Oxidación - Corrosión

Los materiales están expuestos continuamente a un proceso de interacción material-ambiente que provoca, en muchos casos, la pérdida o deterioro de las propiedades físicas del material. Los mecanismos de deterioro son diferentes según se trate de materiales metálicos, cerámicos o plásticos. Por ejemplo, la pérdida de las propiedades de los plásticos se denomina degradación y viene producida por la rotura de las cadenas de polímeros debido a los rayos ultravioletas (radiación solar). En el caso de un metal como el hierro, en presencia de la humedad y del aire, se produce una corrosión que transforma el metal en óxido, y si el ataque continúa acaba destruyéndose del todo.

Desde el punto de vista económico, la corrosión ocasiona pérdidas muy elevadas e incluso catástrofes si no se detiene a tiempo. 

En el caso de los metales, donde nos vamos a centrar, podemos distinguir dos procesos, la oxidación y la corrosión. La oxidación no es más que una reacción donde un material se combina con oxígeno transformándose en un óxido de ese material. En cambio la corrosión es una oxidación producida en un ambiente húmedo o en presencia de otras sustancias agresivas.  

Oxidación:

Como ya hemos comentado, cuando un material se combina con el oxígeno se transforma en un óxido de ese material, a través de una reacción de oxidación.

Material + Oxígeno → Óxido de material ± Energía

El signo + (reacción exotérmica) indica que la reacción transcurre de manera espontánea hacia la derecha, en cambio es más complicado que se produzca oxidación si la reacción es endotérmica (signo -).

En la siguiente tabla se reflejan las energías de oxidación para los metales más comunes a 0 ºC:

Metal	Óxido	Energía (KJ/mol de O2)
Aluminio (Al)	Al2O3	+1045
Titanio (Ti)	TiO	+848
Hierro (Fe)	Fe3O4	+508
Cobre (Cu)	CuO	+254
Plata (Ag)	Ag2O	+5
Oro (Au)	Au2O3	-80

Las energías positivas de la mayorías de ellos explica que los metales se encuentren en la corteza terrestre en forma de minerales, como la bauxita (Al₂O₃), magnetita (Fe₃O₄), rutilo (TiO) o la calcopirita (Cu2O),... 

Sin embargo, hay un factor más importante de cara a conocer la vida útil de un producto que es la velocidad de oxidación. La siguiente tabla muestra las velocidades de oxidación de los anteriores metales para una temperatura 0.7 T_F (donde T_F es la temperatura de fusión del metal).

Metal	Tiempo (horas)	TF (ºC)
Aluminio (Al)	Muy alto	660
Titanio (Ti)	6	1670
Hierro (Fe)	24	1536
Cobre (Cu)	25	1083
Plata (Ag)	Muy alto	961
Oro (Au)	Infinito	1063

Teóricamente la velocidad de oxidación debería ser más alta cuanto mayor fuese la energía de oxidación, sin embargo comparando las dos tablas vemos que esto no es así, ya que el aluminio debería oxidarse rápidamente (doble de velocidad que el hierro) y por el contrario tiene un tiempo de oxidación muy alto.

Esto es debido a que cuando el metal se encuentra situado en una atmósfera oxidante (en presencia de oxígeno) su superficie se oxida más o menos rápido en función de su energía de oxidación. Sin embargo, una vez que el óxido se deposita en la superficie puede impedir que más oxígeno llegue al metal, formando la propia capa de óxido una película protectora.

Este efecto protector será mayor cuanto:

• Mejor sea la adherencia de la capa de óxido al metal.
• Más elevado sea el punto de fusión del óxido.
• Menor sea la fragilidad del óxido.
• Menor sea la conductividad eléctrica del óxido.

Además también influye la Relación de Pilling-Bedworth que representa el cociente entre el volumen de óxido y el volumen del metal, es decir, nos da una relación de la "compatibilidad" entre ambas capas.

Relación P.B. = Volumen óxido producido / Volumen de metal consumido

De forma que en función del valor de la relación:

• Si R.P.B. < 1 el volumen del óxido será menor que el del metal y por tanto la capa de óxido se agrietará (metales alcalinos).
• Si R.P.B. ~ 1 el volumen de la capa de óxido es similar a la de la capa de metal y por tanto la capa de óxido puede actuar como capa protectora del metal (aluminio).
• Si R.P.B. > 1 el volumen de la capa de óxido será mayor que la del metal, por lo que la capa de óxido tenderá a desprenderse (hierro).

Para proteger de la oxidación se recurre a diferentes métodos como la aleación de metales (acero inoxidable (Fe - Cr (18%))) o a los recubrimientos superficiales (dorado, plateado, cromado, cincado, pintado, vidriado,...). Esto se verá con más detalle en la pregunta de corrosión.

Corrosión:

Ensayos no destructivos

Los ensayos destructivos se realizan con la finalidad de conocer las propiedades de los materiales. Ahora bien, si fabricamos un producto de un cierto material, ¿podemos asegurar que ese producto cumple los requisitos para los que se ha diseñado? ¿está libre de defectos o éstos son mínimos para que no interfieran en el correcto funcionamiento del producto?

Los ensayos que se realizan a estos productos son ensayos de control de defectos y son ensayos no destructivos.

Los métodos más utilizados son los siguientes:

• Ensayos macroscópicos: utilizando líquidos penetrantes y reveladores para localizar grietas y poros superficiales.
• Ensayos ópticos: mediante microscopio metalográfico para estudiar el tamaño y la forma de los granos, así como grietas microscópicas y corrosión intergranular.
• Ensayos magnéticos: para detectar defectos de continuidad en el campo magnético, magnetizando la pieza y utilizando polvo de limaduras de hierro y evaluando las indicaciones producidas por la agrupación de las partículas en ciertos puntos (defectos).
• Ensayos eléctricos: Basados en la variación de la resistencia eléctrica como consecuencia de una disminución de sección debido a grietas o por la presencia de impurezas. Se suele utilizar para la detección de grietas en los cables de alta tensión o en las vías del ferrocarril.
• Ensayos con ultrasonidos: Como la tecnología del sonar de los submarinos. Detectan defectos de continuidad en los materiales e incluso la profundidad a la que se encuentran.
• Ensayos con rayos x y ɣ: Utilizando radiografías y gammagrafías de piezas para detectar defectos (rayos x para pequeños espesores y rayos ɣ para mayores espesores).

Ensayos de fatiga

Ensayo de resiliencia

Los ensayos dinámicos son realizados para valorar la capacidad de resistencia de los materiales metálicos a las cargas de impacto (tenacidad) y determinar su tendencia a la rotura frágil. El ensayo más conocido y estandarizado es el ensayo Charpy, un ensayo de impacto a flexión con muestras ranuradas.

El péndulo de Charpy es un péndulo ideado por Georges Charpy que se utiliza en ensayos para determinar la tenacidad de un material. Son ensayos de impacto de una probeta entallada y ensayada a flexión en 3 puntos. El péndulo cae sobre el dorso de la probeta y la parte. La diferencia entre la altura inicial del péndulo (h) y la final tras el impacto (h') permite medir la energía absorbida en el proceso de fracturar la probeta. En estricto rigor se mide la energía absorbida en el área debajo de la curva de carga (ensayo de tracción), que se conoce como resiliencia.

Péndulo Charpy
Fuente: wikipedia

Para realizar este ensayo se utiliza el péndulo Charpy, que consta de un brazo giratorio con una maza en su extremo, que se hace incidir sobre la probeta provocando su rotura. El péndulo, de masa m, se encuentra a una altura inicial H, por lo que tiene una determinada energía potencial antes de iniciar el ensayo.Cuando se inicia el ensayo, se libera el péndulo que, tras golpear la probeta y romperla, continua con su giro, alcanzando una altura final h, por lo que tendrá una nueva energía potencial.La energía que ha absorbido la probeta durante su rotura será la diferencia de energías potenciales inicial y final. Si la probeta no se rompe y el péndulo se detiene al chocar sobre ésta, es necesario aumentar la energía potencial del péndulo, o bien aumentando la masa, o bien aumentando la altura inicial.

Animación Péndulo Charpy
Fuente: Fagteori

La energía absorbida en el impacto por la probeta usualmente se calcula como la diferencia de alturas inicial y final del péndulo, esto supone, obviamente despreciar algunas pérdidas por rozamiento). La fórmula de cálculo para la energía de impacto es:

Donde:

• W: es la energía empleada en la rotura en julios
• P es el peso de la masa del péndulo en N
• h: es la diferencia de altura inicial y final del péndulo
• L: es la longitud del péndulo en metros
• α₁ y α₂ son los ángulos que forma el péndulo con la vertical antes y después de soltarlo, respectivamente.

Finalmente, la resiliencia (KCV o KCU según la forma de la entalla) se calcula dividiendo la energía absorbida en el impacto entre el área de rotura de la probeta:

Donde:

• KCV o KCU es la resiliencia, según la forma de la entalla, medida en el sistema internacional en J/m².${\displaystyle { }_{}}$
• ${\displaystyle E_{a}}$W representa la energía absorbida en el impacto medida en Julios, que resulta ser la misma que la energía potencial que pierde el péndulo, en un ensayo con el péndulo de Charpy, y que puede ser calculada, por tanto, conociendo la diferencia entre la altura inicial de caída del péndulo y la altura que alcanza el péndulo posteriormente al impacto. 
• S₀ es el área de la sección de rotura de la probeta normalizada del ensayo. La probeta tiene una longitud de 55 mm y una sección de 10 mm x 10 mm. La entalla de la probeta puede tener forma de V o U con una profundidad de 2 mm (S₀ = 80 mm²).

Los péndulos Charpy están normalizados, en la posición inicial disponen de una energía de 300 J y en el momento del impacto con la probeta, la velocidad del péndulo es de unos 5 m/s. 

Los materiales tenaces absorben buena parte de la energía del péndulo antes de romper y tienen por tanto una alta resiliencia. Aunque es importante aclarar que la energía absorbida en el péndulo depende de la temperatura de la probeta de ensayo, ya que muchos metales disminuyen su tenacidad al disminuir la temperatura. Esto es lo que se denomina zona de transición entre una rotura frágil y una rotura dúctil en función de la temperatura.

Para finalizar, hay que dejar claro que la resiliencia no es exactamente lo mismo que la tenacidad, aunque están relacionadas, a mayor resiliencia, mayor tenacidad. La resiliencia la podemos definir como la energía consumida por unidad de superficie de la rotura (apenas existe deformación plástica), mientras que la tenacidad es la energía de deformación total (elástica y plástica) que puede absorber o acumular, un material antes de alcanzar la rotura en condiciones de impacto. La diferencia entre ambas radica en la deformación plástica, por lo que la tenacidad siempre será mayor que la resiliencia.

Por último, os dejo el enlace para la descarga del cuadernillo de problemas resueltos de ensayos de resiliencia del profesor de Tecnología D. José María Fernández Raya.

Descarga del cuaderno de problemas resueltos de péndulo Charpy

Vídeo de ensayo de impacto péndulo Charpy:

Fuente: Wikipedia

Ensayos de dureza

La dureza es una condición de la superficie del material, no representa ninguna propiedad de la materia y está relacionada con las propiedades elásticas y plásticas del material. Si bien, es un término que nos da idea de solidez o firmeza, no existe una definición única acerca de la dureza y se suele definir arbitrariamente en relación al método particular que se utiliza para la determinación de su valor. De esta manera algunas definiciones son:

1. Resistencia a la deformación permanente bajo cargas estáticas o dinámicas (dureza por penetración).
2. Absorción de energía bajo cargas de impacto o dinámicas (dureza por rebote).
3. Resistencia a la abrasión (dureza por desgaste).
4. Resistencia al rayado (dureza por rayado).

Independientemente de las definiciones enumeradas, en general, se entiende por dureza la propiedad que tienen los materiales de resistir la penetración de un identador bajo carga. En este sentido definiremos dureza como la resistencia de un material a la deformación plástica localizada.

Nota: Un identador es el extremo de una máquina de ensayo de dureza en forma puntiaguda que presiona, con una carga determinada de antemano, sobre la superficie del material del que se desea saber la dureza.

Los diferentes métodos desarrollados para medir la dureza en general consisten en producir una deformación local, en el material que se ensaya, a través de un identador. Los valores obtenidos son siempre dependientes del método y las condiciones en las que se ensaya por lo que para que un valor de dureza sea útil y permita su comparación debe estar acompañado de la indicación del método utilizado y las condiciones del ensayo.

Los diferentes métodos utilizados para obtener los valores de dureza se pueden clasificar en dos grandes grupos según la forma de aplicación de la carga:

• Ensayos estáticos: en lo que la carga se aplica en forma estática o cuasi-estática. En este caso un identador se presiona contara la superficie de ensayo con una carga que se aplica en forma relativamente lenta. En general la medida de dureza en este tipo de ensayo resulta del cociente de la carga aplicada y el área de la huella que deja el identador en la superficie, como es el caso de los método Brinell, Vickers y Knoop, o bien es una medida de la profundidad de la identación como en el ensayo Rockwell.

• Ensayos dinámicos: en los que la carga se aplica en forma de impacto. En general el identador es lanzado sobre la superficie a ensayar con energía conocida y el valor de dureza se obtiene a partir de la energía de rebote del penetrador luego de impactar en la muestra, como sucede en el método de Shore y en el de Leeb, ambos conocidos como métodos de dureza por rebote.

Nosotros nos centraremos en dos tipos de dureza, la dureza al rayado y la dureza a la penetración:

• Ensayos de dureza al rayado:

• Escala de Mohs: es el método más antiguo para medir la dureza y aun se usa en mineralogía. Establecido por Friedrich Mohs en 1820, se trata de un método comparativo en una escala del 1 al 10 compuesta por diferentes minerales, donde el mineral superior raya al inferior pero el inferior no puede rayar al superior:

 

Escala de Mohs
Fuente: Cienciasraquel

• Dureza Martens: El primer ensayo normalizado de dureza en el que se mide la oposición que un material ofrece a ser rayado por un diamante de forma piramidal de base cuadrada y con un ángulo  en el vértice de 90º. Desplazando la punta de diamante sobre la probeta con una carga determinada y constante se produce una ralladura de la que medimos su anchura “a”. Una vez medida calculamos la dureza Martens según la fórmula: HM = 104/a², donde a es la anchura de la huella.

• Ensayos de dureza a la penetración:

• Ensayo Brinell: ideado por el ingeniero sueco Johann August Brinell en el año 1900, dispone de un penetrador compuesto por una esfera de acero templado de gran dureza de diámetro D que oscila entre 1 y 10 mm, a la que se le aplica una carga de entre 1,25 Kp y 3000 Kp durante un intervalo de tiempo de 15 segundos.
  
  La dureza se calcula dividiendo el valor de la fuerza (Kp) entre la superficie de la huella (casquete esférico). Por tanto, la unidad de dureza del ensayo Brinell es Kp/mm²:
  
  
  HB=F/S
  
  
  La dureza Brinell se obtendría mediante la siguiente fórmula:
  
  

  

  
  
  El diámetro de la bola varía en función del espesor de la pieza a ensayar. Por ejemplo, entre 2 y 3 mm de espesor le correspondería 1 ó 2’5 mm de diámetro. Para otros espesores habrá que consultar una tabla de correspondencias.
  
  
  La fuerza a aplicar estará en función del diámetro de la bola (D) y del material a ensayar (K), regulada por la fórmula F = K D². Por ejemplo, una chapa de entre 2 y 3 mm de espesor de material férrico (K=30), utilizaría como máximo una bola de 2’5 mm de diámetro y en este caso, le correspondería según la fórmula, una fuerza de 187’5 Kp. Una tabla recoge los coeficientes (K) de cada materia.
  
  
  El formato normalizado para indicar  la dureza sería el siguiente:
  
  

  260 HB 10 500 30
  

  Donde:
  
  
  • 260 establecería la dureza obtenida.
  • HB especifica el método (Dureza Brinell).
  • 10 indica el diámetro de la bola en mm.
  • 500 muestra la carga empleada (500 Kp).
  • 30 especifica el tiempo en segundos que la pieza ha estado bajo la carga .

  Nota: Para que el ensayo sea váido se ha de cumplir que el diámetro de la huela esté comprendido entre un medio y un cuarto del diámetro de la bola 0,25 D < d < 0,5 D.

Ensayo Brinell
Fuente: joaquinrec

• Ensayo Vickers: Hasta una dureza de 300 suele coincidir con la medida del método Brinell, pero a partir de dicho valor, la esfera del ensayo Brinell se deforma, por lo que el método Brinell empieza a fallar (valores erróneos de dureza) y por tanto el método Vickers resulta más fiable para piezas más duras.
  
  El penetrador es único, una pirámide de diamante  con base cuadrada y 136º entre caras opuestas. La fuerza a aplicar suele variar entre 1 y 120 Kp, aunque la más usada es 30 Kp.
  
  
  Análogamente al ensayo Brinnel, la dureza Vickers se obtiene mediante la siguiente expresión:
  
  
  HV=F/S
  
  Donde F es la fuerza en Kp y S la superficie en mm².
  
  Según la forma geométrica del penetrador, se deduce que la fórmula de la dureza Vickers:
  
  
  
  El formato normalizado para indicar la dureza Vickers sería el siguiente:

  315 HV 30

  Donde:
  
  
  • 315 corresponde a la dureza obtenida.
  • HV corresponde al ensayo Vickers.
  • 30 corresponde a la fuerza aplicada en Kp/mm².
  
  
  Para que no se produzcan deformaciones en la cara opuesta de la probeta, es necesario que se cumpla que el espesor s de la pieza sea mayor que 8 veces la profundidad de la huella. Aunque en realidad, para una mayor seguridad se toma la condición:
  
  
  s > 1.2·d

• Ventajas del ensayo Vickers sobre Brinell:
• No es necesario sustituir el penetrador. En el mismo siempre.
• Se puede utilizar en superficies curvas.
• El valor de la dureza es prácticamente independiente del valor de la carga F aplicada.
• La prueba se aplicar a materiales mucho más duros que el ensayo Brinell.

Ensayo Vickers
Fuente: joaquinrec

• Ensayo Rockwell: A diferencia de los métodos anteriores, en este no hay que realizar medidas sobre la huella de la pieza, ya que lo que se obtienen son profundidades. Es más fácil y rápido de realizar, pero menos preciso que los anteriores.
  
  La dureza del material ensayado se obtiene directamente sobre la escala del medidor que incorpora el durómetro, después de aplicarle el procedimiento correspondiente.
  
  Presenta dos escala, porque se pueden realizar dos tipos de ensayo, el Rockwell B (roja) y el Rockwell C (negra).

Escala de dureza Rockwell B y C

• Rockwell B: Se aplica a materiales blandos (60-150 HV) y se utiliza un penetrador de bola (B) de 1.59 mm  (1/16'') de diámetro. La dureza obtenida se expresa de la siguiente forma:

   62 HRB

  
  Donde 62 es la dureza obtenida.
  
  El procedimiento que se sigue es el siguiente:
  
  
  1. Se aplica una carga de 10 Kp iniciales para obviar los errores debidos a la superficie del material a ensayar. Esta fase produce una huella h1. 
  2. Aplicamos la carga restante, 90 Kp, para completar la del ensayo (100 Kp) a velocidad constante (en aproximadamente 15 segundos). En esta fase se obtiene una huella h2. 
  3. Transcurridos 15″, eliminamos la carga aplicada de 90 kp, para que quede con la inicial, 10 Kp. En esta fase se obtendría la huella h3, inferior a h2, debido a que la pieza recupera la deformación elástica, aunque perdura la deformación plástica.

  
  De esta forma queda determinada la dureza del material manifestada directamente por la aguja mayor sobre la escala (roja – B) del indicador. Como al retirarle la carga, la aguja gira en sentido horario, indicaría que cuanto más duro sea el material, mas recuperación elástica tendría, en consecuencia, giraría un mayor ángulo, indicando una mayor dureza.
  
  Para el caso que queramos determinar la dureza en relación a las profundidades, hay que considerar que como se ha dicho, materiales más duros producirían una menor profundización plástica, y viceversa. Considerando las profundidades de las huellas (h1, h2 y h3), h1 correspondería con el punto de partida. La diferencia h3 – h1 sería el resultado del ensayo, la deformación plástica “e”, pero esto daría un mayor número a una menor dureza del material. Para evitar este efecto, se realiza un cálculo que en definitiva corrige este problema y mostraría el valor correcto de la dureza. El siguiente.
  

    HRB = 130 – e

  La máxima penetración que produce el durómetro es de 0’2 mm. Estando la escala del medidor dividida en 100 partes, la unidad de penetración “e” equivaldría a 0’002 mm ; es decir, cada división de las escalas equivaldrían a 2 micras.
  
  

  1 e = 1 división = 0’000002 m.

  
  Por tanto, dando e en milímetros hay que dividirlo entre 0,002 para podérselo restar a 130 y obtener así la dureza correcta.
  
  
  

  

  
  Ensayo Rockwell B
  Fuente: wikipedia

  
  Ejemplo: Supongamos que en el ensayo de un determinado material, al aplicar la carga de 10 Kp, h1 alcanza una profundidad de 0,01 mm. Que al aplicar los 90Kp restantes para obtener los 100 Kp que establece el ensayo Rockwell B, h2 llega hasta los 0,170 mm. Y por último, que al retirar la carga y dejarlo con los 10 Kp iniciales, la profundidad se recupera hasta alcanzar los 0,150 mm. ¿Cuál sería su dureza Rockwell?
  
  Solución: En primer lugar determinaríamos el valor de e con la fórmula  h3-h1 = 0,150mm – 0,01 mm = 0,14 mm. A continuación lo dividiríamos entre 0,002 mm/división, para ver cual ha sido la recuperación elástica, 0,14mm / 0,002mm/div = 70div
  
  Por último, corregimos el valor para obtener la dureza HRB = 130-70=60. Luego el material en cuestión presenta una dureza:
  

  60 HRB

• Rockwell C: Se aplica a materiales más duros, entre 235 HV y 1075 HV. El penetrador es un cono (C) de diamante con un ángulo de 120º terminado en casquete esférico de radio 0’2 mm.
  
  El procedimiento es el mismo que para el B, salvo que la escala empleada, que muestra el valor de la dureza, es la negra. La carga total a aplicar para este método es de 150 Kp que incluye los 10 kp iniciales (10 kp + 140 kp).
  
  La corrección que se realiza en este tipo es:

  HRC = 100 – e

  Recuerda, si la obtención de la medida no se lee directamente sobre la escala, si no que lo indicado fueran las profundidades, para este caso, la corrección sería con 100, que es el fondo de la escala para esta modalidad.
  
  
  

  

  Ensayo Rockwell C
  Fuente: joaquinrec

  
  En resumen, si de profundidades se trata, la medida se obtiene, restándole al fondo de escala (130 para el B, ó 100 para el C) el valor de la profundidad 'e' dada en milímetros, dividida entre 0,002 mm que es a lo que equivale cada división, ya que la escala está dividida en 100 partes.

Para finalizar, os dejo el enlace para la descarga de los cuadernillos de problemas resueltos de ensayos de dureza del profesor de Tecnología D. José María Fernández Raya y una tabla con equivalencias entre las diferentes durezas.

Descargar cuaderno de ensayos de dureza

Descargar tabla de equivalencias de dureza

Ensayo de tracción

El ensayo de tracción es uno de los más importantes para determinar las propiedades mecánicas de los materiales. El ensayo consiste en someter una pieza de forma cilíndrica o prismática de dimensiones normalizadas (estándar) a un esfuerzo de tracción continuo (tendencia a estirar el material). Esta pieza se llama probeta.

Probeta ensayo de tracción
Fuente: josmvala

Máquina de tracción
Fuente: http://www.directindustry.es

De un ensayo de tracción se obtienen las siguientes características de los materiales elásticos:

• Módulo de elasticidad 'E' o Módulo de Young, que cuantifica la proporcionalidad anterior. Es el resultado de dividir la tensión por la deformación unitaria, dentro de la región elástica de un diagrama esfuerzo-deformación.
• Límite de proporcionalidad 'σ_p': valor de la tensión por debajo de la cual el alargamiento es proporcional a la carga aplicada.
• Límite elástico 'σ_E' (límite elástico convencional o práctico): valor de la tensión a la que se produce un alargamiento prefijado de antemano (0,2%, 0,1%, etc.) en función del extensómetro empleado. Es la máxima tensión aplicable sin que se produzcan deformaciones permanentes en el material.
• Carga de rotura o resistencia a tracción 'σ_R': carga máxima resistida por la probeta dividida por la sección inicial de la probeta.
• Alargamiento de rotura: incremento de longitud que ha sufrido la probeta. Se mide entre dos puntos cuya posición está normalizada y se expresa en tanto por ciento.
• Reducción de área o estricción: La reducción de área de la sección transversal es la diferencia entre el valor del área transversal inicial de una probeta de tensión y el área de su sección transversal mínima después de la prueba.

Diagrama tensión deformación:

Diagrama Tensión - Deformación
Fuente: wikipedia

En el diagrama tensión deformación podemos distinguir 4 zonas:

1. Zona de deformaciones elásticas: Las deformaciones se reparten a lo largo de la probeta, son de pequeña magnitud y, si se retirara la carga aplicada, la probeta recuperaría su forma inicial. El coeficiente de proporcionalidad entre la tensión y la deformación se denomina módulo de elasticidad o de Young y es característico del material. Así, todos los aceros tienen el mismo módulo de elasticidad aunque sus resistencias puedan ser muy diferentes.
   
   En la zona elástica de proporcionalid se cumple la ley de Hooke:
   
   
   σ = E · ε
   Donde:
   • σ: es la tensión, definida como esfuerzo por unidad de área, es decir, F/S₀.
   • E: Módulo de Young calculado del ensayo de tracción.
   • ε: Deformación unitaria, definida como alargamiento (ΔL=L-L₀) dividido entre la longitud inicial (L₀), es decir, ε = ΔL/L₀ = (L-L₀) / L₀.
2. Zona de fluencia o cedencia:  Es la deformación brusca de la probeta sin incremento de la carga aplicada.
3. Zona de deformaciones plásticas:  si se retira la carga aplicada en dicha zona, la probeta recupera sólo parcialmente su forma quedando deformada permanentemente. Las deformaciones en esta región son más acusadas que en la zona elástica.
4. Zona de estricción:  Llegado un punto del ensayo, las deformaciones se concentran en la parte central de la probeta apreciándose una acusada reducción de la sección de la probeta, momento a partir del cual las deformaciones continuarán acumulándose hasta la rotura de la probeta por esa zona. La estricción es la responsable del descenso de la curva tensión-deformación; realmente las tensiones no disminuyen hasta la rotura, sucede que lo que se representa es el cociente de la fuerza aplicada (creciente hasta el comienzo de la estricción) entre la sección inicial: cuando se produce la estricción la sección disminuye (y por tanto también la fuerza necesaria), disminución de sección que no se tiene en cuenta en la representación gráfica.

Otras características que pueden caracterizarse mediante el ensayo de tracción son la resiliencia y la tenacidad, que son, respectivamente, las energías elástica y total absorbida y que vienen representadas por el área comprendida bajo la curva tensión-deformación hasta el límite elástico en el primer caso y hasta llegar a rotura en el segundo.

Vídeo explicativo sobre el ensayo de tracción. Debéis picar en reproducción en youtube, ya que el propietario del vídeo tiene deshabilitada la opción de reproducción en otros sitios web.

Os dejo el enlace para la descarga del cuadernillo de problemas resueltos de ensayos de tracción del profesor de Tecnología D. José María Fernández Raya.

Descargar cuaderno de problemas de tracción