Las herramientas de diseño

3.2.1 Introducción

En el diseño de cualquier elemento de máquina es necesario conocer las diferentes propiedades de los

materiales, con el fin de hacer una adecuada selección de éstos. Algunas de las propiedades más

importantes son las resistencias a la tracción, a la compresión y a la torsión, dureza, resistencias de

fluencia, tenacidad, ductilidad y fragilidad. En esta sección se estudia brevemente un conjunto de

propiedades relevantes en el diseño.

3.2.2 Curva esfuerzo-deformación

Algunas de las propiedades principales de un material se obtienen con el ensayo de tracción. Para

explicar este ensayo y algunos de sus resultados, se estudiará el comportamiento de un acero suave (dulce

o de bajo contenido de carbono).

En el ensayo de tracción se somete una probeta del material a analizar normalizada y pulida a una carga

axial de tracción (figura 3.1). La carga de tracción aplicada comienza desde cero hasta un valor máximo

poco antes del rompimiento de la probeta. Al aumentar la carga la probeta se deforma; entonces, se mide

tanto la fuerza como la deformación en diferentes instantes de la prueba, y se construye una curva

esfuerzo-deformación como la de la figura 3.2, que muestra la curva típica de un acero suave.

Zona plástica

Esta zona comienza donde termina la zona elástica. En la zona plástica ocurren deformaciones plásticas

(permanentes); es decir, la pieza queda deformada al suprimir la carga. Los cristales y las dislocaciones

del material comienzan a deslizarse (véase la figura 3.2) debido a la acción de esfuerzos cortantes, ya que

se ha alcanzado la resistencia del material a la fluencia, Sy; en este instante ocurren grandes

deformaciones con pequeños (o nulos) aumentos de la carga. A medida que los cristales del material se

deslizan, éstos van ocupando los vacíos que hay en la red, haciendo el material más homogéneo y

resistente. Esta etapa es conocida como endurecimiento por deformación (indicada en la figura 3.2).

Como el material se vuelve más resistente, se requieren mayores cargas para seguir deformando el

material. En esta etapa las deformaciones aumentan sólo si la carga aumenta (la pendiente de la curva es

positiva).

A medida que el material se reacomoda microscópicamente, éste puede endurecerse cada vez menos, y

llega un momento en el ensayo (cima de la curva continua) en el que el endurecimiento por deformación

no compensa la reducción del área de la sección. En este momento comienza el fenómeno conocido

como estricción, en el cual una parte del material sufre deformaciones mayores formando una cintura. El

esfuerzo que soporta la pieza al comienzo de la estricción es el máximo de la curva, y se denomina

esfuerzo último o resistencia

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