para formar una sola pieza utilizando calor elevado para fundir las piezas y dejar que se enfríen provocando la fusión.
• Soldadura fuerte. La soldadura fuerte es un proceso de unión de metales en el que se funde un metal de aportación y se introduce en un capilar formado por el ensamblaje de dos o más piezas de trabajo. El metal de aportación tiene un punto de fusión más bajo que el metal contiguo. La soldadura fuerte se diferencia de la soldadura en que no implica la fusión de las piezas de trabajo y de la soldadura en el uso de temperaturas más altas para un proceso similar, mientras que también requiere piezas mucho más ajustadas que cuando se suelda.
• Soldadura. Una técnica para unir metales utilizando una aleación de metal de relleno que tiene una temperatura de fusión inferior a aproximadamente 425°C (800°F). Debido a esta temperatura más baja y a las diferentes aleaciones que se utilizan como rellenos, la reacción metalúrgica entre el relleno y la pieza de trabajo es mínima, lo que resulta en una unión más débil. En el montaje de componentes electrónicos, la aleación eutéctica con 63% de estaño y 37% de plomo (o 60/40, que es casi idéntico en punto de fusión) ha sido la aleación elegida.
• Fascinante. El remachado es uno de los procesos de unión de piezas metálicas más antiguos. Un remache es esencialmente un perno de dos cabezas y sin rosca que mantiene unidas otras dos piezas de metal. Actualmente, el remachado conserva importantes usos en la industria y la construcción. Los remaches macizos se utilizan en aplicaciones en las que la fiabilidad y la seguridad cuentan. Una aplicación típica de los remaches macizos se puede encontrar dentro de las partes estructurales de los aviones. Se utilizan cientos de miles de remaches sólidos para ensamblar el armazón de un avión moderno.

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Metales

Históricamente, el  trabajo de los metales  posee uno de los dominios clave en la ciencia de los materiales. Es el proceso de trabajar con metales para crear piezas individuales, ensamblajes o estructuras a gran escala. La ciencia de los materiales es una de las formas más antiguas de ingeniería y ciencia aplicada y el material de elección de una época determinada suele ser un punto definitorio (por ejemplo, la Edad de Piedra, la Edad del Bronce, la Edad del Hierro). El procesamiento de metales en estado sólido se puede dividir en dos etapas principales:

• Trabajo en frio. El trabajo en frío es un proceso de trabajo de metales, que se produce por debajo de la temperatura de recristalización. Porque la deformación plástica resulta del movimiento de dislocaciones, los metales se pueden fortalecer evitando este movimiento. Cuando un metal se deforma plásticamente, las dislocaciones se mueven y se generan dislocaciones adicionales. Las dislocaciones pueden moverse si los átomos de uno de los planos circundantes rompen sus enlaces y se vuelven a unir con los átomos en el borde de terminación. La densidad de la dislocación en un metal aumenta con la deformación o el trabajo en frío debido a la multiplicación de la dislocación o la formación de nuevas dislocaciones. Cuantas más dislocaciones haya dentro de un material, más interactuarán y se enredarán o enredarán. Esto dará como resultado una disminución en la movilidad de las dislocaciones y un fortalecimiento del material. Este proceso se conoce como trabajo en frío porque la deformación plástica debe ocurrir a una temperatura lo suficientemente baja como para que los átomos no puedan reorganizarse. Es un proceso de hacer un metal más duro y más fuerte a través de la deformación plástica. Las técnicas de conformado en frío generalmente se clasifican en cuatro grupos principales:
  • Apretando
  • Doblado
  • Dibujo
  • Cizallamiento

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Metalurgia

Las aleaciones metálicas, en virtud de su composición, a menudo se agrupan en dos clases:

• Aleaciones ferrosas. Las aleaciones ferrosas, en las que el hierro es el componente principal, incluyen el acero, el acero inoxidable, el acero al carbono y el hierro fundido. Las aleaciones ferrosas son conocidas por su resistencia.
• Aleaciones no ferrosas. Aleaciones no ferrosas, aquellas que no contienen hierro (ferrita) en cantidades apreciables, por lo que se basan en metales no ferrosos (es decir, aluminio, cobre, cromo, titanio, oro, níquel, plata, estaño, plomo, zinc, etc.) Otras propiedades comunes de los metales no ferrosos son no magnéticas, maleables y ligeras.

Aleaciones ferrosas

Las aleaciones ferrosas, en las que el hierro es el componente principal, incluyen el acero y el arrabio (con un contenido de carbono de un pequeño porcentaje) y las aleaciones de hierro con otros metales (como el acero inoxidable). Las aleaciones ferrosas son conocidas por su resistencia. Las aleaciones suelen ser más fuertes que los metales puros, aunque generalmente ofrecen una conductividad eléctrica y térmica reducida. Las aleaciones ferrosas más simples se conocen como aceros y consisten en hierro (Fe) aleado con carbono (C) (alrededor del 0,1% al 1%, según el tipo). Agregar una pequeña cantidad de carbono no metálico al hierro cambia su gran ductilidad por una mayor resistencia. Debido a su muy alta resistencia, pero aún sustancial dureza, y su capacidad de ser alterado en gran medida por el tratamiento térmico, el acero es una de las aleaciones ferrosas más útiles y comunes en el uso moderno. Su uso generalizado se explica por los siguientes factores:

1. Los compuestos que contienen hierro existen en abundantes cantidades dentro de la corteza terrestre.
2. Las aleaciones metálicas de hierro y acero se pueden producir utilizando técnicas de extracción, refinación, aleación y fabricación relativamente económicas.
3. Las aleaciones ferrosas son extremadamente versátiles, ya que pueden adaptarse para tener una amplia gama de propiedades mecánicas y físicas.

La principal desventaja de muchas aleaciones ferrosas es su susceptibilidad a la corrosión. Al agregar cromo al acero, se puede mejorar su resistencia a la corrosión, creando acero inoxidable, mientras que agregar silicio alterará sus características eléctricas, produciendo acero al silicio.

Tipos de metales ferrosos: clasificación basada en la composición

• Hierro en lingotes. En general, el arrabio es un producto intermedio de la industria del hierro. El arrabio, también conocido como hierro bruto, se produce mediante el proceso de alto horno y contiene hasta un 4-5% de carbono, con pequeñas cantidades de otras impurezas como azufre, magnesio, fósforo y manganeso. El alto nivel de carbono lo hace relativamente débil y quebradizo. Reducir la cantidad de carbono a 0,002-2,1% en masa produce acero, que puede ser hasta 1000 veces más duro que el hierro puro.
• Hierro forjado. El hierro forjado es una aleación de hierro con muy bajo contenido de carbono (menos del 0,08%) con respecto al hierro fundido (2,1% a 4%). La microestructura del hierro forjado muestra inclusiones de escoria oscura en ferrita. Es suave, dúctil, magnético, resistente a la corrosión y se suelda fácilmente. Tiene alta elasticidad y resistencia a la tracción. Se puede calentar y recalentar y trabajar en varias formas. El hierro forjado ya no se produce a escala comercial. Muchos productos descritos como hierro forjado, como barandillas, muebles de jardín y puertas, en realidad están hechos de acero dulce. Por ejemplo, la Torre Eiffel es una torre de celosía de hierro forjado.
• Acero. Los aceros son aleaciones de hierro y carbono que pueden contener concentraciones apreciables de otros elementos de aleación. Agregar una pequeña cantidad de carbono no metálico al hierro cambia su gran ductilidad por una mayor resistencia. Debido a su muy alta resistencia, pero aún sustancial dureza, y su capacidad de ser alterado en gran medida por el tratamiento térmico, el acero es una de las aleaciones ferrosas más útiles y comunes en el uso moderno. Existen miles de aleaciones que tienen diferentes composiciones y / o tratamientos térmicos. Las propiedades mecánicas son sensibles al contenido de carbono, que normalmente es inferior al 1,0% en peso. Según la clasificación AISI, el acero al carbono se divide en cuatro clases según el contenido de carbono:
  • Aceros bajos en carbono. El acero con bajo contenido de carbono, también conocido como acero dulce, es ahora la forma más común de acero porque su precio es relativamente bajo y proporciona propiedades de material que son aceptables para muchas aplicaciones. El acero con bajo contenido de carbono contiene aproximadamente entre un 0,05 y un 0,25% de carbono, lo que lo hace maleable y dúctil. El acero dulce tiene una resistencia a la tracción relativamente baja, pero es barato y fácil de formar; la dureza de la superficie se puede aumentar mediante la carburación.
  • Aceros Medio Carbono. El acero con contenido medio de carbono tiene aproximadamente un 0,3–0,6% de contenido de carbono. Equilibra la ductilidad y la fuerza y ​​tiene buena resistencia al desgaste. Este grado de acero se utiliza principalmente en la producción de componentes de máquinas, ejes, ejes, engranajes, cigüeñales, acoplamientos y forjas, y también podría utilizarse en rieles y ruedas de ferrocarril.
  • Aceros con alto contenido de carbono. El acero con alto contenido de carbono tiene aproximadamente un 0,60 a un 1,00% de contenido de carbono. La dureza es más alta que los otros grados pero la ductilidad disminuye. Los aceros con alto contenido de carbono se pueden utilizar para resortes, cables, martillos, destornilladores y llaves.
  • Aceros con alto contenido de carbono. El acero con alto contenido de carbono tiene aproximadamente un 1,25% a un 2,0% de contenido de carbono. Aceros templables hasta gran dureza. Este grado de acero podría usarse para productos de acero duro, como resortes de camiones, herramientas de corte de metal y otros propósitos especiales como cuchillos, ejes o punzones (de uso no industrial). La mayoría de los aceros con más del 2,5% de contenido de carbono se fabrican mediante pulvimetalurgia.
• Hierro fundido. Los hierros fundidos también comprenden una gran familia de diferentes tipos de hierro, dependiendo de cómo se forme la fase rica en carbono durante la solidificación. La microestructura de los hierros fundidos se puede controlar para proporcionar productos que tengan una excelente ductilidad, buena maquinabilidad, excelente amortiguación de vibraciones, excelente resistencia al desgaste y buena conductividad térmica. Los tipos de hierro fundido más comunes son:
  • Hierro fundido gris. El hierro fundido gris es el tipo de hierro fundido más antiguo y común. La fundición gris se caracteriza por su microestructura grafítica, que provoca que las fracturas del material tengan un aspecto gris.
  • Hierro fundido blanco. Los hierros fundidos blancos son duros, quebradizos e imposibles de mecanizar, mientras que los hierros grises con grafito más blando son razonablemente fuertes y mecanizables. Una superficie de fractura de esta aleación tiene un aspecto blanco y, por lo tanto, se denomina hierro fundido blanco.
  • Hierro fundido maleable. El arrabio maleable es arrabio blanco que ha sido recocido. Mediante un tratamiento térmico de recocido, la estructura frágil como primer molde se transforma en la forma maleable.
  • Hierro fundido dúctil. El hierro dúctil, también conocido como hierro nodular, tiene una composición muy similar al hierro gris, el hierro dúctil es más fuerte y más resistente a los golpes que el hierro gris. De hecho, el hierro dúctil tiene características mecánicas que se acercan a las del acero, mientras que conserva una gran fluidez cuando se funde y un punto de fusión más bajo.
• Aceros Aleados. El acero es una aleación de hierro y carbono, pero el término acero de aleación generalmente solo se refiere a aceros que contienen otros elementos, como vanadio, molibdeno o cobalto, en cantidades suficientes para alterar las propiedades del acero base. En general, el acero aleado es acero que se alea con una variedad de elementos en cantidades totales entre 1.0% y 50% en peso para mejorar sus propiedades mecánicas. Los aceros aleados se dividen en dos grupos:
  • Aceros de baja aleación
  • Aceros de alta aleación
• Acero inoxidable. Los aceros inoxidables se definen como aceros bajos en carbono con al menos un 10% de cromo con o sin otros elementos de aleación. Su fuerza y ​​resistencia a la corrosión a menudo lo convierten en el material de elección en equipos de transporte y procesamiento, piezas de motores y armas de fuego. El cromo aumenta la dureza, la fuerza y ​​la resistencia a la corrosión. El níquel brinda beneficios similares pero agrega dureza sin sacrificar la ductilidad y tenacidad. También reduce la expansión térmica para una mejor estabilidad dimensional.
• Superaleaciones

Metales ferrosos especiales

• Aceros para herramientas
• Aceros de alta velocidad
• Aceros resistentes a los golpes
• Acero plateado

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Aleaciones

Las aleaciones suelen ser más fuertes que los metales puros, aunque por lo general ofrecen una conductividad térmica y eléctrica reducida. La resistencia es el criterio más importante por el cual se juzgan muchos materiales estructurales. Por lo tanto, las aleaciones se utilizan para la construcción de ingeniería. El acero, probablemente el metal estructural más común, es un buen ejemplo de aleación. Es una aleación de hierro y carbono, con otros elementos que le confieren ciertas propiedades deseables.

A veces es posible que un material esté compuesto por varias fases sólidas. Las fortalezas de estos materiales se mejoran al permitir que una estructura sólida se convierta en una forma compuesta de dos fases intercaladas. Cuando el material en cuestión es una aleación, es posible templar el metal desde un estado fundido para formar las fases intercaladas. El término temple se refiere a un tratamiento térmico en el que un material se enfría rápidamente en agua, aceite o aire para obtener ciertas propiedades del material, especialmente la dureza. En metalurgia, el temple se usa más comúnmente para endurecer el acero mediante la introducción de martensita.

Las aleaciones ferrosas  son conocidas por su  resistencia. Las aleaciones suelen ser más fuertes que los metales puros, aunque generalmente ofrecen una conductividad eléctrica y térmica reducida. Las aleaciones ferrosas más simples se conocen como  aceros  y consisten en  hierro (Fe)  aleado con  carbono (C)  (alrededor del 0,1% al 1%, según el tipo). Agregar una pequeña cantidad de carbono no metálico al hierro cambia su gran  ductilidad  por una mayor  resistencia. Debido a su muy alta resistencia, pero aún una dureza sustancial, y su capacidad para ser alterado en gran medida por el tratamiento térmico, el acero es una de las aleaciones ferrosas más útiles y comunes en el uso moderno. Su uso generalizado se explica por los siguientes factores:

1. Los compuestos que contienen hierro existen en abundantes cantidades dentro de la corteza terrestre.
2. Las aleaciones metálicas de hierro y acero se pueden producir utilizando técnicas de extracción, refinación, aleación y fabricación relativamente económicas.
3. Las aleaciones ferrosas son extremadamente versátiles, ya que pueden adaptarse para tener una amplia gama de propiedades mecánicas y físicas.

La principal desventaja de muchas aleaciones ferrosas es su  susceptibilidad a la corrosión. Al agregar cromo al acero, se puede mejorar su resistencia a la corrosión, creando acero inoxidable, mientras que agregar silicio alterará sus características eléctricas, produciendo acero al silicio.

Tipos de aleaciones

Las aleaciones metálicas, en virtud de su composición, a menudo se agrupan en dos clases:

• Aleaciones ferrosas. Las aleaciones ferrosas, en las que el hierro es el componente principal, incluyen el acero, el acero inoxidable, el acero al carbono y el hierro fundido. Las aleaciones ferrosas son conocidas por su resistencia.
• Aleaciones no ferrosas. Aleaciones no ferrosas, aquellas que no contienen hierro (ferrita) en cantidades apreciables, por lo que se basan en metales no ferrosos (es decir, aluminio, cobre, cromo, titanio, oro, níquel, plata, estaño, plomo, zinc, etc.) Otras propiedades comunes de los metales no ferrosos son no magnéticas, maleables y ligeras.

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Aleaciones

Las aleaciones suelen ser más fuertes que los metales puros, aunque por lo general ofrecen una conductividad térmica y eléctrica reducida. La resistencia es el criterio más importante por el cual se juzgan muchos materiales estructurales. Por lo tanto, las aleaciones se utilizan para la construcción de ingeniería. El acero, probablemente el metal estructural más común, es un buen ejemplo de aleación. Es una aleación de hierro y carbono, con otros elementos que le confieren ciertas propiedades deseables.

A veces es posible que un material esté compuesto por varias fases sólidas. Las fortalezas de estos materiales se mejoran al permitir que una estructura sólida se convierta en una forma compuesta por dos fases intercaladas. Cuando el material en cuestión es una aleación, es posible templar el metal desde un estado fundido para formar las fases intercaladas. El término temple se refiere a un tratamiento térmico en el que un material se enfría rápidamente en agua, aceite o aire para obtener ciertas propiedades del material, especialmente la dureza. En metalurgia, el temple se usa más comúnmente para endurecer el acero mediante la introducción de martensita.

Resistencia de las aleaciones metálicas

En mecánica de materiales, la resistencia de un material es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas. La resistencia de los materiales básicamente considera la relación entre las cargas externas aplicadas a un material y la deformación resultante o cambio en las dimensiones del material. La resistencia de un material es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas.

Resistencia a la tracción

La máxima resistencia a la tracción es la máxima en la curva de ingeniería de tensión-deformación. Esto corresponde a la tensión máxima que puede ser sostenido por una estructura en tensión. La resistencia máxima a la tracción a menudo se reduce a «resistencia a la tracción» o incluso a «máxima». Si se aplica y se mantiene esta tensión, se producirá una fractura. A menudo, este valor es significativamente mayor que el límite elástico (entre un 50 y un 60 por ciento más que el rendimiento para algunos tipos de metales). Cuando un material dúctil alcanza su máxima resistencia, experimenta un estrechamiento donde el área de la sección transversal se reduce localmente. La curva tensión-deformación no contiene una tensión mayor que la resistencia máxima. Aunque las deformaciones pueden seguir aumentando, la tensión suele disminuir después de que se ha alcanzado la resistencia máxima. Es una propiedad intensiva; por lo tanto, su valor no depende del tamaño de la muestra de prueba. Sin embargo, depende de otros factores, como la preparación de la muestra, temperatura del entorno de prueba y del material. Las resistencias a la tracción máxima varían desde 50 MPa para un aluminio hasta 3000 MPa para aceros de muy alta resistencia.

Ejemplo: máxima resistencia a la tracción: acero con bajo contenido de carbono

La resistencia máxima a la tracción del acero con bajo contenido de carbono se encuentra entre 400 y 550 MPa.

Ejemplo: máxima resistencia a la tracción: acero con alto contenido de carbono

La máxima resistencia a la tracción del acero con alto contenido de carbono es de 1100 MPa.

Límite de elasticidad

El punto de fluencia es el punto en una curva de tensión-deformación que indica el límite del comportamiento elástico y el comportamiento plástico inicial. Límite de elasticidad es la propiedad del material definida como el esfuerzo en el que un material comienza a deformarse plásticamente, mientras que el límite elástico es el punto donde comienza la deformación no lineal (elástica + plástica). Antes del límite elástico, el material se deformará elásticamente y volverá a su forma original cuando se elimine la tensión aplicada. Una vez superado el límite elástico, una parte de la deformación será permanente e irreversible. Algunos aceros y otros materiales exhiben un comportamiento denominado fenómeno de límite elástico. Los límites de elasticidad varían de 35 MPa para un aluminio de baja resistencia a más de 1400 MPa para aceros de muy alta resistencia.

Ejemplo: límite elástico: acero con bajo contenido de carbono

El límite elástico del acero con bajo contenido de carbono es de 250 MPa.

Ejemplo: límite elástico: acero con alto contenido de carbono

El límite elástico del acero con alto contenido de carbono es de 800 MPa.

Módulo de Young

El módulo de Young es el módulo elástico para esfuerzos de tracción y compresión en el régimen de elasticidad lineal de una deformación uniaxial y generalmente se evalúa mediante ensayos de tracción. Hasta una tensión límite, un cuerpo podrá recuperar sus dimensiones al retirar la carga. Las tensiones aplicadas hacen que los átomos de un cristal se muevan desde su posición de equilibrio. Todos los átomos se desplazan en la misma cantidad y aún mantienen su geometría relativa. Cuando se eliminan las tensiones, todos los átomos vuelven a sus posiciones originales y no se produce ninguna deformación permanente. Según la ley de Hooke, la tensión es proporcional a la deformación (en la región elástica) y la pendiente es el módulo de Young. El módulo de Young es igual a la tensión longitudinal dividida por la deformación.

Ejemplo: Módulo de elasticidad de Young: Acero con bajo contenido de carbono

El módulo de elasticidad de Young del acero con bajo contenido de carbono es de 200 GPa.

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Aleaciones

Las aleaciones suelen ser más fuertes que los metales puros, aunque por lo general ofrecen una conductividad térmica y eléctrica reducida. La resistencia es el criterio más importante por el cual se juzgan muchos materiales estructurales. Por lo tanto, las aleaciones se utilizan para la construcción de ingeniería. El acero, probablemente el metal estructural más común, es un buen ejemplo de aleación. Es una aleación de hierro y carbono, con otros elementos que le confieren ciertas propiedades deseables.

A veces es posible que un material esté compuesto por varias fases sólidas. Las fortalezas de estos materiales se mejoran al permitir que una estructura sólida se convierta en una forma compuesta por dos fases intercaladas. Cuando el material en cuestión es una aleación, es posible templar el metal desde un estado fundido para formar las fases intercaladas. El término temple se refiere a un tratamiento térmico en el que un material se enfría rápidamente en agua, aceite o aire para obtener ciertas propiedades del material, especialmente la dureza. En metalurgia, el temple se usa más comúnmente para endurecer el acero mediante la introducción de martensita.

Tipos de aleaciones

Las aleaciones metálicas, en virtud de su composición, a menudo se agrupan en dos clases:

• Aleaciones ferrosas. Las aleaciones ferrosas, en las que el hierro es el componente principal, incluyen el acero, el acero inoxidable, el acero al carbono y el hierro fundido. Las aleaciones ferrosas son conocidas por su resistencia.
• Aleaciones no ferrosas. Aleaciones no ferrosas, aquellas que no contienen hierro (ferrita) en cantidades apreciables, por lo que se basan en metales no ferrosos (es decir, aluminio, cobre, cromo, titanio, oro, níquel, plata, estaño, plomo, zinc, etc.) Otras propiedades comunes de los metales no ferrosos son no magnéticas, maleables y ligeras.

Aleaciones ferrosas

Las aleaciones ferrosas, en las que el hierro es el componente principal, incluyen el acero y el arrabio (con un contenido de carbono de un pequeño porcentaje) y las aleaciones de hierro con otros metales (como el acero inoxidable). Las aleaciones ferrosas son conocidas por su resistencia. Las aleaciones suelen ser más fuertes que los metales puros, aunque generalmente ofrecen una conductividad eléctrica y térmica reducida. Las aleaciones ferrosas más simples se conocen como aceros y consisten en hierro (Fe) aleado con carbono (C) (alrededor del 0,1% al 1%, según el tipo). Agregar una pequeña cantidad de carbono no metálico al hierro cambia su gran ductilidad por una mayor resistencia.. Debido a su muy alta resistencia, pero aún sustancial dureza, y su capacidad de ser alterado en gran medida por el tratamiento térmico, el acero es una de las aleaciones ferrosas más útiles y comunes en el uso moderno. Su uso generalizado se explica por los siguientes factores:

1. Los compuestos que contienen hierro existen en abundantes cantidades dentro de la corteza terrestre.
2. Las aleaciones metálicas de hierro y acero se pueden producir utilizando técnicas de extracción, refinación, aleación y fabricación relativamente económicas.
3. Las aleaciones ferrosas son extremadamente versátiles, ya que pueden adaptarse para tener una amplia gama de propiedades mecánicas y físicas.

La principal desventaja de muchas aleaciones ferrosas es su susceptibilidad a la corrosión. Al agregar cromo al acero, se puede mejorar su resistencia a la corrosión, creando acero inoxidable, mientras que agregar silicio alterará sus características eléctricas, produciendo acero al silicio.

Resistencia de las aleaciones metálicas

En mecánica de materiales, la resistencia de un material es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas. La resistencia de los materiales básicamente considera la relación entre las cargas externas aplicadas a un material y la deformación resultante o cambio en las dimensiones del material. La resistencia de un material es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas.

Resistencia a la tracción

La máxima resistencia a la tracción es la máxima en la curva de ingeniería de tensión-deformación. Esto corresponde a la tensión máxima que puede ser sostenido por una estructura en tensión. La resistencia máxima a la tracción a menudo se reduce a «resistencia a la tracción» o incluso a «máxima». Si se aplica y se mantiene esta tensión, se producirá una fractura. A menudo, este valor es significativamente mayor que el límite elástico (entre un 50 y un 60 por ciento más que el rendimiento para algunos tipos de metales). Cuando un material dúctil alcanza su máxima resistencia, experimenta un estrechamiento donde el área de la sección transversal se reduce localmente. La curva tensión-deformación no contiene una tensión mayor que la resistencia máxima. Aunque las deformaciones pueden seguir aumentando, la tensión suele disminuir después de que se ha alcanzado la resistencia máxima. Es una propiedad intensiva; por lo tanto, su valor no depende del tamaño de la muestra de prueba. Sin embargo, depende de otros factores, como la preparación de la muestra, temperatura del entorno de prueba y del material. Las resistencias a la tracción máxima varían desde 50 MPa para un aluminio hasta 3000 MPa para aceros de muy alta resistencia.

Ejemplo: máxima resistencia a la tracción: acero con bajo contenido de carbono

La resistencia máxima a la tracción del acero con bajo contenido de carbono se encuentra entre 400 y 550 MPa.

Ejemplo: máxima resistencia a la tracción: acero con alto contenido de carbono

La máxima resistencia a la tracción del acero con alto contenido de carbono es de 1100 MPa.

Límite de elasticidad

El punto de fluencia es el punto en una curva de tensión-deformación que indica el límite del comportamiento elástico y el comportamiento plástico inicial. Límite de elasticidad es la propiedad del material definida como el esfuerzo en el que un material comienza a deformarse plásticamente, mientras que el límite elástico es el punto donde comienza la deformación no lineal (elástica + plástica). Antes del límite elástico, el material se deformará elásticamente y volverá a su forma original cuando se elimine la tensión aplicada. Una vez superado el límite elástico, una parte de la deformación será permanente e irreversible. Algunos aceros y otros materiales exhiben un comportamiento denominado fenómeno de límite elástico. Los límites de elasticidad varían de 35 MPa para un aluminio de baja resistencia a más de 1400 MPa para aceros de muy alta resistencia.

Ejemplo: límite elástico: acero con bajo contenido de carbono

El límite elástico del acero con bajo contenido de carbono es de 250 MPa.

Ejemplo: límite elástico: acero con alto contenido de carbono

El límite elástico del acero con alto contenido de carbono es de 800 MPa.

Módulo de Young

El módulo de Young es el módulo elástico para esfuerzos de tracción y compresión en el régimen de elasticidad lineal de una deformación uniaxial y generalmente se evalúa mediante ensayos de tracción. Hasta una tensión límite, un cuerpo podrá recuperar sus dimensiones al retirar la carga. Las tensiones aplicadas hacen que los átomos de un cristal se muevan desde su posición de equilibrio. Todos los átomos se desplazan en la misma cantidad y aún mantienen su geometría relativa. Cuando se eliminan las tensiones, todos los átomos vuelven a sus posiciones originales y no se produce ninguna deformación permanente. Según la ley de Hooke, la tensión es proporcional a la deformación (en la región elástica) y la pendiente es el módulo de Young. El módulo de Young es igual a la tensión longitudinal dividida por la deformación.

Ejemplo: Módulo de elasticidad de Young: Acero con bajo contenido de carbono

El módulo de elasticidad de Young del acero con bajo contenido de carbono es de 200 GPa.

Dureza de las aleaciones metálicas

En la ciencia de los materiales, la dureza es la capacidad de resistir la hendidura de la superficie (deformación plástica localizada) y el rayado. La dureza es probablemente la propiedad del material menos definida porque puede indicar resistencia al rayado, resistencia a la abrasión, resistencia a la indentación o incluso resistencia a la deformación o deformación plástica localizada. La dureza es importante desde el punto de vista de la ingeniería porque la resistencia al desgaste por fricción o erosión por vapor, aceite y agua generalmente aumenta con la dureza.

La prueba de dureza Brinell es una de las pruebas de dureza por indentación, que se ha desarrollado para las pruebas de dureza. En las pruebas Brinell, se fuerza un penetrador esférico durobajo una carga específica en la superficie del metal que se va a probar. La prueba típica utiliza una bola de acero endurecido de 10 mm (0,39 pulg.) De diámetro  como penetrador con una fuerza de 3000 kgf (29,42 kN; 6,614 lbf). La carga se mantiene constante durante un tiempo determinado (entre 10 y 30 s). Para materiales más blandos, se usa una fuerza menor; para materiales más duros, una bola de carburo de tungsteno se sustituye por la bola de acero.

La prueba proporciona resultados numéricos para cuantificar la dureza de un material, que se expresa mediante el número de dureza Brinell – HB. El número de dureza Brinell está designado por las normas de prueba más comúnmente utilizadas (ASTM E10-14 [2] e ISO 6506-1: 2005) como HBW (H de dureza, B de Brinell y W del material del penetrador, tungsteno (wolfram) carburo). En las normas anteriores se utilizaba HB o HBS para referirse a las medidas realizadas con penetradores de acero.

El número de dureza Brinell (HB) es la carga dividida por el área de la superficie de la muesca. El diámetro de la impresión se mide con un microscopio con una escala superpuesta. El número de dureza Brinell se calcula a partir de la ecuación:

Existe una variedad de métodos de prueba de uso común (por ejemplo, Brinell, Knoop, Vickers y Rockwell). Hay tablas disponibles que correlacionan los números de dureza de los diferentes métodos de prueba donde la correlación es aplicable. En todas las escalas, un número de dureza alto representa un metal duro.

Ejemplo: dureza del acero con bajo contenido de carbono

La dureza Brinell del acero con bajo contenido de carbono es de aproximadamente 120 MPa.

Ejemplo: dureza del acero con alto contenido de carbono

La dureza Brinell del acero con alto contenido de carbono es de aproximadamente 200 MPa.

Ejemplo: dureza del acero de Damasco

La dureza Rockwell del acero de Damasco depende del tipo actual de acero, pero puede ser aproximadamente 62-64 HRC Rockwell.

Ver arriba:
Aleaciones

Las aleaciones suelen ser más fuertes que los metales puros, aunque por lo general ofrecen una conductividad térmica y eléctrica reducida. La resistencia es el criterio más importante por el cual se juzgan muchos materiales estructurales. Por lo tanto, las aleaciones se utilizan para la construcción de ingeniería. El acero, probablemente el metal estructural más común, es un buen ejemplo de aleación. Es una aleación de hierro y carbono, con otros elementos que le confieren ciertas propiedades deseables.

A veces es posible que un material esté compuesto por varias fases sólidas. Las fortalezas de estos materiales se mejoran al permitir que una estructura sólida se convierta en una forma compuesta por dos fases intercaladas. Cuando el material en cuestión es una aleación, es posible templar el metal desde un estado fundido para formar las fases intercaladas. El término temple se refiere a un tratamiento térmico en el que un material se enfría rápidamente en agua, aceite o aire para obtener ciertas propiedades del material, especialmente la dureza. En metalurgia, el temple se usa más comúnmente para endurecer el acero mediante la introducción de martensita.

Aleaciones ferrosas

Las aleaciones ferrosas, en las que el hierro es el componente principal, incluyen el acero y el arrabio (con un contenido de carbono de un pequeño porcentaje) y las aleaciones de hierro con otros metales (como el acero inoxidable). Las aleaciones ferrosas son conocidas por su resistencia. Las aleaciones suelen ser más fuertes que los metales puros, aunque generalmente ofrecen una conductividad eléctrica y térmica reducida. Las aleaciones ferrosas más simples se conocen como aceros y consisten en hierro (Fe) aleado con carbono (C) (alrededor del 0,1% al 1%, según el tipo). Agregar una pequeña cantidad de carbono no metálico al hierro cambia su gran ductilidad por una mayor resistencia.. Debido a su muy alta resistencia, pero aún sustancial dureza, y su capacidad de ser alterado en gran medida por el tratamiento térmico, el acero es una de las aleaciones ferrosas más útiles y comunes en el uso moderno. Su uso generalizado se explica por los siguientes factores:

1. Los compuestos que contienen hierro existen en abundantes cantidades dentro de la corteza terrestre.
2. Las aleaciones metálicas de hierro y acero pueden producirse utilizando técnicas de extracción, refinación, aleación y fabricación relativamente económicas.
3. Las aleaciones ferrosas son extremadamente versátiles, ya que pueden adaptarse para tener una amplia gama de propiedades mecánicas y físicas.

La principal desventaja de muchas aleaciones ferrosas es su susceptibilidad a la corrosión. Al agregar cromo al acero, se puede mejorar su resistencia a la corrosión, creando acero inoxidable, mientras que agregar silicio alterará sus características eléctricas, produciendo acero al silicio.

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Aleaciones

Las aleaciones suelen ser más fuertes que los metales puros, aunque por lo general ofrecen una conductividad térmica y eléctrica reducida. La resistencia es el criterio más importante por el cual se juzgan muchos materiales estructurales. Por lo tanto, las aleaciones se utilizan para la construcción de ingeniería. El acero, probablemente el metal estructural más común, es un buen ejemplo de aleación. Es una aleación de hierro y carbono, con otros elementos que le confieren ciertas propiedades deseables.

A veces es posible que un material esté compuesto por varias fases sólidas. Las fortalezas de estos materiales se mejoran al permitir que una estructura sólida se convierta en una forma compuesta por dos fases intercaladas. Cuando el material en cuestión es una aleación, es posible templar el metal desde un estado fundido para formar las fases intercaladas. El término temple se refiere a un tratamiento térmico en el que un material se enfría rápidamente en agua, aceite o aire para obtener ciertas propiedades del material, especialmente la dureza. En metalurgia, el temple se usa más comúnmente para endurecer el acero mediante la introducción de martensita.

Dureza de las aleaciones metálicas

En la ciencia de los materiales, la dureza es la capacidad de resistir la hendidura de la superficie (deformación plástica localizada) y el rayado. La dureza es probablemente la propiedad del material menos definida porque puede indicar resistencia al rayado, resistencia a la abrasión, resistencia a la indentación o incluso resistencia a la deformación o deformación plástica localizada. La dureza es importante desde el punto de vista de la ingeniería porque la resistencia al desgaste por fricción o erosión por vapor, aceite y agua generalmente aumenta con la dureza.

La prueba de dureza Brinell es una de las pruebas de dureza por indentación, que se ha desarrollado para las pruebas de dureza. En las pruebas Brinell, se fuerza un penetrador esférico durobajo una carga específica en la superficie del metal que se va a probar. La prueba típica utiliza una bola de acero endurecido de 10 mm (0,39 pulg.) De diámetro  como penetrador con una fuerza de 3000 kgf (29,42 kN; 6,614 lbf). La carga se mantiene constante durante un tiempo determinado (entre 10 y 30 s). Para materiales más blandos, se usa una fuerza menor; para materiales más duros, una bola de carburo de tungsteno se sustituye por la bola de acero.

La prueba proporciona resultados numéricos para cuantificar la dureza de un material, que se expresa mediante el número de dureza Brinell – HB. El número de dureza Brinell está designado por las normas de prueba más comúnmente utilizadas (ASTM E10-14 [2] e ISO 6506-1: 2005) como HBW (H de dureza, B de Brinell y W del material del penetrador, tungsteno (wolfram) carburo). En las normas anteriores se utilizaba HB o HBS para referirse a las medidas realizadas con penetradores de acero.

El número de dureza Brinell (HB) es la carga dividida por el área de la superficie de la muesca. El diámetro de la impresión se mide con un microscopio con una escala superpuesta. El número de dureza Brinell se calcula a partir de la ecuación:

Existe una variedad de métodos de prueba de uso común (por ejemplo, Brinell, Knoop, Vickers y Rockwell). Hay tablas disponibles que correlacionan los números de dureza de los diferentes métodos de prueba donde la correlación es aplicable. En todas las escalas, un número de dureza alto representa un metal duro.

Ejemplo: dureza del acero con bajo contenido de carbono

La dureza Brinell del acero con bajo contenido de carbono es de aproximadamente 120 MPa.

Ejemplo: dureza del acero con alto contenido de carbono

La dureza Brinell del acero con alto contenido de carbono es de aproximadamente 200 MPa.

Ejemplo: dureza del acero de Damasco

La dureza Rockwell del acero de Damasco depende del tipo actual de acero, pero puede ser aproximadamente 62-64 HRC Rockwell.

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