Propiedades mecánicas de los metales

Introducción

En este capitulo se hablo sobre las propiedades mecánicas de los metales, el comportamiento mecánico de un material refleja la relación entre la fuerza aplicada y la respuesta del material.

Las propiedades mecánicas de los materiales se determinan realizando ensayos de laboratorio que reproducen las condiciones de su servicio hasta donde sea posible.

Los ingenieros de materiales y los metalúrgicos dirigen están enfocados en producir y conformar materiales que puedan soportar las condiciones de servicio de las cuales ya hicieron prueba de tensión.

Lo que se hablara se centra principalmente en el comportamiento mecánico de los metales.

Uno de los ejemplos más importantes que revela la aplicación de operaciones de conformado de metal, es la fabricación de piezas automotrices. El bloque del motor se fabrica de hierro fundido o aleaciones de aluminio; el cilindro y otras aberturas del bloque se fabrican mediante operaciones de perforación barrenado y taladrado.

Se verán principalmente algunos de los métodos básicos para procesar metales y aleaciones en formas útiles, se definirá tensión y deformación en metales y se describe el ensayo de tracción utilizado para determinar estas propiedades.

El PROCESO DE MATEALES Y ALEACIONES

Los metales se procesan primero fundiendo el metal en un horno que actúa como deposito del metal fundido a este metal fundido pueden añadirse los elementos de aleación necesarios para producir las distinta aleaciones

Por ejemplo el metal magnesio en estado solido puede añadirse al aluminio fundido y después de fusión puede ser mezclado mecánicamente con el aluminio hasta producir un liquido homogéneo de una aleación aluminio- magnesio. Después de eliminar las impurezas de oxido de la aleación AL-Mg fundida y el indeseado gas hidrogeno, se cuela en el molde de una maquina de colada semicontinua con enfriamiento directo.

Laminación en caliente y en frio de metales y aleaciones

La laminación en caliente y la laminación en frio son métodos que se usan comúnmente en la fabricación de metales y aleaciones. Mediante estos métodos se pueden producir chapas y placas de gran longitud y con secciones transversales uniformes.

Laminación en caliente primero se lleva a cabo en caliente, porque cuando el metal esta caliente, es posible un mayor reducción del espesor a cada pasada por el laminador.

Laminación en f rio de chapas metálicas. Después de la laminación en cliente que también aplica una cierta laminación en frio, a las bobinas de metal se les aplica un tratamiento térmico de recocido, para reblandecer el metal y eliminar cualquier trabajo en frio introducido durante el proceso de laminación en caliente.

Extrusión de metales y aleaciones

La extrusión es un proceso de conformado plástico mediante el cual un material sometido a alta presión reduce su corte transversal cuando es forzado a pasar a través de una abertura o matriz de extrusión. Para mucho metales, este proceso se utiliza para producir barras cilíndricas.

Las dos principales proceso de extrusión son la directa y la indirecta: la directa el tocho de metal se coloca en el interior del contenedor de la prensa de extrusión y es forzado por el pistón a pasar a través de la matriz, la indirecta , un pistón hueco empuja la matriz hacia el otro extremo del contenedor de la prensa de extrusión que esta cerrado mediante una placa

Forja

La forja es otro método primario de conformado de metales en formas útiles. En el proceso de forja , el metal es golpeado o comprimido hasta la forma deseada, muchas operaciones de forja se llevan a cabo con el metal caliente, aunque en algunas ocasiones el metal puede forjarse frio. Hay dos tipos de forja con martillo y con prensa, la del martillo el martillo golpea repetidamente contra la superficie del metal, y en la prensa el metal esta sujeto a una fuerza comprensiva que cambia lentamente. En general el proceso de forja se utiliza para producir formas irregulares.

Otros procesos de conformado de metales

El trefilado de alambre: se reduce el diámetro de una barra o alambre inicial durante su paso a través de una o mas matrices de prefijar, en este proceso se utiliza un injerto de carburo de volframio insertado en una camisa de acero

La embutición profunda es otro proceso de conformado metálico y se utiliza para fabricar artículos con forma de copa a partir de chapas de metal.

Deformación elástica y plástica

Cuando se somete una pieza de un metal a una fuerza de tracción uniaxial se produce la deformación del metal. Si el metal recupera sus dimensiones originales cuando se elimina la fuerza, se considera que el metal ha sufrido una deformación elástica. Si el metal se deforma tanto que no puede recuperar completamente sus dimensiones originales, se considera que ha sufrido una deformación plástica. Durante la deformación plástica, los átomos del metal se desplazan continuamente desde sus posiciones iniciales hasta otras nuevas.

Ensayo de tracción y el diagrama de tensión- deformación convencional

El ensayo de tracción se utiliza para evaluar la resistencia de metales y aleaciones. En este ensayo , una muestra de metal se estira a velocidad constante hasta la fractura, que se produce en un tiempo relativamente corto. La fuerza ( carga) que actúa sobre la muestra sometida a ensayo se dibuja en el registrador mediante el desplazamiento del papel registro, mientras que la deformación correspondiente se obtiene de la señal generada por extensómetro extremo, sujeto a la muestra y también se dibuja en el papel registro.

Valores de propiedades mecánicas obtenidos del ensayo de tracción y del diagrama

Las propiedades mecánicas de metales y aleaciones que tienen interés para el diseño estructural en ingeniería y que pueden obtenerse a partir del ensayo de tracción técnico son: modulo de elasticidad, limite elástico convencional de 0.2 por ciento, resistencia a la tracción, porcentaje de alargamiento a fractura, porcentaje de estricción a fractura, porcentaje de estricción a fractura.

Modulo de elasticidad esta relacionado con la fuerza del enlace entre los átomos del metal o aleación.

Limite elástico es un valor muy importante para el diseño estructural en ingeniería, pues es el nivel de tensión al que un metal o aleación muestran una deformación plástica significativa .

Resistencia a la tracción es la máxima tensión que se alcanza en la curva tensión-deformación.

Porcentaje de alargamiento que una probeta a tracción soporta durante el ensayo proporciona un valor de la ductilidad

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